DE2546424C2

DE2546424C2 -

Info

Publication number: DE2546424C2
Application number: DE2546424A
Authority: DE
Inventors: Jacques La Celle St. Cloud Fr Arvisenet; Jean Pierre Poissy Fr Guery; Jacques Rueil-Malmaison Fr Olifant; Christian Poissy Fr Thomas
Original assignee: La Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1974-10-28
Filing date: 1975-10-16
Publication date: 1987-09-17
Also published as: SE7511151L; US4032823A; FR2290009A1; FR2290009B1; JPS5165360A; AT352225B; IT1043361B; IE41745L; DE2546424A1; JPS6012769B2; ES442124A1; BE834016A; BR7506880A; CA1047597A; GB1476102A; SE406387B; ATA818175A; IE41745B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der US-PS 24 10 183 bekannt. Dabei wird mittels eines Umschalters, der durch die Stellung eines beweglichen Ankers bezüglich eines feststehenden Magnetkreises gesteuert wird, entweder eine direkt an einer Wechselspannungsquelle angeschlossene Anzugswicklung oder eine in der Gleichstromdiagonalen einer Gleichrichterbrücke liegende Haltewicklung gespeist, d. h. es wird während der Anzugs- und der Haltephase jeweils nur eine der beiden Wicklungen vom Strom durchflossen. Die Anzugswicklung kann dabei bedingt durch die relativ kurze Anzugszeit des beweglichen Ankers mit Wechselstrom gespeist werden, während die Haltewicklung von einem durch die Brücke gleichgerichteten Strom durchflossen wird.

Weitere Schaltungsanordnungen zur Speisung von Elektromagneten sind in der DE-OS 22 05 444 sowie der DE-OS 21 28 651 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß ohne Beeinträchtigung der Haltefunktion ein geringer Energieverbrauch und gleichzeitig eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe beim Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch phasenrichtige Addition der Teilströme in einer ersten Wicklung (M 1) und einer zweiten Wicklung (M 2) wird bei der Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 eine besonders effektive magnetische Haltekraft des Systems erzeugt. Die erste Wicklung (M 1) ist dabei gemäß dem Transformatorprinzip als Sekundärwicklung zur zweiten Wicklung (M 2) zu betrachten, welche parallel zur Wicklung (M 1) und zum Trennkontakt geschaltet ist, so daß während der Haltephase einerseits die Wicklung (M 2) direkt mit der Spannungsquelle verbunden und somit von Wechselstrom durchflossen ist und andererseits die Wicklung (M 1) von einem induzierten, durch die Brücke gleichgerichteten Strom durchflossen wird. Während der Haltephase ergibt sich eine wesentliche Energieeinsparung, da der in der Wicklung (M 2) fließende Wechselstrom, der in den in der Wicklung (M 1) benötigten Haltestrom transformiert wird, relativ gering gehalten werden kann. Die während der Haltephase an der Brücke anliegende Spannung ist sehr niedrig, da die Brücke während der Haltephase von der Spannungsquelle getrennt ist. Somit liegen die Dioden der Brücke nur für die sehr kurze Zeit der Anzugsphase an der Speisespannung, was sich hinsichtlich der Lebensdauer der Dioden günstig auswirkt.

Schließlich ist von Vorteil, daß die Abfallzeit des beweglichen Ankers bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 vergleichsweise groß ist, da der Stromfluß in den Spulen bedingt durch die Reihenschaltung aus Widerstand und Induktion nicht unmittelbar mit dem Abschalten der Spannungsquelle unterbrochen wird. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Abfallen des Ankers bei sehr kurzzeitigen Unterbrechungen der Netzspannung vermieden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird; es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine Abwandlung von Fig. 1,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Steuerung des Trennkontaktes,

Fig. 4 ein detailliertes Ausführungsbeispiel des Schaltbildes von Fig. 3,

Fig. 5 Darstellung eines Elektromagneten, und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung besitzt eine magnetische Wicklung M 1 mit dickem Draht, die in dem feststehenden Magnetkreis eines Elektromagneten angeordnet ist, der in Fig. 5 bei m 1 sichtbar ist und so bemessen ist, daß er die erforderliche Anziehungskraft liefert. Die Wicklung M 1 ist zwischen den Punkten j 3 und j 4, den Gleichstromanschlüssen einer Graetz-Brücke G vorgesehen, deren vier Dioden bei D 1 bis D 4 dargestellt sind. Die Wechselstrom-Anschlüsse j 1 und j 2 der Brücke sind mit den Anschlüssen b 1 und b 2 des Wechselstromnetzes verbunden, und zwar einerseits über den Hauptsteuerkontakt O des Elektromagneten im Fall des Anschlusses j 2 und andererseits über den Trennkontakt B, der während des Anzugs geschlossen ist und sich öffnet, wenn der bewegliche Magnetkreis (m 2 in Fig. 5) seine Bewegung beendet oder beendet hat. Eine zweite magnetische Wicklung M 2 aus dünnem Draht, die mit einem Widerstand R 1 in Reihe geschaltet ist, ist zwischen die Punkte α und β eingeschaltet, d. h. parallel zu der aus dem Kontakt B und der Brücke G bestehenden Einheit. Der Widerstand R 1 kann gegebenenfalls von dem Eigenwiderstand der Wicklung M 2 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 anhand von Fig. 1 erläutert.

Wenn die Schaltungsanordnung unter Spannung gesetzt wird, wird die Hauptspule M 1 von einem starken gleichgerichteten Strom durchflossen, mit der die für die Anziehung des beweglichen Magnetkreises erforderliche elektromagnetische Kraft erhalten wird.

Nach Beendigung der Anziehungsbewegung hat sich der Trennkontakt 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 (m 1 und m 2 in Fig. 5) und die beiden Wicklungen verhalten sich wie ein Transformator, dessen Primärseite die zusätzliche Wicklung und dessen Sekundärseite die Hauptwicklung ist, und der im Kurzschluß an den Dioden der Gleichrichterbrücke arbeitet. Bei Wechselstrom erhält man die magnetische Haltekraft des Kreises aus dem durch die Hauptwicklung M 1 fließenden gleichgerichteten Strom einer Halbwelle, dessen Dauer infolge der Beschaffenheit des Kreises größer als die halbe Periode der Wechselspannung ist. Der mit der zusätzlichen Wicklung in Reihe geschaltete Widerstand R 1, der gegebenenfalls durch den Eigenwiderstand gebildet wird, ist so bemessen, daß die auf die Hauptwicklung übertragene Energie angepaßt wird, während die Hauptwicklung als Sekundärseite des Transformators benutzt wird.

Fig. 2 zeigt eine Verbesserung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1: eine Diode D 5, die in dem zusätzlichen Zweig in Reihe geschaltet ist, bewirkt einen Durchgang des Stroms in der Wicklung M 2 in einer Richtung. Wenn der Elektromagnet in der Haltestellung ist, werden Erregungs-Amperewindungen durch den gleichgerichteten Strom einer Halbwelle erzeugt, der die zusätzliche Wicklung M 2 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 einer Halbwellenform gleichgerichtet wird. Übrigens hat die in der Hauptwicklung induzierte Wechselstromkomponente eine der Komponente der zusätzlichen Wicklung entgegengesetzte Phase. Unter Berücksichtigung der Wicklungsrichtungen und der Polaritäten der Dioden erhält man additive Amperewindungen und der sich ergebende, in einer einzigen Richtung verlaufende magnetische Fluß besitzt eine Gleichkomponente. Es besteht somit eine Verstärkung bei der magnetischen Erregung in der Haltephase.

Der Trennkontakt B kann beispielsweise mechanisch oder halbleitend mit gesteuertem Leitungsvermögen ausgebildet sein. Er kann, wenn die Schaltung nicht unter Spannung gesetzt ist (Hauptsteuerkontakt O 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.

Der Trennkontakt kann 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 Versorgungseinheit 1 und den Impulsgenerator 2 aufweist. Die stabilisierte Versorgungseinheit wird in Abhängigkeit von der Stellung des beweglichen Ankers gesteuert werden. Zweckmäßig ist es, daß die zusätzliche Wicklung M 2, wie in diesem Schaltbild dargestellt, als Abtaster der Stellung des beweglichen Magnetkreises benutzt wird, wobei die benutzte Anzeigegröße die starke Überspannung ist, die in dieser Wicklung bei der Schließung des Magnetkreises erzeugt wird und die durch einen bistabilen Schwellendetektor 3 abgetastet wird, der mit den Anschlüssen der Wicklung M 2 verbunden ist. Dieser Detektor blockiert in erregtem Zustand die stabilisierte Versorgungseinheit 1, die bei geschlossenem Hauptsteuerkontakt O den Impulsgenerator 2 speist, wobei dieser die Leitfähigkeit des Triac TR gewährleistet. Wenn die Schwelle des Detektors überschritten wird, ist der Generator 2 nicht mehr erregt und der Triac isoliert die Brücke von der Spannungsquelle.

Damit der Triac TR die Versorgung der Anzugwicklung nicht zu schnell unterbricht, ist ein Verzögerungselement 4 vor dem Detektor eingesetzt, das mit den Anschlüssen der zusätzlichen Wicklung verbunden ist.

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Blockschaltbildes gemäß Fig. 3. Die Arbeitsweise ist folgende: Bei Unterspannungsetzen durch den Kontakt O wird die stabilisierte Versorgungseinheit 1, die aus der Zenerdiode D 9 und aus dem Kondensator C 3 besteht, durch den Widerstand R 5 gespeist und gestattet dem Impulse erzeugenden Generator 2, der aus dem Unÿunction-Transistor T 3, dem Kondensator C 4 und den Widerständen R 6, R 7 und R 8 besteht, den Triac TR 1 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 M 2. Diese Überspannung wird nach Durchgang durch die Verzögerungszelle R 2 und C 1 durch die Diode D 6 und ein bistabiles Schwellenelement abgetastet, das aus den Transistoren T 1, T 2, den Dioden D 7, D 8, den Widerständen R 3, R 4 und dem Kondensator C 2 besteht. Durch das Kippen des bistabilen Elements wird die Zenerdiode D 9 über den Transistor T 2 und die Diode D 8 kurzgeschlossen. Der Unÿunction-Transistor T 3, der nicht mehr gespeist ist, sendet keine Zündimpulse zu dem Auslöser des Triac TR 1, der zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Polwechsels des Stroms sperrt. Die Arbeitsweise der Einheit bei dem Halt wird nun dieselbe wie die der Schaltung von Fig. 2. Der Widerstand R 9 und der Kondensator C 5 dienen zum Schutz des Triac.

Ohne Schwierigkeit kann auch ein mechanischer Trennkontakt benutzt werden, der für Wechselstrombetrieb geeignet ist. Dieser besitzt ferner den nicht vernachlässigbaren Vorteil, daß er eine galvanische Trennung der Brücke von dem Netz bewirkt.

Die Speiseschaltungen sind zusammen mit verschiedenen Magnetkreisen von bekannten Elektromagneten verwendbar. Beispielsweise zeigt Fig. 5 die Anordnung einer derartigen Schaltung im Fall von bekannten Magnetkreisen mit drei Schenkeln. In dieser Figur ist der feststehende Magnetkreis m 1 und der bewegliche Magnetkreis m 2 (beweglicher Anker) dargestellt. Die anderen Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie in den vorhergehenden Figuren. Die Brücke G, der Kontakt B, die Diode D 5, der Widerstand R 1 sind in einem Gehäuse Δ angeordnet, das die beiden Anschlüsse α und β aufweist (vgl. Fig. 1).

Eine Möglichkeit, die Zeit des Zurückfallens des Ankers zu verändern, besteht darin, daß gemäß Fig. 6 in den Schenkel, in dem die Anzugwicklung gelegen ist, ein Kontakt G eingesetzt wird, der durch einen Widerstand r überbrückt ist, der den Vorteil besitzt, daß durch ihn der Einbau des Widerstands R 1 in die Primärseite des aus M 1 und M 2 bestehenden Transformators vermeidbar ist, wobei er gleichzeitig die Wahl der für den Halt des beweglichen Ankers erforderlichen Amperewindungen gestattet.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromagneten, der von einer Wechselstromquelle versorgt wird, mit einem feststehenden, eine erste Wicklung (M 1) und eine zweite Wicklung (M 2) tragenden Teil eines Magnetkreises und einem beweglichen Teil des Magnetkreises als Anker, wobei

a) die erste Wicklung (M 1) in der Gleichstromdiagonalen einer von der Wechselstromquelle gespeisten Gleichrichterbrücke mit vier Gleichrichterelementen (D 1-D 4) und
b) die zweite Wicklung (M 2) an der Wechselstromquelle liegt, sowie
c) einem Trennkontakt (B), der in Serie mit der Wechselstromdiagonalen der Gleichrichterbrücke liegt und dessen Schaltzustand von der Stellung des beweglichen Ankers bezüglich des feststehenden Teils des Magnetkreises abhängt,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) nach Anzug des Ankers durch die erste Wicklung als Hauptwicklung (M 1) der Trennkontakt (B) öffnet und durch die zweite Wicklung als Zusatzwicklung (M 2) in der Hauptwicklung (M 1) ein zusätzlicher Haltestrom zum sicheren Halten des Ankers induziert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Einweg-Gleichrichterelement (D 5), das mit der Zusatzwicklung in Reihe geschaltet ist, wobei die Polarität dieses Elementes so gewählt ist, daß ein Induktionsstrom in der Hauptwicklung (M 1) in Durchlaßrichtung der vier Gleichrichterelemente (D 1-D 4) der Brücke fließen kann.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Widerstand (R 1), der mit der Zusatzwicklung in Reihe geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkontakt (B) ein gesteuerter Halbleiterschalter ist, der auf die Überspannung anspricht, die in der Zusatzwicklung bei der Schließung des Magnetkreises entsteht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Halbleiterschalter ein Triac ist, wobei
b) der Triac von einem Impulsgenerator (2) angesteuert wird, der seinerseits von einer stabilisierten Spannungsquelle (1) versorgt wird, und
c) die beim Ankeranzug entstehende Überspannung an der Zusatzwicklung (M 2) über ein Zeitglied (4) an einen bistabilen Schwellendetektor (3) gelangt und die Spannungsquelle (1) abschaltet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter von einem Relaxations-Schwingkreis gesteuert ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kontakt (G), der mit der Hauptwicklung in Reihe geschaltet ist, durch einen Widerstand (r) überbrückt ist und synchron mit dem Trennkontakt (B) betätigt wird.