DE2546424A1

DE2546424A1 - Schaltung zur speisung von elektromagneten

Info

Publication number: DE2546424A1
Application number: DE19752546424
Authority: DE
Inventors: Jacques Arvisenet; Jean Pierre Guery; Jacques Olifant; Christian Thomas
Original assignee: Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1974-10-28
Filing date: 1975-10-16
Publication date: 1976-04-29
Also published as: FR2290009A1; FR2290009B1; IT1043361B; SE7511151L; JPS6012769B2; BR7506880A; CA1047597A; DE2546424C2; JPS5165360A; BE834016A; IE41745B1; SE406387B; GB1476102A; AT352225B; ES442124A1; IE41745L; US4032823A; ATA818175A

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

16. OKT. 1975

München, den

Erb - T 2077

TELEMECANIQUE EIiEGTRIQUE 33bis et 33ter avenue Marechal Joffre, 9200 Nanterre, Frankreich

Schaltung zur Speisung von Elektromagneten

Die Erfindung betrifft Schaltungen zur Speisung eines Elektromagnets .

Es sind bereits derartige Schaltungen bekannt, die eine Hauptwicklung aus dickem Draht besitzen, die so bemessen ist, daß sie den wesentlichen Teil der Anzugleistung aushält, sowie eine zusätzliche Wicklung aus dünnem Draht, die dazu dient, nur die für den Halt des Ankers erforderlichen Amperewindungen zu liefern, wobei jede dieser Wicklungen in Abhängigkeit von der Stellung des Ankers über einen sog. Verringerungskontakt in Betrieb gesetzt wird. Diese Schaltungen erfordern die Verwendung von magnetischen Kreisen, die in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Quelle (Gleichstrom oder Wechselstrom) bemessen sind, was nicht ihre wirtschaftliche Benutzung in allen Fällen gestattet. Ferner sind Speiseschaltungen für Elektromagneten bekannt, ■

609818/0309

DR. O. MANITZ · DIPL.-1NG. M. FINSTERWALD DIP L.-INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN S3. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 73 7O

TEL. (039) 22 42 11. TELEX B-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/25.TEL.(0711)56 72 61 POSTSCHECK! MÖNCHEN 77062-βΟβ

die eine Gleichrichterbrücke, "beispielsweise eine Graetζ-Brücke, besitzen, die die Erregung einer einzigen Wicklung gestattet, und zwar sowohl von einer Wechselstromquelle als auch von einer Gleichstromquelle aus, wobei ein Verringerungskontakt die Verringerung der an die Brücke angelegten Spannung gestattet, um den Verbrauch während des Halts des Ankers zu verringern.

Bei diesen Schaltungen ist die Brücke ständig, sogar während des Halts, einer relativ hohen Spannung ausgesetzt und eine nicht vernachlässigbare Energie wird in einem Verringerungswiderstand abgeführt.

Ziel der Erfindung ist es, eine Speiseschaltung zu schaffen, die eine Hauptwicklung und eine zusätzliche Wicklung besitzt, magnetischen Kreisen zugeordnet werden kann, die unabhängig von der Beschaffenheit der Quelle bemessen sind, eine Gleichrichterbrücke besitzt, die von der Quelle während des Halts isoliert ist und sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom wirksam benutzt werden kann.

Gegenstand der Erfindung sind ferner Elektromagnete, die mit dieser Schaltung ausgerüstet sind.

Die erfindungsgemäße Schaltung besitzt alle Vorteile aller bisher vorgeschlagenen Lösungen, ohne die obengenannten Nachteile aufzuweisen.

Erfindungsgemäß besitzt eine elektromagnetische Schaltung zur Speisung eines Elektromagnets, der auf bekannte Weise einen feststehenden und einen beweglichen magnetischen Kreis aufweist, im wesentlichen eine erste Wicklung aus dickem Draht, genannt Hauptwicklung, die in der sog. Gleichstromdiagonale einer Gleichrichterbrücke mit vier Elementen vom Typ Graetz angeordnet ist, deren andere Diagonale mit der Gleichstrom- oder Wechselstrom-Speisequelle ge-

609818/0309

koppelt ist, eine zweite Wicklung aus dünnem Draht, genannt Haltewicklung, die mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist oder nicht, in demselben magnetischen Kreis wie die Hauptwicklung geschaltet ist und parallel an die Reihenschaltung der Brücke angeschlossen ist, und einen Isolierungskontakt, dessen Betrieb an den Betrieb des beweglichen Kreises des Elektromagnets gekoppelt ist und der bei der Inbetriebnahme des Elektromagnets geschlossen ist und sich öffnet, wenn der bewegliche magnetische Kreis in die Nähe seiner Arbeitsstellung gelangt ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine Diode mit der Haltewicklung in Reihe geschaltet.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist der Isolierungskontakt der Brücke ein elektronischer Kontakt, dessen Zustand (leitend oder blockiert) durch die Entwicklung des Flusses in dem Magnetkreis bestimmt wird.

Diese Lösung ist praktisch nur bei Wechselstrom interessant, während die Löschung des gesteuerten Halbleiters bei Gleichstrom Probleme stellt.

V/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird; es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 2 eine Abwandlung des Schaltbildes von Fig. 1,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Abwandlung der Erfindung mit einem statischen Unterbrecher,

Fig. 4- ein detailliertes Ausführungsbeispiel des Schaltbildes von Fig. 3»

Fig. 5 sin Ausführungsbeispiel eines Elektromagnets mit einer erfindungsgemäßen Speiseschaltung, und

609818/0 3 09

546414

Fig. 6 und 7 Abwandlungen der Schaltbilder der Schaltungen der Fig. 1 bis 4.

Die in Fig. 1' gezeigte Schaltung besitzt eine magnetische Wicklung Mi mit dickem Draht, die in dem feststehenden Magnetkreis eines Elektromagnets (nicht dargestellt) angeordnet ist, der in Fig. 5 hei m1 sichtbar ist und so bemessen ist, daß er die erforderliche Anziehungskraft liefert. Die Wicklung Mi ist zwischen den Punkten j3 und j4, den sog. Gleichstromanschlüssen, einer Graetζ-Brücke G vorgesehen, deren vier Dioden bei D1 bis D4 dargestellt sind. Die sog. Wechselstrom-Anschlüsse j1 und j 2 der Brücke sind mit den Anschlüssen b1 und b2 des Netzes - Gleichstrom- oder Wechselstromnetz - verbunden, und zwar einerseits über den Hauptsteuerkontakt 0 des Elektromagnets im Fall des Anschlusses j2 und andererseits über den Isolierungskontakt B, der während des Anzugs geschlossen ist und sich öffnet, wenn der bewegliche Magnetkreis (m2 in Fig. 5) seine Bewegung beendet oder beendet hat. Eine zweite magnetische Wicklung M2 aus dünnem Draht, die mit einem Widerstand R1 in Reihe ist oder nicht, ist zwischen die Punkte 06 und ß eingeschaltet, d.h. parallel zu der aus dem Kontakt B und der Brücke G bestehenden Einheit. Der Widerstand R1 kann gegebenenfalls von dem Eigenwiderstand der Wicklung M2 gebildet werden.

Diese Wicklungen können entweder in Wicklungshälften (beispielsweise im Fall von U-förmigen Magnetkreisen) oder in zwei Wicklungen auf demselben Schenkel verteilt sein.

Nun sei zunächst die Arbeitsweise der Schaltung bei Wechselstrom anhand von Fig. 1 erläutert.

Wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt wird, wird die Hauptspule M1 von einem starken gleichgerichteten Strom durchflossen, mit der die für die Anziehung des beweglichen Magnetkreises erforderliche elektromagnetische Kraft erhalten werden

6098 18/0309

kann. Nach Beendigung der Anziehungsbewegung hat sich der Isolierungskontakt B geöffnet und die Speisung der "Diodenbrücke wird nun nicht mehr direkt durch das Netz gewährleistet. Die für den Halt erforderliche magnetische Erregung wird nun durch den Wechselstrom erzeugt, der in der zusätzlichen Wicklung fließt und hat ihre sekundäre Wirkung in der Anzugwicklung. Der geschlossene Magnetkreis (m1 und m2 in Fig. 5) und die beiden Wicklungen verhalten sich wie ein richtiger Transformator, dessen Primärseite die zusätzliche Wicklung und dessen Sekundärseite die Hauptwicklung wäre, der im Kurzschluß an den Dioden der Gleichrichterbrücke arbeitet, wobei diese in ihren Gleichstromzweigen betrachtet wird (Dioden D1 bis D4-). Bei Wechselstrom erhalt man die magnetische Haltekraft des Kreises aus dem durch die Hauptwicklung M1 fließenden gleichgerichteten Strom einer Halbwelle, dessen Dauer infolge der induktiven Beschaffenheit des Kreises größer als die halbe Periode des Speisenetzes ist. Der mit der zusätzlichen Wicklung in Reihe geschaltete Widerstand R1, der gegebenenfalls durch den Eigenwiderstand gebildet wird, ist so bemessen, daß die auf die Hauptwicklung übertragene Energie angepaßt wird, wenn die Hauptwicklung als Sekundärseite des Transformators benutzt wird.

Diese Schaltung besitzt die Eigenschaft, mit Gleichstrom gespeist werden zu können. Die Hauptwicklung nimmt nicht an der Erzeugung der Haltekraft teil, die ausschließlich von der Wicklung M2 erzeugt wird.

Fig. 2 zeigt eine Verbesserung der Grundanordnung: eine Diode D5, die in dem zusätzlichen Kreis in Reihe geschaltet ist, erlegt einen Durchgang des Stroms in der Wicklung M2 in einer Richtung auf. Wenn der Elektromagnet in der Haltestellung ist, werden Erregungs-Amperewindungen durch den gleichgerichteten Strom einer Halbwelle erzeugt, der die zusätzliche Wick-

609818/0309

lung M2 durchfließt. Andererseits besteht auch hier der Transformatoreffekt, da die Wechselstromkomponente des gleichgerichteten Primärstroms einen Sekundärstrom induziert, der wie im vorhergehenden Fall zu einem Strom mit

form
einer ^-albwellen/ gleichgerichtet wxrd. Ubrxgens hat die in der iiauptwicklung induzierte Wechselstromkomponente eine der Komponente der zusätzlichen Wicklung entgegengesetzte Phase. Der Strom in einer der Wicklungen erscheint somit während der Perioden, in denen der Strom in der anderen Null ist. Unter Berücksichtigung der Wicklungsrichtungen und der Polaritäten der Dioden erhält man additive Amperewindungen und der sich ergebende, in einer einzigen Richtung vor sich gehende Fluß besitzt eine Gleichstromkomponente. Es besteht somit eine Verstärkung bei der magnetischen Erregung bei dem Halt bezüglich dem vorhergehenden Schaltbild, und zwar im Fall einer Benutzung mit einer Wechselstromspeisung.

Der Isolierungskontakt B kann auf jede beliebige bekannte Weise ausgebildet sein beispielsweise mit mechanischer oder statischer Umschaltung, halbleitendnit gesteuertem Leitungsvermögen. Er kann, wenn die Schaltung nicht unter Spannung gesetzt ist (Unterbrecher Ein-Aus 0 offen), offen oder geschlossen sein, wobei wesentlich ist, daß er sich bei der Inbetriebnahme der Schaltung während der Anzugperiode schließt und sich zu dem Zeitpunkt öffnet, zu dem die Bewegung des beweglichen Ankers im wesentlichen beendet ist.

Wenn die Schaltung mit einer Wechselstromspeisung benutzt werden soll, kann der Isolierungsunterbrecher aus einem Triac TR bestehen, wobei ihm ein Zündkreis zugeordnet ist, wie in dem Blockschaltbild von Fig. 3 dargestellt ist, in dem der Zündkreis die stabilisierte Speisung 1 und den Impulsgenerator 2 aufweist. Gemäß einer Abwandlung kann die stabilisierte Speisung in Abhängigkeit von der Stellung des beweglichen Ankers

609818/0309

gesteuert v/erden. Zweckmäßiger ist es, daß die zusätzliche Wicklung M2, wie in diesem Schaltbild dargestellt ist, als Abtaster der Stellung des beweglichen Magnetkreises benutzt wird, wobei die benutzte Anzeigeerscheinung die starke Überspannung ist, die in dieser Wicklung bei der Schließung des Kreises erzeugt wird und die durch einen bistabilen Schwellendetektor 3 abgetastet wird, der mit den Anschlüssen der Wicklung M2 verbunden ist. Dieser Detektor blockiert in erregtem Zustand die stabilisierte Speisung 1, die bei geschlossenem Ein-Aus-Kontakt 0 den Impulsgenerator 2 speist, wobei dieser die Leitfähigkeit des Triac TR gewährleistet. Wenn die Schwelle des Detektors überschritten wird, ist der Generator 3 nicht mehr erregt und der Triac isoliert die Brücke der Speisung.

Damit der Triac TE die Speisung der Anzugwicklung nicht zu schnell unterbricht, ist ein Verzogerungselement 4- vor dem Detektor eingesetzt, das mit den Anschlüssen der zusatz- · liehen Wicklung verbunden ist.

Fig. 4- zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieses Blockschaltbildes. Die Arbeitsweise ist folgende: Bei Unterspannungsetzen durch den Kontakt 0 wird die stabilisierte Speisung 1, die aus der Zenerdiode D9 und aus dem Kondensator 03 besteht, durch den Widerstand R5 gespeist und gestattet dem rückläufige Impulse erzeugenden Generator 2, der aus demUnijunction-Transistor T3, dem Kondensator 04 und den Widerständen Ro, R7 und RO besteht, den Auslöser des Triac TRI zu zünden, der leitend wird. Die Anzugwicklung ist nun erregt. Am Ende der Anziehungsbewegung bewirkt die Schließung des Magnetkreises eine charakteristische Überspannung hoher Amplitude an den Anschlüssen der zusätzlichen Spule M2. Diese Überspannung wird nach Durchgang durch die Verzögerungszelle R2 und 01 durch die Diode D6 und ein bistabiles Schwellenelement abgetastet, das aus den Transistoren T1, T2, den Dioden D7, D8, den Widerständen RJ, R4 und dem Kondensator 02 besteht. Durch das Kippen des bistabilen Elements

609818/0309

wird die Zenerdiode D9 über den Transistor T2 und die Diode D8 kurzgeschlossen. Der Unijunction-Transistor IJ, der nicht mehr gespeist ist, sendet keine Zündimpulse zu dem Auslöser des Triac TR1, der sich zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Polwechsels des Stroms blockiert. Die Arbeitsweise der Einheit bei dem Halt wird nun dieselbe wie die der Kreise von Fig. 2. Der Widerstand R9 und der Kondensator C5 dienen zum Schutz des Triac.

Obwohl es kein grundsätzliches Hindernis gibt, einen elektronischen Umschalter mit Gleichstromspeisung zu benutzen, eignet sich eine derartige Lösung wegen der Schwierigkeiten der Löschung des gesteuerten Halbleiters in der Praxis nicht.

Dagegen kann ohne Schwierigkeit ein mechanischer Isolierungskontakt benutzt werden, der ohne Änderung für Gleichstromspeisung oder Wechselstromspeisung geeignet ist. Dieser besitzt ferner den nicht vernachlässigbaren Vorteil, daß er eine galvanische Isolierung der Brücke von dem Netz bewirkt.

Die erfindungsgemäßen Speiseschaltungen sind zusammen mit verschiedenen Magnetkreisen von bekannten Elektromagneten verwendbar. Beispielsweise zeigt Fig. 5 Üe Anordnung einer derartigen Schaltung im Fall von bekannten Magnetkreisen mit drei Schenkeln. In dieser Figur ist der feststehende Magnetkreis ml und' der bewegliche· Magnetkreis m2 (beweglicher Anker) dargestellt. Die anderen Bezugszahlen bezeichnen dieselben Elemente wie in den vorhergehenden Figuren. Die Brücke G, der Kontakt B, die Diode D5, der Widerstand R1 sind in einem Gehäuse A angeordnet, das die beiden Anschlüsse Ot und ß aufweist (vgl. Fig. -i).

Der maximale Haltestrom beträgt etwa einige Tausendstel des Anzugstroms, d.h. 2 bis 20 fo des Haltestroms der Kreise. Auch sind die Kreise ml und m2 beträchtlich kleiner als bei einem . bekannten Elektromagnet derselben Leistung, der mit Wechselstrom arbeitet.

609 818/0309

-9- 2 5 46

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt darin, daS die Zeit des Zurückfallens des beweglichen Ankers wesentlich, langer als im Fall von bekannten Kreisen ist (etwa 15O ms gegenüber 50 ms), und zwar deshalb, weil der Strom in der aus den Dioden und Widerständen bestehenden Einheit verlängert wird, so daß ein ungewolltes Zurückfallen des Ankers bei schnell vorübergehenden Unterbrechungen der Spannung des Netzes vermieden wird.

Wenn dagegen bei manchen Anwendungsgebieten diese Verzögerung nicht möglich ist (beispielsweise im Fall von Schutzrelais), kann sie bequem auf die üblichen Grenzen zurückgebracht werden, indem ein zweiter Kontakt D hinzugefügt wird, der mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet ist. Dieser Kontakt ist in Fig.6 mit O1 dargestellt. Er ist mit dem Kontakt 0 gekoppelt, wobei diese Koppelung symbolisch mit einer unterbrochenen Linie dargestellt ist.

Eine andere interessante Möglichkeit, die Zeit des Zurückfallens zu begrenzen, besteht darin, daß gemäß Fig. 7 in den Schenkel, in dem die Anzugwicklung gelegen ist, ein dritter Kontakt 6 eingesetzt wird, der durch einen Widerstand r überbrückt ist, der den Vorteil besitzt, daß durch ihn der Einbau des Widerstands R1 in die Primärseite des aus M1 und M2 bestehenden Transformators zu vermeiden, wobei/gleichzeitig die Wahl der für den Halt des beweglichen Ankers erforderlichen Amperewindungen gestattet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zur Speisung von Elektromagnet en.

Eine erfindungsgemäße Schaltung besitzt eine Graetz-Brücke G, eine Hauptwicklung M1, die in der Diagonale der Brücke angeordnet ist, eine zusätzliche Wicklung M2, die in.demselben Magnetkreis wie Mi angeordnet ist und einen Isolierungskontakt B, der die Brücke am Ende des Anzugsweges des beweglichen

609818/0309

Ankers isoliert, wobei die Wicklung M2 parallel zu der aus dem Isolierungskontakt und der Graetz-Brücke bestehenden Einheit geschaltet ist.

Die Erfindung ist auf alle Magnetkreise, von bekannten Elektromagneten anwendbar, die mit Wechselstrom oder Gleichstrom benutzt werden.

- Patentansprüche -

609818/0309

Claims

Patentansprüche

'( 1. ^Elektromagnetische Schaltung zur Speisung eines Electromagnets, der mit einer Gleichstromspeisung und einer Wechselstromspeisung benutzbar ist, mit einem feststehenden Magnetkreis oder Kern, einem beweglichen Magnetkreis oder beweglichen Anker, einem Kontakt zum Ein- und Ausschalten, einer Hauptwicklung, einer zusätzlichen Wicklung und einem Isolierungskontakt, dessen Zustand von der Stellung des beweglichen Ankers bezüglich des Kerns abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Brücke mit vier Gleichrichterelementen besitzt, in deren Gleichstromdiagonale die Hauptwicklung vorgesehen ist, und daß der Isolierungskontakt zwischen den Wechselstroinanschluß der Brücke, der nicht mit dem Einschaltungskontakt verbunden ist, und dem nicht mit diesem verbundenen Anschluß der Speisung angeordnet ist, wobei die zusätzliche Wicklung parallel an die Anschlüsse der aus dem Isolierungskontakt und der Brücke bestehenden Reiheneinheit angeschlossen ist und der Isolierungskontakt am Ende des Anzugsweges des beweglichen Magnetkreises die Isolierung der Brücke gewährleistet.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Einweg-Gleichrichterelement, das mit der zusätzlichen Wicklung in Reihe geschaltet ist.
3· Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Widerstand, der mit der zusätzlichen Wicklung in Reihe geschaltet ist.
4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierungskontakt ein halbleitendes Element mit gesteuertem Leitungsvermögen und Einrichtungen zur Steuerung dieses Elements besitzt, die auf die Überspannung ansprechen, die in der zusätzlichen Wicklung bei der Schließung des Kreises entsteht.

609818/0309
5· Schaltung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, in dem das halbleitende Element . ein Triac ist und die Steuereinrichtungen aus dem Erregungskreis des Triac bestehen, ein Verzögerungskreis und ein Schwellendetektor parallel an die Anschlüsse der zusätzlichen Wicklung» angeschlossen sind, wobei der Ausgang des Detektors den Erregungskreis steuert.
6. Schaltung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Relaxations-Schwingkreis ist, der ein- oder ausgeschaltet wird.
7· Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kontakt (D), der mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet ist und synchron mit dem Isolierungskontakt betätigt wird.
8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e η η zeichnet durch einen Kontakt (G), der mit der Hauptwicklung i«i Reihe geschaltet ist, durch einen Widerstand (R5) überbrückt ist und synchron mit dem Isolierungskontakt betätigt wird.

609818/0309