DE3027183C2 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

so

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-AS 11 982 bekanntgeworden. Die bekannte Schaltungsanordnung dient zur Betätigung eines Schaltmagneten. Dabei wird auf die Wicklung des Schaltmagneten zunächst zu dessen Anziehen kurzzeitig ein kräftiger Anzugsstrom aus einer ersten Stromquelle gegeben. Danach wird zum Halten des Schaltmagneten ein kleinerer Haltestrom aus einer zweiten Stromquelle niedriger Spannung über die Wicklung geführt. Diese Bauart hat durch die Verwendung mehrerer Transistoren einen relativ hohen Bauelementenaufwand. Ferner liegt beim Abschalten die Wicklung mit einer Freilaufdiode bzw. mit den Dioden eines Brückengleichrichters in einem geschlossenen Stromkreis, über den sich die in der Wicklung gespeicherte Energie entlädt. Dieser sogenannte Freilaufdiodeneffekt hat z. B. bei Schalünagneten den Nachteil, daß der Anker nicht sofort mit dem Ausschalten der Schaltanordnung abfällt, sondern erst verzögert Diese Zeit ist für viele Betriebsfälle zu lang und fällt insbesondere bei großen Schaltmagneten mit großen Wicklungen ins Gewicht

Durch die Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau« 1978, Heft 3, S. 144—148, sind Schaltungsanordnungen zur Steuerung von Magnetventilen bekanntgeworden. Diese Magnetventile benötigen nur im Einschaltmoment die volle Energie. Die Entgegenhaltung zeigt zwei Schaltungskonzepte, um im eingeschalteten Zustand erheblich Energie zu sparen. Nach dem ersten Konzept wird eine Magnetspule mit zwei Wicklungen versehen, und zwar einer Anzugs- und einer Haltewicklung. Im Einschaltmoment wird dabei nur die Anzugswicklung an Spannung gelegt und nach Ablauf der Einschaltzeit wird von der Anzugs- auf die Haliewicklung umgeschaltet Dieses Konzept benötigt eine Elektronikschaltung und eine teuere Magnetventilspule mit zwei Wicklungen. Das zweite Konzept arbeitet mit einer Abregelung. Dabei wird nur während einer bestimmten Einschaltdauer volle Gleichstromleistung an die Magnetspule gelegt Nachdem das Magnetventil angezogen hat, wird mittels Phasenanschnittsteuerung eine geringere Halte-Gleichspannung an die Spule gelegt Bei dem ersten Konzept ist dabei nach einer Abbildung auf S. 145 bekannt, eine halbgesteuerte Wechselstrombrükke mit Thyristorsteuerung zu verwenden. Dabei sind zwei Dioden einer Gleichstrombrücke durch zwei steuerbare Thyristoren ersetzt

Ferner ist es bekannt, z.B. durch die Zeitschrift »BULLETIN SEV« 52,1961, Heft 13, S. 495/496, Zenerdioden in Reihe zu einer Wicklung zu schalten, um damit die Abfallszeit zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit wenig Aufwand eine zuverlässige Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der Abschaltverzug verringert werden k*jin. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erlaubt auf einfache und zuverlässige Weise eine kontaktlose Steuerung eines Magnetantriebes, vorzugsweise für ein Motorschütz. Neben der Gleichrichtung der Betätigungsspannung erfolgt eine Umschaltung von der Anzugsspannung auf die geringe Haltespannung nach einer definierten Zeitspanne. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Schaltmagnet auf einfache Weise ohne zusätzliche Bausteine von einem übergeordneten Rechner geschattet und überwacht werden.

Die Unterdrückung des Freilaufdiodeneffektes erfolgt durch die im Gieichstromzweig des Haltestromkreises in Sperrichtung angeordnete Zenerdiode. Diese bewirkt, daß der nach Abschaltung einsetzende Entladestrom der Wicklung nicht bis zur völligen Entladung fließt, sondern von einer bestimmten Grenze an durch die Zenerdiode unterbrochen wird. Diese Grenze wird bestimmt durch die Durchbruchspannung der Zenerdiode. Bei abklingendem Entladestrom und damit abklingender Spannung an der Zenerdiode wird der Entladestrom unterbrochen, sobald die Durchbruchspannung der Zenerdiode unterschritten ist. Damit wird ein geringer Abschaltverzug erreicht. Im Normalbetriebszustand liegt die Haltespannung etwas oberhalb der Durclibruchsspannung der Zenerdiode, so daß ein sicherer Normalbetrieb gewährleistet ist.

Bei einem derartigen Zusammenwirken eines Einschaltkreises zur Versorgung des Schaltmagneten mit einem hohen Einschaltstrom und eines Haltekreises zur Versorgung des Schaltmagneten mit einem niedrigen Haltestrom übernimmt der Haltestromkreis den Spu-Ienstrom, sobald der Schaltmagnet eingeschaltet hat. Damit bei Ausschaltung des Haltestromkreises die im Einschaltkreis vorhandenen Dioden des Gleichrichters nicht ebenfalls einen Freilaufdiodeneffekt mit der Spule des Schaltmagneten erzeugen, muß gewährleistet sein, daß nach Einschaltung des Magneten und Übernahme des Stromes von dem Haltekreis der Einschaltkreis sicher getrennt ist Dies wird dadurch erreicht, daß der Brückengleichrichter des Einschaltkreises steuerbare Thyristoren enthält, die zur Ansteuerung des Schaltmagneten dienen und nach vollzogener Einschaltung durch Wegnahme der Steuerspannung den Einschaltstromkreis sperren.

Eventuell auftretende Spannungsspitzen an der Wicklung, hervorgerufen durch das plötzliche Unterbrechen des Entladestromkreises durch die Zenerdiode, können in Ausgestaltung der Erfindung dadurch anschädlich gemacht werden, daß der Wicklung ein Varistor parallel geschaltet wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäß der Erfindung in Form eines Schaltbildes dargestellt

Das Schaltbild zeigt eine Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Magnetspule 10 mit einem kurzzeitig fließenden, hohen Einschaltstrom und mit einem niedrigeren, während des Betriebes dauernd fließenden Haltestrom. Magnetkern und Magnetanker sind nicht dargestellt. In einem Stromkreis 11 wird der Einschaltstrom und in einem Stromkreis 12 der Haltestrom erzeugt Der Stromkreis 11 liegt eingangsseitig an einer Wechsel-Spannungsquelle 13, z. B. an 220 V Netzspannung. Die Magnetspule 10 liegt im Gieichstromzweig einer Zweiweg-Gleichrichterbrücke 14, die wechselstromseitig an die Wechselstromquelle 13 angeschlossen ist Die GleichrichtPrbrücke 14 enthält zwei steuerbare Thyristören 15 und zwei nicht steuerbare Dioden 16. Eine RC- Beschallung 17 parallel zu den Thyristoren 15 dient jeweils als Schutzbeschaltung für die Thyristoren 15. Im Steuerkreis der Thyristoren 15 liegt jeweils ein Vorwiderstand 19 in Reihe mit einem Einschaltkontakt 19.

Der Hali.ekreis 12 erhält seine Spannung für die Sekundärwicklung eines Transformators 20, dessen Primärwicklung an die Netzspannung 13 gelegt ist. Der Gleichstromkreis 12 enthält ebenfalls einen Zweiweg-Brückengleichrichter 21, der wechselstromseitig über einen Triac 22 mit der Sekundärwicklung des Transformators 20 verbunden ist. Mit 23 ist eine Schutz-Induktivität bezeichnet. Im Steuerkreis des Triacs 22 liegt ein Kontakt 24 mit einem Vorwiderstand 25. Mit 26 ist eine ÄC-Kombination als Schutz für den Triac22 bezeichnet Im Gleichstromzweig des Brückengleichrichters 21 liegt wiederum die Magnetspule 10, und zwar in Reihe mit einer Zenerdiode 27, die in Sperrichtung geschaltet ist, und einer Entkopplungsdiode 28, die zur Entkopplung zwischen dem Stromkreis 11 und 12 dient. Mit 29 ist ein der Magnetspule parallel geschalteter Varistor bezeichnet. Ein Glättungskondensator 30 ist der Reihenschaltung aus der Zenerdiode 27, der Entkopplungsdiode 28 und der Magnetspule 10 parallel geschaltet.

Nachdem die Schaltungsanordnung an die Netzspannung 13 gelegt ist, erfolgt die Ansteuerung und Stromversorgung der Magnct\nule 10 durch Ansteuerung der Thyristoren 15 und des Triacs 22 über ein nicht dargestelltes Zeitglied. Dieses Zeitglied sorgt dafür, daß zur Einschaltung der Magnetspule 10 die Kontakte 19 der Thyristoren 15 für eine bestimmte kurze Zeh angesteuert werden, z. B. 200 ms, so daß der Anker des Magneten sicher angezogen hat Gleichzeitig wird auch der Triac 22 gezündet, der die Haltespannung, erzeugt von dem Transformator 20, aufschaltet Die Entkopplungsdiode 28 entkoppelt die beiden Spannungen.

Nachdem der Anker angezogen hat, übernimmt der Haltekreis 12 den Haltestrom und der Stromkreis 11 wird unterbrochen, indem die Thyristoren 15 durch öffnung der Kontakte 19 nicht mehr angesteuert werden. Da der Stromkreis 11 keinen Glättungskondensator enthält, läuft der Halbwellenstrom fast bis auf 0. Dies reicht aus, um die Thyristoren 15 bei nicht anliegender Steuerspannung auf jeden Fall beim Umschalten auf den Haltekreis 12 zu löschen.

Im Normalbetriebszustand ist also der Einschaltkreis durch Löschen der Tliyristoren unterbrochen, während der Haltekreis den für das Halten des Ankers notwendigen Strom durch die Magnetspule tivtbt Die Haltespannung liegt dabei kurz oberhalb der Deichbruchsspannung der Zenerdiode 27. Soll die Magnetspule 10 nunmehr ausgeschaltet werden, so wird der Kontakt 24 geöffnet, so daß der Triac 22 nicht mehr angesteuert wird und sperrt Die nunmehr in der Magnetspule 10 noch enthaltene Energie treibt nunmehr einen Entladestrom durch den Stromzweig: Magnetspule 10, Dioden 21a, 216 des Brückengleichrichters 21, Zenerdiode 27 und Entkopplungsdiode 28. Dieser Entladestrom bewirkt, daß der Anker des Schaltmagneten nicht, wie gewünscht, beim Sperren des Triacs 22 sofort, sondern, durch den Entladestrom bedingt, verzögert abfällt Durch die Zenerdiode wird nun erreicht daß dieser Entladestrom nur so lange fließt, bis die an der Zenerdiode stetig abfallende Spannung ihre Durchbruchsspannung erreicht, in diesem Moment sperrt die Zenerdiode, so daß der Stromzweig unterbrochen wird und der Anker sofort abfallen kann.

Zur Vermeidung von eventuell auftretenden Spannungsspitzen an der Magnetspule 10 infolge des plötzlichen Unterbrechens des Stromkreises ist parallel zur Magnetspule der Varistor 29 geschaltet

Die besondere Entkopplungsdiode 22 soll die hohe Spannung des Einschaltkreises 11 von dem Haltekreis 12 abhalten. Dadurch können die nicht steuerbaren Dioden des Brückengleichrichters 21 entsprechend kleiner dimensioniert werden. Der Glättungskondensator 30 ist nicht der Magnetspule 10 direkt parallel geschaltet sondern der Reihenschaltung aus der Zenerdiode 27, der Entkopplungsdiode 28 und der Magnetspule 10. Damit wird erreicht, daß nur der Haltestrom des Stromkreises 12 geglättet wird und somit ein sicheres Löschen der Thyristoren 15 im Gleichrichter 14 gewährleistet ist, zum anderen ist beim Sperren der Zenerdiode 27 auch der Kondensator von der Magnetspule abgeschaltet, so daß die in ihm gespeicherte Energie ebenfalls nicht mehr einen Entladestrom durch die Magnetspule schikken kann.

Dadurch, daß in dem Brückengleichrichter 14 die beiden sonst üblichen, niehtsteuerbaren Dioden durch Thyristoren 15 ersetzt wurden, ergibt sich eine einfache Möglichkeit zur Ansteuerung der Magnetspule 10, ferner wird dadurch erreicht, daß der Einschaltstromkreis 11 nach Einschaltung der Magnetspule 10 durch Löschen der Thyristoren 15 sicher getrennt wird. Mit Hilfe des steuerbaren Triacs 22 in der Wechselstromzuleitung des Brückengleichrichters 21 im Stromkreis 12 und mit

Hilfe der steuerbaren Thyristoren 15 im Brückengleichrichter 14 des Stromkreises 11 wird eine zuverlässige und einfache kontaktlose Steuerung und Überwachung von Magnetantrieben durch eine übergeordnete Rechenzentrale ermöglicht, ohne Verwendung von Hilfs- 5 schützen oder sonstigen Bausteinen. Dadurch, daß der Brückengleichrichter 14 des Stromkreises U wechselstromseitig direkt an Netzspannung liegt und der Briikkengleichrichter 21 wechselstromseitig über den Triac 22 an der Sekundärwicklung 20a eines Netztrafos liegt, 10 braucht nur eine Betätigungsspannung zur Verfugung zustehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit zwei je einen Halbleiter-Brückengleichrichter aufweisenden Schaltkreisen, deren Gleichstromzweige gegeneinander entkoppelt und auf die Wicklung eines Schaltmagneten geschaltet sind, wobei der erste Schaltkreis Mittel zur Erzeugung eines impulsförmigen Einschaltstromes und der zweite Schaltkreis Mittel zur Erzeugung eines zum Halten ausreichenden Dauerstromes durch die Wicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Brückengleichrichter (14) mindestens zwei steuerbare Thyristoren (15) aufweist, daß dem zweiten Brückengleichrichter

(21) ein steuerbarer Triac (22) vorgeschaltet ist und daß der Gleichstromkreis des zweiten Brückengleichrichters (21) eine Zenerdiode (27) aufweist, die in Sperrichtung zwischen dem den Entladestrom führenden Dioden (21a, 21 Z^ und der Wicklung (10) liegt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklung (10) ein Varistor (29) parallel geschaltet ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung aus Zenerdiode (27), einer Entkopplungsdiode (28) und der Wicklung (10) ein Glättungskondensator (30) parallel geschaltet ist

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der erste Brückengleichrichter (14) zwei Dioden (16) und zwei steuerbare Thyristoren (15) enthält und daß die Thyristoren (15) in dem mi: der Wicklung (10) verbundenen Zweigen des Brückeng dchrichters (14) liegen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren (15) und der Triac (22) von einem besonderen Zeitglied angesteuert werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Brückengleichrichter (14) wechselstromseitig direkt an der Netzspannung (13) und der zweite Brückengleichrichter (21) wechselstromseitig über den Triac

(22) an der Sekundärwicklung (20a,) eines Netztrafos (20) liegt