DE2050219A1

DE2050219A1 - Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten

Info

Publication number: DE2050219A1
Application number: DE19702050219
Authority: DE
Inventors: Harald Petit Saconnex Stampfh (Schweiz)
Original assignee: Lucifer SA
Current assignee: Lucifer SA
Priority date: 1969-10-24
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1971-04-29
Also published as: BE756904A; JPS4918141B1; CH514920A; GB1280934A; US3689808A; DE2050219B2; DE2050219C3; NL7015552A; FR2065436A5; SE372997B; CA923553A

Description

DIPl-ING. DIETER JANDER

DR.-ING. MANFRED BONING O η tr Π ο ι

PATENTANWÄLTE L U O U L I

1 BERLIN 33 (DAHLEM) HOTTENWEG 15 TELEFON 7013 02

218/13 315 DE 2. Oktober 1970

Patentanmeldung

der Firma

HJCIiER S.A.

Oarouge-Genf (Schweiz) Ohemin Lucifer

Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten

Da zum Zeitpunkt der Einschaltung eines Elektromagneten, insbesondere bei solchen mit Tauchanker, der Luftspalt den grössten Wert aufweist, ist eine verhältnismässig hohe elektrische Leistung erforderlich, um den Anker in Bewegung zu setzen, während eine bedeutend kleinere elektrische Leistung gentigt, um ihn in angezogener Stellung zu halten. Mit Rücksicht auf Erwärmung und Stromverbrauch ist es wünschenswert, den Strom herabzusetzen, sobald es sich nur noch darum handelt, den Anker in angezogener Stellung zu halten.

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Bei Elektromagneten sind Anordnungen zur Erzielung eines Haltestromes, der schwächer als der Anfangsstrom ist, bereits "bekannt. Verfügt man jedoch über eine Stromquelle mit fester Spannung, so erfordert die Stromherabsetzung einen in Reihe geschalteten Widerstand, was zu unerwünschtem Verbrauch an elektrischer Energie führt. Es ist daher vorteilhaft, EIektromagnete mit zwei Wicklungen vorzusehen, von denen die eine eine Leistungswicklung ist, die zu Beginn des EinschaltVorganges gespeist wird, um die " Anfangsbewegung des Magnetankers zu bewirken, während die andere Wicklung eine Haltewicklung ist, deren Scheinwiderstand bedeutend höher ist und die gespeist wird, um den Anker in"angezogener Stellung zu halten.

Ausserdem ist es vorteilhaft, wenn Elektromagneten ein evtl. gleichgerichteter Wechselstrom zugeführt wird, da praktisch in den meisten Fällen ein Wechselstromnetz zur Verfügung steht, während die Benutzung einer, gesiebten Gleichstrom liefernden, Stromquel-" Ie sehr kostspielig ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten, deren Gestehungspreis niedrig ist, die wenig Raum einnimmt und von einer einzigen Wechselspannungsquelle gespeist wird. Ausserdem kann diese Einrichtung an Stromquellen mit verhältnismässig hoher Spannung, z.B. bis 380 V, angelegt

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werden und zur Steuerung von Leistungen bis zu mehreren EW benutzt werden. Ferner ermöglicht diese Einrichtung eine rasche

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Umschaltung.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten mit einer Leistungswicklung und einer Haltewicklung, die aus Schaltelementen für die automatische Verbindung der Stromquelle mit der einen und dann mit der anderen der genannten Wicklungen und einem Hauptschalter besteht. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Wicklungen mit einem durch eine Steuerelektrode gesteuerten Halbleiter in Reihe geschaltet ist, wobei die beiden Wicklungen mit ihrem Halbleiter zwischen den beiden Klemmen der Stromquelle parallel angeschlossen werden, deren Strom durch den Hauptschalter befehligt wird, der zur Leistungsspule gehörende Halbleiter dem Zweig des Sfceaerkreiyes mit der Haltewicklung untergeordnet ist, so dass er leitend oder nichtleitend wird, je nachdem, ob der genannte Zweig de°s Steuerkreises nichtleitend oder leitend ist, und der Halbleiter der Haltewicklung durch einen Timer (Zeitgeber) so gesteuert wird, dass dieser nach einer bestimmten Zeitspanne nach Einschaltung des Hauptschalters leitend wird.

Die beiliegende Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung.

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Darin zeigern

Figur 1 das Schaltbild der ersten Ausführungsform, bei welcher die Halbleiter Thyristoren sind, und

Figur 2 ein ähnliches Schaltbild wie Figur 1, in welches die Thyristoren durch Transietoren ersetzt wurden.

Das Schaltbild gemäss Figur 1 weist zwei Eingangsklemmen a und b auf, die an eine Wechselstromquelle von z.B. 220 V angelegt werden. Diese Klemmen sind über einen Schalter j3 mit einem Ringgleichrichter verbunden. Dieser Gleichrichter 1 ist mit.seiner positiven Klemme an der Leitung e_ und seiner negativen Klemme an der Leitung f angeschlossen. Zwischen diesen beiden Leitungen herrscht eine ungesiebte Wechselspannung.

Der Elektromagnet umfasst einen feststehenden Magnetkern 2 und einen beweglichen Magnetanker 2» ^{der vom} Kern 2 angezogen wird. Selbstverständlich ist der Anker 3. geführt, aber die Fuhrungsfc mittel wurden der besseren Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt.'

Das Magnetfeld im Kern 2 wird durch zwei Wicklungen 4_ und 5. erzeugt, von denen die Wicklung 4. eine Haltewicklung ist und die Wicklung 5_ eine Leistungswicklung.

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Die Haltewicklung 4, ist zwischen den Leitungen £ und f mit einem Thyristor T₁ in Reihe geschaltet. Ebenso ist die Leistungswicklung 5. zwischen diesen beiden Leitungen mit einem Thyristor Tp in Reihe geschaltet. Die Steuerelektrode oder "Gate" des Thyristors T₁ ist ilber eine Gasentladungsröhre 6_ am Verbindungspunkt des Kondensators C₁ mit dem Widerstand R-, angeschlossen; Kondensator C, und Widerstand R, sind zwischen den Leitungen e_ und f in Reihe geschaltet.

Zwei Dioden D₁ und D₂ verbinden das "Gate" des Thyristors T-. mit der Kathode bzw, der Anode dieses Thyristors.

Die Anode des Thyristors T-, ist aber einen Widerstand R_? mit dem "Gate" des Thyristors T_? verbunden. Dieses "Gate" ist ebenfalls

über die Dioden D„ und D. mit der Kathode und mit der Anode ver-

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bunden.

Schliesslich ist die Wicklung 4. durch eine Diode D,- und einen Kondensator C_? überbrückt, während die Wicklung 5, durch die Diode Dg und den Kondensator C, überbrückt wird. Jeder der Thyristoren T₁ und T_? ist durch einen Kondensator C, bzw. C₁- überbrückt.

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Sobald der Schal-

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ter S_ geschlossen wird, liefert der Gleichrichter 1 eine gleichgerichtete, unsgesiebte Spannung zwischen den leitungen e_ und f. Der Thyristor T, ist dabei nichtleitend, weil seine Steuerelektrode noch nicht auf ein positives Potential in Bezug auf die Leitung f gebracht wurde. Hingegen ist die Steuerelektrode des Thyristors Tp über den Widerstand R₂ und die Wicklung £ mit der Leitung e_ verbunden. Dieser Elektrode wird also ein positiver Strom zugeführt, so dass, der Thyristor T_? vom Zeitpunkt der Einschaltung des Schalters S an sofort leitend wird. Die Leistungs-■vicklung 5. wird folglich beim Schliessen des Schalters S_ unmittelbar erregt.

Infolge der zwischen den Leitungen e_ und f herrschenden Spannung wird der Kondensator C₁ über den Widerstand R₁ geladen. Sobald sein Potential die Zündspannung der Gasentladungsröhre 6^ erreicht, wird diese leitend und ermöglicht den Zufluss eines Steuerstromes zum "Gate" des Thyristors T₁. Letzterer wird lei- * tend und sichert den Stromfluss in der Haltewicklung 4,. Da der Spannungsabfall im Thyristor T₁ in Bezug auf die Spannung zwischen den Leitungen e_ und f vernachlässigbar ist, wird das Ende des Widerständesi up auf ein Potential gebracht, das dem der Leitung f naheliegt und zur Erregung des Thyristors T₀ nicht ausreicht. Somit wird am Ende der Halbwelle, während welcher der Thyristor T-, leitend wurde, der Thyristor T„ beim Nulldurchgang des Stromes nichtleitend und verharrt dann in nichtleitendem Zustand.

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Der Thyristor T, bleibt leitend, solange der Schalter J3 geschlossen bleibt. Bei Öffnung dieses Schalters wird die Stromzufuhr unterbrochen, und die Wicklung 4 ist nicht mehr erregt.

Die Dioden D,, D_, D₁- und D_fi sowie die Kondensatoren C₉ bis C^. wurden nur zur Vermeidung von Überspannungen vorgesehen, welche die Thyristoren T₁ und T₉ beschädigen würden. Aufgabe der Dioden D₉ und D. ist es, den Durchgang eines negativen Stromes durch die Steuerelektroden zu ermöglichen und damit die Löschung des Thyristors T₁ bzw. T₉ zu gewährleisten, wenn die Spannung zwischen den Leitungen e_ und f zwischen zwei Halbwellen auf Null absinkt, bzw. wenn sie infolge öffnung des Schalters § Null wird. Die Kondensatoren C₉ und G. bzw. C, und G,. dienen dazu, den Wert /dt bei Stromunterbrechung in den Wicklungen 4_ bzw. 5, zu begrenzen. Damit wird eine Fehlzündung der Thyristoren T₁ oder T_? vermieden und das Sperren derselben erleichtert.

Figur 2 zeigt ein Schaltbild, das dem der Figur 1 ähnlich ist, in dem jedoch die Thyristoren durch Transistoren ersetzt wurden. Dieser Schaltkreis dient also zur Steuerung der .Erregung der Wicklungen eines Elektromagneten von kleiner Leistung. Diese Schaltung umfasst ebenfalls die Klemmen a und b, den Gleichrichter 1, den Widerstand R₁ und den Kondensator G₁ sowie die Leitungen £ und f. Der Hauptschalter S, der ψ ςητ }·. -'urde Dec⁵.och

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durch einen TRIAC 8 ersetzt, so dass sämtliche Elemente des Schaltkreises statische Elemente sind. Man findet ebenfalls die Wicklungen 4 und 5 mit ihrer Diode IL bzw. ~D_C sowie ihrem Kondensator C„ bzw. C„.

Die Wicklung 4 wird durch einen Transistor TJEL gesteuert, dessen Basis mit dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Kondensator C, und dem Widerstand R, über einen "Diac" 7 verbunden ist. Dieses Element ist ein Halbleiter, der die Punktion einer Zenerdiode hat, bei dem aber die Ansprechschwelle für beide Polaritäten gleich ist.

Die Wicklung 5, wird durch einen Transistor TR„ gesteuert, des-

C.

sen Basis durch den Widerstand R_? auf die gleiche Weise wie die Steuerelektrode des Thyristors T„ der ersten Ausfuhrungsform ge steuert wird.

ψ Die Emitter der Transistoren TR- und TR_? sind je über eine Diode D„ bzw. Dg, die als Polarisationswiderstand dient, mit der Leitung f verbunden. Die Basis eines jeden Transistors ist über einen Widerstand R_ bzw. R^ mit dem zugehörigen Emitter verbunden. Dio Dioden D^ und D₁₀ dienen auch zum Schutz der Basis und TRp.

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Die Arbeitsweise der Schaltung dieser zweiten Ausführungsform ist praktisch die gleiche wie die der ersten .Ausfiihrungsform, mit dem Unterschied, dass der ITbergang des Transistors TRp in den nichtleitenden Zustand unmittelbar, nachdem der Transistor TR-, leitend wurde, stattfindet.

Selbstverständlich kann die "beim Einschalten der Wicklung 4 stattfindende Verzögerung auch durch einen Timer erzielt werden, der sich von dem dargestellten, aus dem Widerstand R, und dem Kondensator C, bestehenden und in Verbindung mit dem Element 6 oder 1_ sine Spannungsschwelle darstellenden Timer unterscheidet.

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Claims

218/13 315 DE ²· Oktober 1970

Patentanmeldung
der Firma
LUCIIER S.A.
Carouge-Genf (Schweiz)
Oheain Lucifer

Patentansprüche

V. Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten mit einer Leistungswicklung und einer Haltewicklung, bestehend aus Schaltelementen für die automatische Verbindung der StromquelDe mit der einen und dann der anderen der genannten Wicklungen und einem Hauptschalter, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Wicklungen (4, 5) mit einem durch eine Steuerelektrode gesteuerten Halbleiter (T₁ bzw. T₂) in Reihe geschaltet ist, wobei die beiden Wicklungen (4, 5) mit ihrem Halbleiter (T,, T_?) zwischen den beiden Klemmen der Stromquelle parallel angeschlossen werden, deren Strom durch den Hauptschalter (S) befehligt wird, der zur Leistungsspule

(5) gehörende Halbleiter (T_?) dem Zweig des Steuerkreises

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mit der Haltespule (4) untergeordnet ist, so dass er leitend oder nichtleitend wird, je nachdem, o"b der genannte Zweig

des Stauerkreises nichtleitend oder leitend ist, und der Halbleiter (T-,) der Haltewicklung (4) durch einen Timer (Zeitgeber) (R-, , C-,) gesteuert wird, so dass -or. nach einer bestimmten Zeitspanne,nach den Einschalten des Hauptschalters (S) Isitend wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wicklungen (4, 5) durch einen gleichgerichteten, uiigesiebten Strom aus einer Wechse!stromquelle gespeist werden.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Halbleiter (T-,, T_?) gesteuerte Dioden sind.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass sämtliche Elemente dieser Einrichtung statische Elemente sind.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Steuerelektrode der mit der Haltewicklung (4) verbundenen, gesteuerten Diode (T,) mit einem

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RC-Hetzwerk (H,, C,) verbunden ist, das durch einen gleichgerichteten Strom gespeist wird, wobei die Spannung des Kondensators (C.) dieses Netzwerkes aber ein Element (6, 7) mit Spannungsschwelle an die genannte Elektrode angelegt wird.

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