DE2050219C3

DE2050219C3 - Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten

Info

Publication number: DE2050219C3
Application number: DE2050219A
Authority: DE
Inventors: Harald Petit-Saconnex Stampfli (Schweiz)
Original assignee: Lucifer SA
Current assignee: Lucifer SA
Priority date: 1969-10-24
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1979-04-19
Also published as: US3689808A; FR2065436A5; SE372997B; CH514920A; JPS4918141B1; DE2050219A1; DE2050219B2; BE756904A; CA923553A; GB1280934A; NL7015552A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten mit einer Leistungswicklung und einer Haltewicklung, bestehend aus einem den Strom einer Spannungsquelle befehlenden Hauptschalter und aus Schaltelementen, die den Elektromagneten automatisch nach einer bestimmten Zeit nach dem Einschalten des Hauptschalters von einem Zustand hoher Erregung in einen Zustand niedriger Erregung umschalten und ein zur Leistungswicklung in Reihe geschaltetes, durch eine Steuerelektrode gesteuertes Halbleiterbauelement und einen ein Halbleiterbauelement steuernden Zeitgeber umfassen.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 64 569 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung ist die Haltewicklung durch das vom Zeitgeber gesteuerte Halbleiterbauelement, nämlich einen Transistor, überbrückt und liegt in Reihe mit der Leistungswicklung. Die Umschaltung erfolgt durch den Transistor, der gemäß seiner Ansteuerung allmählich vom leitenden in den gesperrten Zustand übergeht. Dieser Obergang setzt bei starkem Magnetisierungsstrom am Transistor eine erhebliche Leistung frei. Der Transistor kann nicht durch einen Thyristor ersetzt werden, und die bekannte Schaltung eignet sich nicht für eine Speisung mit gleichgerichtetem Wechselstrom. Die Gleichstromkomponente des gleichgerichteten Wechselstroms bewirkt nämlich, daß das Ansteuersignal nie zu null wird, so daß der eventuelle Thyristor nie sperrend wird.

Aus der DD 35 452 ist eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten mit einer Leistungswicklung und einer Haltewicklung, bestehend aus einem den Strom einer Spannungsquelle befehlenden Hauptschalter und aus Schaltelementen in Form eines Relais, das den Elektromagneten automatisch nach einer bestimmten Zeit nach dem Einschalten des Hauptschalters von einem Zustand hoher Erregung in einen Zustand niedriger Erregung umschaltet, bekannt, bei der die Haltewicklung und die Leistungswicklung zwischen den beiden Klemmen der Stromquelle parallel angeschlossen sind. Aus der DE-OS 14 64 569 ist es weiterhin bekannt, daß der Zeilgeber ein RC-Netzwerk aufweist, das durch einen Gleichstrom gespeist wird, und daß die Spannung des Kondensators an die Steuerelektrode eines Halbleiterbauelementes angelegt wird. Aus der DE-AS 12 70152 ist es bekannt, einen durch eine Magnetspule fließenden Strom mit Hilfe eines mit ihr in

Reihe geschalteten Thyristors zu schalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Einrichtung derart auszubilden, daß aufgrund einer sehr kurzen Umschaltzeit im Halbleiterbauelement keine hohe Verlustleistung auftritt.

J5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein weiterer durch eine Steuerelektrode gesteuertes Halbleiterbauelement in Reihe zur Haltewicklung geschaltet ist, daß die Haltewicklung und die Leistungswicklung mit ihrem jeweiligen Halbleiterbauelement zwischen den beiden Klemmen der Stromquelle parallel angeschlossen sind, daß die Steuerelektrode des in Reihe mit der Leistungswicklung geschalteten Halbleiterbauelements über einen Widerstand und die Haltewicklung mit der Stromquelle verbunden ist und daß der Zeitgeber das in Reihe mit der Haltewicklung geschaltete Halbleiterbauelement derart steuert, daß es nach einer bestimmten Zeitspanne nach dem Einschalten des Hauptschalters leitend wird. Durch diese Schaltung, die sich im wesentlichen dadurch von der bekannten Schaltung unterscheidet, daß die beiden Wicklungen parallel zueinander liegen, ergibt sich eine sehr kurze Umschaltphase der

Halbleiterbauelemente. Bei Verwendung von ungesiebtem gleichgerichtetem Wechselstrom können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Halbleiterbauelemente auch Thyristoren

verwendet werden, die ja ohnehin nur entweder voll leiten oder voll sperren.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels, bei welcher die Halbleiter Thyristoren sind, und

Fig. 2 ein ähnliches Schaltbild wie Fig. I,in welchem die Thyristoren durch Transistoren ersetzt wurden.

Das Schaltbild gemäß F i g, 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 S mit einem Ringgleichrichter verbunden. Dieser Gleichrichter / ist mit seiner s positiven Klemme an der Leitung eund 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 3, der vom Kern 2 angezogen wird. Selbstverständlich ist der Anker 3 geführt, aber die Führungsmittel 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 Heizwicklung ist und die Wicklung S eine Leistungswicklung.

Die Haltewicklung 4 ist zwischen den Leitungen e und /mit einem Thyristor 71 in Reihe geschaltet Ebenso ist die Leistungswicklung 5 zwischen dieser, beiden Leitungen mit einem Thyristor T₂ in Reihe geschaltet. Das Gate des Thyristors 71 ist über eine Gasentladungsröhre 6 am Verbindungspunkt des Kondensators G mit dem Widerstand R\ angeschlossen; Kondensator Q und Widerstand R\ sind zwischen den Leitungen e und /"in Reihe geschaltet

Zwei Dioden D_x und D₂ verbinden das Gate des Thyristors Ti mit der Kathode bzw. der Anode dieses Ό Thyristors.

Die Anode des Thyristors 71 ist über einen Widerstand R₂ mit dem Gate des Thyristors T₂ verbunden. Dieses Gate ist ebenfalls über die Dioden Dy und Di, mit der Kathode und mit der Anode verbunden. ^)r>

Schließlich ist die Wicklung 4 durch eine Diode D₅ und einen Kondensator C₂ überbrückt, während die Wicklung 5 durch die Diode Df, und den Kondensator Cj überbrückt wird. Jeder der Thyristoren 71 und T₂ ist durch einen Kondensator Ct bzw. C% überbrückt. ·"»

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Sobald der Schalter 5 geschlossen wird, liefert der Gleichrichter / eine gleichgerichtete, ungesiebte Spannung zwischen den Leitungen e und f. Der Thyristor 71 ist dabei nichtleitend, weil seine Steuerelektrode noch nicht ⁴^ auf ein positives Potential in bezug auf die Leitung f gebracht wurde. Hingegen ist die Steuerelektrode des Thyristors T₂ über den Widerstand A₂ und die Wicklung 4 mit der Leitung e verbunden. Dieser Elektrode wird also ein positiver Strom Eingeführt, so daß der Thyristor T₂ vom Zeitpunkt der Einschaltung des Schalters 5 an sofort leitend wird. Die Leistungswicklung 5 wird folglich beim Schließen des Schalters S unmittelbar erregt.

Infolge der zwischen den Leitungen e und /' herrschenden Spannung wird der Kondensator Q über den Widerstand Rt geladen. Sobald sein Potential die Zündspannung der Gasentladungsröhre 6 erreicht, wird diese leitend und ermöglicht den Zufluß eines Steuerstromes zum Gate des Thyristors 71. Letzterer so wird leitend Und sichert den Strömfluß in der Haltewicklung 4. Da der Spannungsabfall im Thyristor Ti in bezug auf die Spannung zwischen den Leitungen e und f vernachlässigbar ist, wird das Ende des Widerstandes R₂ auf ein Potential gebracht, das dem der *⁵ Leitung /"naheliegt und zur Erregung des Thyristors T₂ nicht ausreicht. Somit vv^:rd am Ende der Halbwelle, während welcher der Thyristor 71 leitend wurde, der Thyristor 7Ϊ beim Nulldurchgang des Stromes nichtleitend und verharrt dann in nichtleitendem Zustand.

Der Thyristor 71 bleibt leitend, solange der Schalter 5 geschlossen bleibt Bei öffnung dieses Schalters wird die Stromzufuhr unterbrochen, und die Wicklung 4 ist nicht mehr erregt

Die Dioden D\, Dj, D₃ und D₀ sowie die Kondensatoren C₂ bis C₅ wurden nur zur Vermeidung von Oberspannungen vorgesehen, welche die Thyristoren 7! und T₂ beschädigen würden. Aufgabe der Dioden D₂ und Di, ist es, den Durchgang eines negativen Stromes durch die Steuerelektroden zu ermöglichen und damit die Löschung des Thyristors 71 bzw. T₂ zu gewährleisten, wenn die Spannung zwischen den Leitungen e und f zwischen zwei Halbwellen auf Null absinkt, bzw. wenn sie infolge Öffnung des Schalters S Null wird. Die Kondensatoren C₂ und Q bzw. Cj und C? dienen dazu, den Wert ^dv/d, bei Stromunterbrechung in den Wicklungen 4 bzw. 5 zu begrenzen. Damit wird eine Fehlzündung der Thyristoren Γι odei I₂ vermieden und das Sperren derselben erleichtert

F i g. 2 zeigt ein Schaltbild, das dem der F i g. I 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 /, den Widerstand R\ und den Kondensator Ci sowie die Leitungen e und f. Der Hauptschalter 5 der Fig. 1 wurde jedoch 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 Ds bzw. De sowie ihrem Kondensator C₂ bzw. Cj.

Die Wicklung 4 wird durch einen Transistor TR\ gesteuert, dessen Basis mit dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Kondensator Ci und dem Widerstand R\ über einen Diac 7 verbunden ist. Dieses Element ist ein Halbleiterbauelement, das die Funktion einer Zenerdiode hat, bei dem aber die Ansprechwelle für beide Polaritäten gleich ist.

Die Wicklung 5 wird durch einen Transistor TR₂ gesteuert, dessen Basis durch den Widerstand R₂ auf die gleiche Weise wie die Steuerelektrode des Thyristors T₂ des ersten Ausführungsbeispiels gesteuert wird.

Die Emitter der Transistoren 77?iund TR₂ sind je über eine Diode D, bzw. Ds, die als Polarisationswiderstand dient, mit der Leitung /"verbunden. Die Basis eines jeden Transistors ist über einen Widerstand Rj bzw. Ra mit dem zugehörigen Emitter verbunden. Die Dioden D₉ und Dm dienen auch zum Schutz der Basis TR\ und 77?₂.

Die Arbeitsweise der Schaltung dieses zweiten Ausfüiirungsbeispiels ist praktisch die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels mit dem Unterschied, daß der Übergang des Transistors TR? in den nichtleitenden Zustand unmittelbar, nachdem der Transistor TR, leitend wurde, stattfindet.

Selbstverständlich kann die beim Einschalten der Wicklung 4 stattfindende Verzögerung auch durch ein Verzögerungsglied erzielt werden, das sich von dem dargestellten, aus dem Widerstand /?i und dem Kondensator C_t bestehenden und in Verbindung mit der Gasentladungsröhre 6 oder dem Diac 7 eine Spannungsschwelle darstellenden Verzögerungsglied unterscheidet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Steuerung eines Elektromagneten mit einer Leistungswicklung und einer Haltewicklung, bestehend aus einem den Strom einer Spannungsquelle befehlenden Hauptschalter und aus Schaltelementen, die den Elektromagneten automatisch nach einer bestimmten Zeit nach dem Einschalten des Hauptschalters von einem Zustand hoher Erregung in einen Zustand niedriger Erregung umschalten und ein zur Leistungswicklung in Reihe geschaltetes, durch eine Steuerelektrode gesteuertes Halbleiterbauelement und einen ein Halbleiterbauelement steuernden Zeitgeber umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres durch eine Steuerelektrode gesteuertes Halbleiterbauelement (T_x) in Reihe zur Haltewicklung (4) geschaltet ist, daß die Haltewicklung (4) und die Leistungswicklung (5) mit ihrem jeweiligen Halbleiterbauelement (T-,, 7}) zwischen if"n beiden Klemmen der Stromquelle parallel angeschlossen sind, daß die Steuerelektrode des in Reihe mit der Leistungswicklung (S) geschalteten Halbleiterbauelements (T₂) über einen Widerstand (R₂) und die Haltewicklung (4) mit der Stromquelle (a, b) verbunden ist und daß der Zeitgeber (R\, Q) das in Reihe mit der Haltewicklung (4) geschaltete Halbleiterbauelement (T\) derart steuert, daß es nach einer bestimmten Zeitspanne nach dem Einschalten des Hauptschalters (S) leitend wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab die Leistungswicklung (S) und die Haltewicklung (4) durch ein.-n gleichgerichteten, ungesiebten Strom aus einer Wechselstromquelle gespeist sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbauelemente (Tu T₂) Thyristoren sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber ein RC-Netzwerk (R\, Q) aufweist, das durch einen gleichgerichteten Strom gespeist wird, und daß die Spannung des Kondensators (Q) dieses Netzwerkes über eine Gasentladungsröhre (6) oder ein Diac (7) an die Steuerelektrode des in Reihe zur Haltewicklung (4) geschalteten Halbleiterbauelementes (T\) angelegt ist.