DE4003179A1 - Verfahren zur bereichserweiterung der betriebsspannung fuer ein elektromagnetisches schaltgeraet - Google Patents

Description

Verfahren zur Bereichserweiterung der Betriebsspannung, für ein elektromagnetisches Schaltgerät, wobei das mit Wechsel­ strom betriebene Schaltgerät, aus einer mit Gleichstrom erregten Spule und einem Magnetsystem besteht, das auf einen Kontaktapparat einwirkt, der zum Schließen und Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen dient.

Elektromagnetische Schaltgeräte der im Oberbegriff des Hauptanspruchs erwähnten Art sind in der Steuerungs- und Antriebstechnik der Elektroindustrie zu finden. Diese, in der Regel als Schütz bezeichneten Geräte dienen im Verbund und in der Verknüpfung miteinander zur Lösung komplizierter industrieller kontaktbehafteter Steuerungsaufgaben und zur Ansteuerung elektrischer Verbraucher. Die Bandbreite der Betriebsspannungen für diese Geräte ist sehr groß. Jeder Schütztyp bzw. seine Erregerspule weist eine bestimmte Nennspannung in einem bestimmten Spannungsbereich auf. Das bedeutet, daß jede dieser mit unterschiedlichen Spannungen anzusteuernden Erregerspulen entsprechend unterschiedliche Wickeldaten, bzw. Bauarten aufweist. Entsprechend groß ist daher die Lagerhaltung und Unübersichtlichkeit der Schaltge­ räte.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Schaltungsanord­ nung für ein elektromagnetisches Schaltgerät zu schaffen mittels der die Ansteuerung des Schaltgerätes innerhalb eines Spannungsbereichs erreichbar wird, der ein Vielfaches gegenüber dem Stand der Technik aufweist, wobei der Energie­ bedarf der Erregerspule im gesamten Spannungsbereich gleichbleibend ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schaltungsanordnung bewirkt, daß sich die Betriebsspannung des Schaltgerätes über einen Bereich erstreckt, dessen Minimalwert und Maximalwert ein Verhältnis von mindestens 1 : 3 aufweist, indem die Schaltungsanordnung derart auf die Erregerspule einwirkt, daß diese, unabhängig von der Wertig­ keit der Betriebsspannung mit konstanter Energie betrieben wird, wobei ein von dem Wert der Betriebsspannung abhängiger Teilbereich aus der Fläche jeder positiven Halbwelle elimi­ niert wird.

Dabei ist es nach Anspruch 2 von Vorteil, daß die den Teilbereich bestimmende Zeit zur Unterbrechung des Strom­ kreises der Erregerspule von der Höhe der Betriebsspannung abhängt und nach Anspruch 3 die Erregerspule unabhängig von der Betriebsspannung eine Gleichstromspule mit immer derselben Bauart ist.

Besonders vorteilhaft ist es nach Anspruch 4, daß der Energiebedarf für die Erregerspule mittels der Schaltungsan­ ordnung bei allen möglichen Werten der Betriebsspannung derselbe.

Nachfolgend wird mittels der Zeichnung und anhand beispiel­ hafter Darstellungen die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das Schaltbild einer beispielhaften Schaltungsanord­ nung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren ist

Fig. 2a ein Impulsdiagramm verschiedener Meßpunkte in dem Schaltbild der Schaltungsanordnung bei unterschiedli­ chen Betriebsspannungen,

Fig. 2b ein Diagramm mit der Darstellung von drei verschiede­ nen Spannungsbereichen.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer beispielhaften Schal­ tungsanordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren ist. Die Betriebsspannung Ue liegt am Brücken­ gleichrichter 7, dessen Ausgang eine pulsierende Gleichspan­ nung Fig. 2, A, B, C aufweist. Die Mittelanzapfung M des aus den Widerständen R1, R2 bestehenden Spannungsteilers ist mit dem Eingang des Schmittriggers 5 verbunden. Der Ausgang des Schmittriggers 5 ist zum einen mit einem Eingang des NAND- Gatters 6 und zum anderen mit dem Konstantzeit­ kreis, bestehend aus dem Widerstand R3 und dem Kondensator C1, verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters 6 wirkt über den Verstärker 8 auf den Feldeffekt-Transistor T1, der als elektronischer Schalter den Stromkreis der Erregerspule S1 des Schaltgerätes steuert. Die weiteren Bauelemente R5, C3, D2 und Zn dienen als Schutzbeschaltung und sind für die Wirkung der Schaltungsanordnung bezüglich des erfindungs­ gemäßen Verfahrens nicht relevant.

Wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die Ansteuerung der Erregerspule beeinflußt, ist anhand der Diagramme in Fig. 2 zu ersehen. Das Impulsdiagramm in Fig. 2 zeigt den Impulsverlauf an drei verschiedenen Meßpunkten für drei verschiedene Wechselspannungsbereiche A, B, C. Es ist in der Fig. 2a deutlich ersichtlich, daß bei den verschiedenen Spannungsbereichen A, B, C unterschiedliche Bereiche aus der jeweiligen Halbwelle herausgeschnitten sind. Der hier dargestellte höchste Spannungsbereich C hat dabei den größten Ausschnitt t6 während der niedrigste Spannungsbe­ bereich A den kleinsten Ausschnitt t4 aufweist. Da der ohmsche Widerstand der Widerstände R1, R2 immer konstant bleibt, ändern sich bei den unterschiedlichen Spannungsbe­ reichen lediglich die Ansprechzeiten t1, t2 und t3. Der Einschaltpegel EP des Schmittriggers 5 bleibt gleich. Mit dem Umschalten des Schmittriggerausgangs Ax, Bx, Cx beginnt die Aufladezeit des Konstantzeitkreises. Den Impulsverlauf verdeutlicht der Meßpunkt Ay, By, Cy. Bei Erreichen des Schwellwertes SA, SB, SC schaltet das NAND-Gatter 6 auf Low- Potential und sperrt über den Verstärker 8 den Feldeffekt­ transistor T1. Den entsprechenden Impulsverlauf zeigt das Diagramm Az, Bz, Cz. Erreicht die Halbwelle A, B, C den Abschaltpegel AP, kippt der Schmittrigger 5 nach Low- Potential, entleert den Konstantzeitkreis und schaltet den Ausgang des NAND-Gatters 5 auf High-Potential. Das bewirkt die Ansteuerung des Feldeffekttransistors T1 der den Stromkreis für die Erregerspule S1 schließt. Auf diese Weise ergibt sich eine flexible Anpassung der im weiten Bereich wählbaren Betriebsspannung Ue. Ein Schaltgerät mit einer Gleichspannungsspule für 60 V= kann beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Schaltung in einem Bereich von 90 V bis 280 V bei gleichen Schaltbe­ dingungen betrieben werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bereichserweiterung der Betriebsspannung, für ein elektromagnetisches Schaltgerät, wobei das mit Wechselstrom betriebene Schaltgerät, aus einer mit Gleich­ strom erregten Spule und einem Magnetsystem besteht, das auf einen Kontaktapparat einwirkt, der zum Schließen und Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen dient dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung (Fig. 1) bewirkt, daß sich die Betriebsspannung (Ue) des Schaltgerä­ tes über einen Bereich erstreckt, dessen Minimalwert und Maximalwert ein Verhältnis von 1 : 3 aufweist, indem die Schaltungsanordnung (Fig. 1) derart auf die Erregerspule (S1) einwirkt, daß diese, unabhängig von der Wertigkeit der Betriebsspannung (Ue), mit konstanter Energie betrieben wird, wobei ein von dem Wert der Betriebsspannung (Ue) abhängiger Teilbereich aus der Fläche jeder positiven Halbwelle (A, B, C) eliminiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Teilbereich bestimmende Zeit (t4, t5, t6) zur Unterbrechung des Stromkreises der Erregerspule (81) von der Höhe der Betriebsspannung (Ue) abhängt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (S1) unabhängig von der Betriebsspan­ nung (Ue) eine Gleichstromspule mit immer derselben Bauart ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Energiebedarf für die Erregerspule (S1) mittels der Schaltungsanordnung (Fig. 1) bei allen möglichen Werten der Betriebsspannung (Ue) derselbe ist.