DE19706247B4 - Schaltungsanordnung zur Steuerung von Elektromagneten und Regelung des Spulenstroms - Google Patents

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Abstract

Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Elektromagneten, wobei der Magnet (M) über eine wechselstromseitig angeschlossene Gleichrichterbrücke (B) ohne Glättungskondensator gespeist wird und während der Ansteuerung mit der vollen zur Verfügung stehenden Arbeitsspannung beaufschlagt wird, wobei während der gesamten Einschaltphase ein Schalter (T1), der den Magneten mit dem Ausgang der Gleichrichterbrücke verbindet, geschlossen ist und der Stromfluss über einen weiteren Schalter (T2) am Ausgang des Magneten (M) auf eine bestimmte Größe geregelt wird, und wobei während der Einschaltphase durch geeignete Schaltungsmaßnahmen mit Hilfe eines geregelten Schalters (T3) die Spannung eines Speicherkondensators (C), der über eine Diode (D2) mit dem Ausgang des Magneten (M) verbunden ist, so geregelt wird, dass diese nicht unter einen bestimmten Wert absinkt, und wobei am Ende der Einschaltphase die Magnetenergie über die Diode (D2) durch Erhöhung der Spannung des Speicherkondensators (C) gespeichert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Magnetantrieb für den oszillierenden Betrieb von Hubmagneten wie er beispielsweise in Pumpenantrieben Verwendung findet. Bei solchen Antrieben kommt es im Betrieb darauf an, möglichst schnelle Schaltspiele zu erreichen. Zu diesem Zweck muss der Antrieb mit entsprechend schnellen Erregungs- und Entregungseinrichtungen versehen sein. Desweiteren ist es erwünscht, die Entregungsenergie zu speichern, damit am Ende eines Schaltzyklusses die gespeicherte Energie für den nächsten Arbeitszyklus zur Verfügung steht.
  • Zum Erreichen einer schnellen Erregungsphase muss der Magnet mit einem kleineren Strom betrieben werden als es nach dem Produkt U = R·Z erforderlich wäre. Das heißt
    Figure 00010001
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung in Magnetspulen und allgemein in großen Induktivitäten möglichst schnell eine vorgegebene Stromstärke, d.h. ein bestimmtes Energieniveau zu erzeugen, dieses über einen gewissen Zeitraum stabil zu halten, anschließend die Restenergie aus der Induktivität herauszuholen und zwischenzuspeichern, damit diese für den nächst folgenden Zyklus zur Verfügung steht.
    •
  • Aus dein Stand der Technik sind Schaltungsanordnungen zu dem o. g. Zweck bekannt und zwar:
    DE 3702680 A1 zeigt eine Schalteinrichtung mit Schalter (S13) und (S21), die eine Schnellabschaltung ermöglichen. Der Speicherkondensator ist aber nicht geregelt und ist somit nur für kleine Leistungen geeignet. Sie hat zwar eine Stromeinstellung durch Takten von (S13), aber keine Stromregelung und ist somit nicht für Antriebe mit geringem R·I Produkt geeignet. Weiterhin fließt beim Anlegen der Betriebsspannung Strom bis der Speicherkondensator das Potential der Betriebsspannung abzüglich der Diodenspannung Udl6 angenommen hat.
  • DE 4002286 C2 zeigt eine Schalteinrichtung mit Schalter (S1) und (S2), die eine Schnellabschaltung ermöglichen. Der Speicherkondensator ist aber nicht geregelt und ist damit nur für kleine Leistungen geeignet. Desweiteren hat sie keine Stromregelung und ist somit nicht für Antriebe mit geringem R·I Produkt geeignet.
  • DE 29520794 U1 zeigt eine Schalteinrichtung mit Schalter (T8) und (T11), die eine Schnellabschaltung ermöglichen. Der Speicherkondensator ist aber nicht geregelt und hat deshalb die gleichen Nachteile. Bei diesem Typ ist der Spulenstrom geregelt und ist daher für Antriebe mit geringem R·I Produkt geeignet.
  • In der Veröffentlichung der Zeitschrift ELEKTRONIK Ausgabe 23/13.11.1987 wird eine Schalteinrichtung gezeigt, die der in DE 29520794 ähnlich ist. Auch hier gilt das vorher Gesagte.
  • DE 2451477 C3 zeigt eine Schalteinrichtung mit Schalter (S1) und (S2), die eine Schnellabschaltung ermöglichen. Der Speicherkondensator wird nicht geregelt, sondern lediglich ein- und ausgeschaltet mit den bereits vorher beschriebenen Mängeln. Diese Schalteinrichtung verfügt desweiteren über keine Stromregelung und ist daher für Antriebe mit geringem R·I Produkt nicht geeignet.
  • Nachteil der aufgeführten Lösungen sind die hohen Ströme und Spannungsdifferenzen, die im Kondensator auftreten. Diese hohen Energien erfordern eine Überdimensionierung des Speichers und führen damit zu einer unwirtschaftlichen Lösung. Desweiteren werden unkontrollierte Schwingungen angeregt, die zur vollständigen Zerstörung des Speichers führen können, je nachdem welcher Schwingkreis, bestehend aus Kondensator, Induktivität und Widerstand, an dein Prozess beteiligt ist. Deshalb ist im Besonderen bei großen Induktivitäten eine Regelung der Speicherspannung auf geringe Spannungsdifferenzen eine zwingende Notwendigkeit.
  • Während der Arbeitsphase wird der Strom in vorgegebenen Grenzen geregelt. In der Entregungsphase wird dann die gesamte Energie des Magnetfeldes im Kondensator zwischengespeichert.
    •
  • Funktion
  • Die zwei Ausführungen sind im Wesentlichen dadurch unterschieden, dass in der Version (1) die Freilaufenergie eines Magneten (M) über eine Freilaufdiode (D3) geleitet und die Abschaltenergie des Magneten (M) über einen geregelten Schalter (T3) dem Magnetstrom zugeführt wird.
  • Bei der weiteren Version (2) wird auf diese Freilaufdiode (D3) verzichtet und die Abschalt- und Freilaufenergie des Magneten (M) über den Schalter (T3) dem Magnetstrom geregelt zugeführt.
  • Die Einrichtung wird über eine Brücke (B) gespeist. Am Eingang befindet sich ein Eingangsschalter (T1), der mit der Magnetspule (M) verbunden ist. Ein am Ausgang des Magneten (M) befindlicher Ausgangsschalter (T2) schließt den Arbeitskreis über einen Sensorwiderstand (W). Am Eingang des Magneten (M) ist eine Abschaltdiode (D1) in Sperrrichtung angeordnet. Am Ausgang des Magneten (M), in Sperrrichtung zur Eingangsbrücke (B), liegt eine Freilaufdiode (D3), während eine Speicherdiode (D2) sich in Sperrrichtung zum Kondensator (C) und dem Speicherregler befindet. Die Abschaltenergie wird über einen geregelten Schalter (T3) dein Magnetstrom zugeführt.
  • Schalter (T1), (T2) und (T3) arbeiten im Schaltbetrieb um die Verluste klein zu halten.
  • Arbeitsweise
    • Phase 1: Schalter (T1) und (T2) sind eingeschaltet. Schalter (T3) wird geregelt und die gespeicherte Ladung des Speichers über (T3) an den Magnet (M) abgegeben. Sobald ein vorgegebener Stromfluss erreicht ist, startet die zweite Phase.
    • Phase 2: Schalter (T1) ist eingeschaltet und Schalter (T2) regelt den Strom dergestalt, dass mit kurzen Prüfimpulsen der im Magnet (M) fließende Strom geprüft wird. Wenn er unter einen bestimmten Wert absinkt, wird (T2) solange eingeschaltet, bis der vorgesehene Wert wieder erreicht ist.
    • Phase 3: Die Schalter (T1), (T2) und (T3) sind ausgeschaltet. Die im Magnet (M) befindliche induktive Energie wird über eine Speicherdiode (D2) im Kondensator (C) zwischengespeichert. Dabei wird die Spannung im Kondensator (C) um einen bestimmten Wert erhöht. Die Speicherenergie beträgt:
      Figure 00040001
      U1 = Spannung vor der Energiespeicherung U2 = Spannung nach der Energiespeicherung
  • Nach einer festgelegten Pausenzeit wiederholt sich der Schaltungsablauf wie oben beschrieben.

Claims (2)

  1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Elektromagneten, wobei der Magnet (M) über eine wechselstromseitig angeschlossene Gleichrichterbrücke (B) ohne Glättungskondensator gespeist wird und während der Ansteuerung mit der vollen zur Verfügung stehenden Arbeitsspannung beaufschlagt wird, wobei während der gesamten Einschaltphase ein Schalter (T1), der den Magneten mit dem Ausgang der Gleichrichterbrücke verbindet, geschlossen ist und der Stromfluss über einen weiteren Schalter (T2) am Ausgang des Magneten (M) auf eine bestimmte Größe geregelt wird, und wobei während der Einschaltphase durch geeignete Schaltungsmaßnahmen mit Hilfe eines geregelten Schalters (T3) die Spannung eines Speicherkondensators (C), der über eine Diode (D2) mit dem Ausgang des Magneten (M) verbunden ist, so geregelt wird, dass diese nicht unter einen bestimmten Wert absinkt, und wobei am Ende der Einschaltphase die Magnetenergie über die Diode (D2) durch Erhöhung der Spannung des Speicherkondensators (C) gespeichert wird.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Zeitintervallen mit Hilfe von Einschalt-Prüfimpulsen des Schalters (T2) der Stromfluss des Magneten (M) über den Messwiderstand (W) gemessen wird.
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