DE2000117A1

DE2000117A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb elektromagnetischer Verbraucher

Info

Publication number: DE2000117A1
Application number: DE19702000117
Authority: DE
Inventors: Manfred Klar; Heinz Luczkowski
Original assignee: Anker Werke AG
Current assignee: Anker Werke AG
Priority date: 1970-01-02
Filing date: 1970-01-02
Publication date: 1971-07-08

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb elektromagnetischer Verbraucher Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb elektromagnetischer Verbraucher mit einer Schalteinrichtung zur Anschaltung der Erregerwicklung des elektromagnetischen Verbrauchers an hinsichtlich Anzugs- und lialteerregung unterschiedliche Erregerspannungen.
Die Betriebssicherheit elektronischer Datenverarbeitungsanlagen ist weitgehend abhängig von den verwendeten Schalt- und Steuerelementen. Ein häufig verwendetes elektromagnetisches Schaltorgan ist das elektromagnetische Relais, dessen Vorteile, wie IJnemprindlichkeit gegen Störspannngseinstreuung, galvanische Trennung usw., weitgehend zur Sicherheit derartiger Anlagern beitragen. Die Vielfalt der verschiedenen Relaisausführungen in Bezug auf unterschiedliche Anzugs- oder Abfallzeiten läß sich schaltungstechnisch sinnvoll ausnutzen. Die Kraft, mit der ein Relaizanker angezogen wird, ist angenähert proportional den in der Erregerwicklung erzeugten Amperewindungen, wobei die Anzugs- und Abfallzeit des Relais durch die Auf- und Abbauzeit des magnetischen Feldes bestimmt wird, sich aber durch zusätzliche Hilfsmittel, wie z.B. Zeitgeberschaltungen, entsprechend beeinflussen läßt Die charakteristlschenKennwerte des Relais sind seine Anzugs-, Halte- und Abfall erregung, wobei die Anzugserregung ein Vielfaches der Halteerregung beträgt.
Zur Herabsetzung der Verlustleistung beim Betrieb ist es zweckmäßig, nach erfolgtem Anzug des Relaisankers, den Strom in der Erregerwicklung während der Haltezeit auf den Halte-Strom zu begrenzen. Schaltungen hierfür sind bekannt. So zeigt z.. das f3uch Schaltboispielen der Deutschen ITT Industries GmbJj, Ausgabe 1967, auf Seite 65 eine Magnetsteuerschaltung mit RC-Glied fUr erhöhte Anzugserregung, bei welcher der Erregerstrom für den Magneten durch einen Transistor gesteuert wird, an dessen Basis das die Anzugszeit bestimmende RC-Glied angeschlossen ist. Die Schaltung ist derart ausgelegt, daß der Magnet während der Anzugszeit an erhöhte Speisespannung und während der Haltezeit an Betriebsspannung gelegt ist.
Dieser Schaltung haftet jedoch der Nachteil an, daß zwei Versorgungsskannungen erforderlich sind und daß besonders bei häufigem Schalten eine zu hohe Verlustwärme im Transistor entsteht.
In dem genannten Buch "Schaltbeisplele" ist auf der Seite 64 eine andere Magnetsteuerschaltung gezeigt, welche die Nachteile er eratgemannten Schaltung durch )Iinzufügen eines weiteren Transistors vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu einer monostabilen Kippschaltung weitgehend beseitigt. Bei dieser Schaltung, die nur mit einer Versorgungsspannung arbeitet, ist der Magnet mit einem Widerstand in Reihe geschaltet. Die erhöhte Anzugserregung wird dadurch gewonnen, daß nach dem Einschalten der Widerstand währerd der Standzeit der monostabilen Kippschaltung kurzgeschlossen wird und der Magnet somit an der vollen Betriebsspannung liegt. Nach Ablauf der Standzeit begrenzt der Widerstand den Erregerstrom auf den Haltestrom.
Die hierbei verbrauchte Leistung wird in Wärme umgesetzt.
Dies wiederum bedeutet eine wesentliche Erhöhung der Verlustleistung und demzufolge Unwirtschaftlichkeit im Betrieb.
Nachteilig ist weiterhin, daß die Schalteinrichtung durch ihre feste Verschaltung mit dem elektromagnetischen Verbraucher nicht weiteren elektromagnetischfr Verbrauchern zugeordnet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese angeftlhrten Nachteile zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung zum Betrieb elektromagnetischer Verbraucher zu schaffen, bei der trotz Ubererregung der elektromagnetischen Verbraucher die Verlustleistung herabgesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Schalteinrichtung einem oder mehreren wahlweise über zugeordnete im Erregerstromkreis liegende Schalter mit je einem Steuereingang anSteuerbaren elektromagnetischen Verbrauchern zugeordnet ist und entsprechend den beiden Erregungsbereichen der elektromagnetischen Verbraucher einen ersten und einen zweiten die Erreger spannung in diesen Bereichen bestimmenden Stabilitätszustand einnimmt.
Insbesondere ist die Anordnung so getroffen, daß der erste dem Anzugsbereich zugeordnete Stabilitätszustand monostabil und der zweite dem Haltebereich zugeordnete Stabilitätszustand astabil ist und daß somit die Schalteinrichtung der Erregerwicklung des angewählten elektromagnetischen Verbrauchers während der Anzugszeit eine stetige und während der Haltezeit eine impulsförmige Erregerspannung zuführt.
Im folgenden wird die Erfindung an Rand der Darstellungen in Verbindung mit der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektromagnetischen Verbrauchers, Fig. 2 eine Schalteinrichtung der Schaltungsanordnung, Fig. 3a bis 3e Diagramme über den zeitlichen Verlauf der Erregerspannungen und des Erregerstromes und Fig. 4 die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 für mehrere elektromagnetische Verbraucher.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektromagnetischen Verbrauchers besteht im wesentlichen aus einer die Erregerspannung liefernden Schalteinrichtung 1 mit einem Ausgang 2, der an einen Verstärker 3 angeschaltet ist.
Ein Ausgang 4 des Verstärkers 3 steht in direkter Verbindung mit dem einen Wicklungsanschluß der Erregerwicklung des elektromagnetischen Verbrauchers 5, der im Ausführungsbeisplel ein'elektromagnetisches Relais sein soll, woiei der andere Wicklungsanschluß an einen im Erregerstromkreis liegenden Schalter 6,angeschlossen ist. Der Schalter 6 kann z.B., wie nicht weiter dargestellt, ein bekannter Transistorschalter sein.
ueber einen Steuereingang E, der sowohl an die Schalteinrichtung 1 als auch an den Schalter 6 geführt ist, erfolgt die Anwahl und Schließung des Verbraucherstromkreises, wobei der mit dem Schalter 6 verbundene Wicklungsanschluß der Erregerwicklung des Relais 5 auf Bezugsspannung, z.B. O Volt, gelegt wird.
Fig. 2 zeigt den Aufbau der Schalteinrichtung 1 gemäß Fig. 1.
Wie erslchtlich,lst der Steuereingang E hierbei an einen Eingang einer mehrere Eingänge aufweisenden dynamischen Oder-Schaltung 7 angeschlossen, die ein Verzögerungsglied 8 mit Ausschaltverzögerung steuert. Die noch freien Eingänge der dynamischen Oder-Schaltung 7 können ebenfalls bei Verwendung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zum Betrieb mehrerer wahlweise ansteuerbarer Verbraucher, siehe Fig. 4, mit einem ent -sprechenden Steuereingang belegt werden. Der schon genannte Ausgang 2 der Schalteinrichtung 1 ist mit dem Ausgang einer Oder-Schaltung 9 verbunden, deren einer Eingang ausgangsseitig mit dem Verzögerungsglied 8 und deren anderer Eingang mit dem einen Kippausgang eines astabilen Multivibrators lo in Verbindung steht.
An Hand der Schaubilder für Erregerspannung und Erregerstrom gemäß den Fig. 3a bis 3e in Verbirldurlg mit den Fig. 1 und 2 soll nachstehend die Wirkungsweise der Schalungsanordnung erläutert werden.
Der astablle Multivibrator lo liefert, wie aus Fig. 3c ersichtlich, eine impulsförmige Erregerspannung, deren öhe eine vorgegebenen Spannung Ul3 entspricht, wobei die Impulsdauer tli ein Vielfaches der Impuispause t0 beträgt. Über die Oder-Schaltung 9 werden diese Erregerimpulse mit an sich KerlnRcrn Leistungspegel dem Verstärker 3 zugeführt und soweit vcrstiirkt, daß sie zum Erregers des elektromagnetiscEIen Verbrauchers ') herangezogen werden können.
Die Herstellung eines Verbraucherstromkreises erfolgt in Abahängigkeit eines auf den Steuereingang E gegebenen Steuersignales vorbestimmter Dauer tEJ vergl. Fig. 3a. Dieses Steueraiilnal legt die Einschaltdauer des elektromagnetischen Verbrauchers fest und steuert unmittelbar sowohl den Schalter 6 als auch mittels der dynamischen Oder-Schaltung 7, vergl.
Fig. 2, das Verzögerungsglied 8 an, auf dessen Ausgang ein Signal über einen durch die Anzugszeit des elektromagnetischen Verbrauchers 5 vorgegebenen Zeitabschnitt tA erscheint, das gleichfalls mit der vom astabilen Multivibrator lo geliererten impulsförmigen Erregerspannung der Oder-Schaltung 9 zugeführt wird, so daß während der Anzugsphase die Erregerwicklung an eine steti-ge und während der Haltephase tE - tA an eine impuisförmige Erregerspannung angeschaltet wird.
Die Fig. 3e zeigt den zeitlichen Verlauf des Erregerstromes IE' der innerhalb des von der Anzugszeit vorgegebenen Zeitabschnittes tA nach einer e-Funktion Uber den zur Betätigung des Relaisankers erforderlichen Wert des Anzugsstromes 1A ansteigt. In der nachfolgenden Impulspause to der nun impulsförmi,rr gegebenen Erregerspannung sinkt der Erregerstrom IE bis auf den Haltestrom IIf, steigt aber während der nachfolgenden Impulsdauer tH wieder auf seinen ursprünglichen Wert. Dieser Vorgang wiederholt sich, wie die FiK. 3e zeigt, mehrmals während der Haltezeit. Nach Ablauf der durch das SLeuersignal festgelegten Einschaltdauer tE für den Verbraucher 5 öffnet der Schalter ti den Erregerstromkreis und die S(haltungsanordnung ist bereit für einen folgenden Schaltvorgang.
Wie bereits beschrieben, ist die Höhe der stetigen und der impulsförmigen Erregerspannung während der Anzugs- bzw. der Haltephase durch die vorgegebene Spannung UB, vergl. Fig. 3, festgelegt, welche im Normalfall, d.h. bei unbesohleunigtem Anzug,der Betriebsspannung des elektromagnetischen Verbrauchers 5 entspricht und für eine erhöhte Anzugserregung entsprechend höher liegt.
Die Anwahl des elektromagnetischen Verbrauchers und die Herstellung des Verbraucherstromkreises errolgt in Abhängigkeit eines auf den Steuereingang E gegebenen Steuersignals. Die Schalteinrichtung 1 kann somit fUr den Betrieb mehrerer wahlweise ansteuerbarer Verbraucher herangezogen werden. Eine derartige Schaltungsanordnung zeigt die Fig. 4. Der Grundaufbau dieser Anordnung entspricht dem der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Auch hier ist eine die ipulsförmige Erregerspannung liefernde Schalteinrichtung 1' vorgesehen, deren Ausgang 2' an einen Verstärker 3 mit einem Ausgang 4' angeschaltet ist.
Die wahlweise über zugeordnete Steuereingänge E1, E2 bis En ansteuerbaren elektromagnetischen Verbraucher 5/1, 5/2 bis 5/n mit den entsprechenden Schaltern 6/1, 6/2 bis 6/n sind einander gleich.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind besonders darin zu sehen, daß durch die impulsförmige Erregung eines elektromagnetischen Verbrauchers, dessen Lebensdauer sowie relative Einschaltdauer trotz Ubererregung gesteigert wird, während die Verlustleistung und damit die Belastung des Netzteiles auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
PatentansprUche

Claims

Patentansprüche S Schaltungsanordnung zum Betrieb elektromagnetischer Verbraucher mit einer Schalteinrichtung zur Anschaltung der Erregerwicklung des elektromagnetischen Verbrauchers an hinsichtl ich Anzugs- und Halteerregung unterschiedliche Erregerspannungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schalteinrichtung (1; 1') einem oder mehreren wahlweise über zugeordnete im Erregerstromkreis liegende Schalter (6; 6/1 bis (j/n) mit je einem Steuereingang (E; El bis En) ansteuerbaren elektromagnetischen Verbrauchern (5; 5/1 bis 5/n) zugeordnet ist und entsprechend den beiden Erregungsberc I zehen der elektromagnetischen Verbraucher (5; 5/1 bis /n) einen ersten und einen zweiten die Erregerspannung in diesen Bereichen jestimmenden Stabilitätszustand einnimmt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der erste dem Anzugsbereich zugeordnte Stabllitätszustand monostabil und der zweite dem Haltebereich zugeordnete Stabilitätszustand astabil ist.
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für die Herstellung eines Verbraucherstromkreises jeder einem der Schalter (6; 6/1 bis 6/n) für einen der elektromagnetischen Verbraucher (5; 5/1 bis 5/n) zugeordnete Steuereingang (E; El bis En)gleichfalls an die Schalteinrichtung (1; 1') gefUhrt ist, so daß bei Anwahl eines der elektromagnetischen Verbraucher (5; 5/1 bis 5/n) mittels eines an den entsprechenden Steuereingang (E; El bis En) gelegten Steuersignals bestimmter Dauer (tE) die Schalteinrichtung (1; 1') für einen durch die Anzugazeit vorgegebenen Zeitabschnitt (tA) den ersten Stabilitätszustand und danach selbsttätig den zweiten Stabilitätszustand für den durch die Haltezeit vorgegebenen Zeitabschnitt (tE - tA) einnimmt.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schalteinrichtung (1; 1') der Erregerwicklung des angewählten elektromagnetischen Verbrauchers (5; 5/1 bis 5/n) während der Anzugszeit eine stetige und während der Haltezeit eine impulsförmige Erregerspannung zuführt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c Ii g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Erregerspannungen dem angwKhlten elektromagnetlschen Verbraicher (5; 5/1 bis 5/n) über einen Verstärker (3; 3') zugeführt werden.
6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß die Schalteinrichtung (1; 1') für die Erzeugung der impulsförmigen Erregerspannung einen astabilen Multivibrator (lo) aufweist, dessen einer Kippausgang elngangsseltlg an eine Oder-Schaltung (9) mit einem Ausgang (2; 2') für die Erregerspannungen geführt ist, wobei ein anderer Eingang der Oder-Schaltung (9) über ein Verzdgerungsglled (8) für die stetige Erregerspannung an den Ausgang einer dynamischen Oder-Schaltung (7) gelegt ist, die eingangsseitig mit den Steuereingängen (E; E1 bis En) in Verbindung steht.