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"Schaltungsvorrichtung zur Ansteuerung eines wechselstrom-
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betätigten Magneten mit Gleichstrom" Die Erfindung bezieht sich auf
eine Schaltungsvorrichtung zur Ansteuerung eines Wechselstrombetätigungsmagneten
mit Gleichstrom unter Zuhilfenahme eines Hilfsschalters, der beim Einschalten der
Magnetspule einen Widerstand überbrückt und zeitverzögert abfällt. Die Erfindung
dient dabei insbesondere der Beseitigung von Netzbrummgeräuschen netzbetriebener
Betätigungsmagneten, z. B. Schützen für Motoren oder Heizungen, Magnetventile und
dergl..
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Derartige Wechselstrommagnete brummen in eingeschaltetem Zustand mehr
oder weniger laut mit 100 Hz. Dieses Netzbrummen wird vor allem im Laufe der Betriebsdauer
immer lauter, in dem Maße nämlich, wie sich die Stirnflächen von Magnetanker und
Magnetjoch unter Einwirkung der Atmosphäre mit Fremdschichten überziehen. Beim Einsatz
solcher Magnete in unmittelbarer Nähe des Menschen am Arbeitsplatz oder in der Wohnung
bedeutet dieses 100 Hz-Brummen häufig eine unerträgliche Störung. Für derartige
Anwendungen empfehlen daher die Hersteller von Betätigungsmagneten die Ansteuerung
mit Gleichstrom.
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Beim Gleichstrombetrieb tritt jedoch folgendes Problem auf: Wegen
des im allgemeinen großen Luftspaltes beim Betätigungsmagneten
ist
zum Anzug des Ankers eine wesentlich höhere Ampere-Windungszahl erforderlich als
zum Halten (etwa die dreifache). Infolge des verhältnismäßig geringen induktiven
Widerstandes beim geöffneten Anker und dem verhältnismäßig großen induktiven Widerstand
beim geschlossenen Anker läßt sich diese Bedingung bei Wechselstrombetätigung selbsttätig
erfüllen.
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Grundsätzlich könnte man die Magnete so bemessen, daß bei Gleichstrombetrieb
die Erregerspule den hohen Anzugs strom auch im Dauerbetrieb aushält; derartige
Sonderanfertigungen bedingen jedoch große Spulen und hohe Verlustleistungen im eingeschalteten
Zustand.
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Um serienmäßig Wechselstrommagnete mit Gleichstrom betreiben zu können,
wird heute folgendermaßen vorgegangen: Beim angezogenen Anker liegt in Reihe zur
Erregerspule ein Ohm'scher Widerstand, dessen Größe so bemessen wird, daß bei der
zur Verfügung stehenden Gleichspannung der erforderliche Haltestrom fließt. Durch
einen zusätzlichen Ruhekontakt eines Hilfsschalters wird dieser Vorwiderstand bei
nicht betätigtem Magneten überbrückt, so daß beim Einschalten zunächst ein hoher
Anzugsstrom fließt. Damit dieser erhöhte Erregerstrom den Anker ausreichend beschleunigen
kann, muß dieser Ruhekontakt "spät öffnend" sein. Solche spät öffnenden Ruhekontakte
sind z. B. bei vielen Wechselstromschützen als Hilf skontakte vorhanden.
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Dieser Gleichstrombetrieb von üblichen Wechselstrommagneten hat jedoch
zwei beträchtliche Nachteile: a) Ein Vielfaches der zum Halten des Ankers erforderlichen
Energie wird am Widerstand verbraucht; neben diesem unnötigen Energieverlust tritt
hierbei auch das Problem auf, die anfallende Wärme abzuführen.
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b) Der Ruhekontakt muß Gleichspannung schalten, was seiner Lebensdauer
sehr abträglich ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wechselstrommagneten bei Schonung
der Kontakte des Hilfsschalters und Vermeidung von Verlusten in einem Vorwiderstand
mit Gleichstrom anzusteuern.
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Die gestellte Aufgabe ist bei einer Schaltungsvorrichtung der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorwiderstand eine in einem
Wechselstrom-Ansteuerungskreis liegende Kapazität ist und daß in dem Wechselstrom-Ansteuerungskreis
ein Gleichrichter vorgesehen ist, in dessen Gleichstromkreis die Magnetspule geschaltet
ist.
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Durch die Verwendung einer Kapazität als Vorwiderstand werden in dem
Vorwiderstand praktisch keine Verluste auftreten. Damit ist das Wärmeproblem gelöst.
Da außerdem das Schalten im Wechselstrombetreich vorgenommen wird, werden die Schaltkontakte
des Hilfsschalters nicht unnötig belastet. Auch die Schonung der Kontakte des Hilfsschalters
ist damit gewährleistet.
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Wenn die Schaltungsvorrichtung bei Schützen angewendet wird, dann
wird man sich vorteilhafterweise der in den Schützen vorgesehenen Hilfsschalter
bedienen. Es gibt aber auch Fälle, wo beispielsweise kein Hilfsschalter in den Aufbau
eines Schaltaggregates eingesetzt ist. Es sei hier beispielsweise an Magnetventile
gedacht. Um auch bei diesen Schaltvorrichtungen mit geringen Ansteuerungsverlusten
und unter Schonung der Kontakte des Hilfsschalters arbeiten zu können, wird in vorteilhafter
Weise so vorgegangen, daß die Kontakte des Hilfsschalters die Schaltkontakte eines
Relais sind, dessen Spule mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator und
einem
Widerstand in Reihe in den Gleichstromkreis eines zusätzlichen Gleichrichters gelegt
ist.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Schaltungsvorrichtung nach der Erfindung
zur Ansteuerung eines Wechselstrombetätigungsmagneten unter Verwendung eines mit
Zeitverzögerung arbeitenden, in das Schaltaggregat eingesetzten Hilfsschalters,
Fig. 2 die Schaltungsvorrichtung mit einem stromgesteuert abfallenden Hilfsschalter.
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In einem am Netz liegenden Wechselstromkreis 3 liegen ein Gleichrichter
B und ein Vorschaltkondensator C1. Der Vorschaltkondensator C1 ist so bemessen,
daß im Gleichstromkreis 5 (hinter dem Gleichrichter B) in der Magnetspule 7 des
Magneten M der erforderliche Haltestrom fließt, wenn der Anker angezogen ist. Während
dieser Zeit ist der Ruhekontakt Kr geöffnet. Ist der Magnet M ausgeschaltet, wobei
sowohl der Gleichstrom- 5 als auch der Wechselstromkreis 3 stromlos sind, dann ist
der Ruhekontakt Kr geschlossen. Wird die Schaltungsvorrichtung nun durch das Anlegen
an das Netz unter Spannung gesetzt, dann liegt der Gleichrichter B zunächst nahezu
an voller Netzspannung, weil der Kondensator C1 über den Schalter Kr überbrückt
ist. In dem Uberbrückungsstromkreis 9 liegt in Reihe mit dem Ruhekontakt Kr noch
ein Ohm'scher Widerstand R, der die im Einschaltaugenblick an den Gleichrichter
B angelegte Netzspannung ein wenig reduziert. An dem Gleichrichter B liegt aber
dennoch etwa die dreifache Betriebsspannung der Spule 7. Die Aufgabe des kleinen
Widerstandes R ist es, die zu hohe Kontaktbelastung beim Abschalten des Magneten
(Entladung von C1? zu vermeiden.
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In extremen Fällen, in denen die vom Brückengleichrichter B
gelieferte
pulsierende Gleichspannung noch ein Restbrummen ergeben sollte, kann durch einen
Kondensator C2, der parallel zur Magnetspule 7 geschaltet wird, noch weiter gesiebt
werden.
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Bei dieser Schaltung entspricht der Leistungsverlust im an gezogenen
Zustand des Magneten M nur der Halteleistung des Magneten, und der Hilfskontakt
Kr wird mit Wechselspannung geschaltet. Darüber hinaus bietet die Schaltung noch
den Vorteil, daß durch die Reihenschaltung des Kondensators cl der cos 4P des Netzes
verbessert wird. Als weiterer Vorteil ergibt sich noch, daß bei gegebenen Spulendaten
die Anpassung an verschiedene, zur Verfügung stehende Wechselspannungen einfacher
ist. s Bei der Schaltungsvorrichtung nach Fig. 2 sind ebenso wie bei der Schaltungsvorrichtung
nach Fig. 1 der Wechselstromkreis 7, der Gleichrichter B und der Gleichstromkreis
5 vorgesehen. Im Wechselstromkreis 3 liegt der Kondensator C1, , über den der Haltestrom
für den Magneten M im Gleichstromkreis 5 fließt. Der Kondensator C1 ist in diesem
Fall überbrückt mittels einer Leitung 9', in der sich in Reihenschaltung ein Arbeitskontakt
Ka des Relais Re und ein Widerstand R befinden. Parallel zu dem Gleichrichter B
liegt ein Gleichrichter B2, in dessen Gleichstromkreis 11 sich in Reihenschaltung
die Spule 13 des Relais Re und eine Reihenschaltung aus dem Widerstand R2 und einem
Kondensator C3 befinden. Nach dem Einschalten der Netzspannung fließt zunächst aus
dem Gleichrichter B2 über das Relais Re der Ladestrom für den Kondensator C3. Damit
wird der Arbeitskontakt K geschlossen, und der Gleichrichter B für den a Magneten
M liegt an voller Netzspannung, abgesehen von dem Spannungsverlust an dem kleinen
Widerstand R. Die Zeitkonstante
des Kreises C3/Re wird so bemessen,
daß das Relais Re wieder abfällt, wenn der Anker des Betätigungsmagneten M angezogen
ist. Der Widerstand R2 dient dann zur Entladung von C2.
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Patentansprüche: