DE4418146A1

DE4418146A1 - Electromagnet drive method and circuit

Info

Publication number: DE4418146A1
Application number: DE19944418146
Authority: DE
Inventors: Bernd Geser
Original assignee: AWECO KUNSTSTOFFTECH GERAETE
Current assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2014-05-26
Also published as: DE4418146B4

Abstract

A method of operating an electromagnetic, equipped with an exciting coil and a movable armature, with d.c. is designed to enable the dimensions of an electromagnet for a given application to be reduced or to demand from a given electromagnet a greater force or larger stroke than usual. Thus a capacitor (3) and current-or voltage-dependent switching elements (4, 6) are used to generate and increased switch-on current pulse, which then drops to a lower holding current.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Schaltanordnung und deren Anwendung nach den Patentansprüchen 1, 2 und 5. Die Erfindung ist bei Elektromagneten von Bedeutung, die nach Einschalten des Erregerstromes zunächst eine erhöhte Leistung erbringen müssen und deren Leistungsbedarf danach abfällt, zum Beispiel Magnetventile in Form von Sitzventilen, die im nicht erregten Zustand geschlossen sind und zum Öffnen einen erhöhten Kraftbedarf haben.The invention relates to a method, a switching arrangement and their application according to claims 1, 2 and 5. Die Invention is important in electromagnets, according to Switching on the excitation current initially increased output have to provide and their performance requirements then drop, for example solenoid valves in the form of poppet valves that are in the not excited state are closed and open one have increased power requirements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagnet dieser Art in einem gegebenen Anwendungsfall kleiner und schwächer zu dimensionieren bzw. einem gegebenen Elektromagneten einen größeren Hub oder eine höhere Kraft abzuverlangen als üblich.The invention has for its object an electromagnet of this type smaller and smaller in a given application to dimension weaker or a given Electromagnets have a larger stroke or a higher force to demand than usual.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Betrieb eines Elektromagneten nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren zeichnet sich grundsätzlich dadurch aus, daß mittels eines Kondensators und bestimmter strom- oder spannungsabhängiger Schaltelemente ein impulsartig erhöhter Einschaltstrom erzeugt wird, der sodann auf einen niedrigeren Haltestrom absinkt. Die elektrische Leistung wird also der erforderlichen mechanischen Leistung angepaßt.A method of operation is used to solve this problem of an electromagnet according to claim 1 proposed. This The process is basically characterized in that by means of a capacitor and certain current or voltage-dependent switching elements a pulse-like increase Inrush current is generated, which is then at a lower Holding current drops. The electrical power is the adjusted required mechanical performance.

Eine bevorzugte Schaltanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Dabei wird vorausgesetzt, daß dem Elektromagneten ein am Wechselstrom- Versorgungsnetz angeschlossener Schutztrenntransformator und ein Gleichrichter vorgeschaltet ist. Dieser Gleichrichter ist in Ladeanordnung mit dem Kondensator verbunden. Die Erregerspule des Magneten ist in Reihe mit einem Thyristor an dem Kondensator angeschlossen und eine Zenerdiode verbindet den einen Anschlußpunkt des Kondensators mit dem Gate des Thyristors, wobei nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die entsprechend der Leerlaufspannung des Trenntransformators erhöhte anfängliche Ladespannung des Kondensators den Spannungswert der Zenerdiode erreicht, so daß diese und damit auch der Thyristor zündet (durchlässig wird). Über den Thyristor und die Erregerspule fließt nun der Entladestrom des Kondensators, der nach der Entladung auf den normalen Betriebsstrom des Trenntransformators absinkt. Wird dann die Netzwechselspannung abgeschaltet, wird der Thyristor wieder nichtleitend und die Schaltanordnung ist wieder für den nächsten Einschaltimpuls gerüstet.A preferred circuit arrangement for performing this The method is characterized in claim 2. Doing so provided that the electromagnet has an AC Protective isolating transformer connected to the supply network a rectifier is connected upstream. This rectifier is connected to the capacitor in a charging arrangement. The Excitation coil of the magnet is in series with a thyristor connected to the capacitor and connecting a zener diode the one connection point of the capacitor with the gate of Thyristors, after switching on the Mains AC voltage corresponding to the open circuit voltage of the Isolation transformer increased initial charge voltage of the Capacitor reaches the voltage value of the zener diode, so that this and thus also the thyristor ignites (becomes permeable). The now flows over the thyristor and the excitation coil Discharge current of the capacitor, which after discharge to the normal operating current of the isolating transformer drops. Becomes then the AC mains voltage is switched off, the thyristor again non-conductive and the switching arrangement is again for prepared for the next switch-on pulse.

Der Vorteil gegenüber dem an sich bekannten Gleichstrombetrieb eines Elektromagneten mit einem vorgeschalteten Schutztrenntransformator besteht darin, daß bei einem erhöhten anfänglichen Leistungsbedarf des Magneten die erwähnten Vorschaltkomponenten nicht für diese erhöhte Anfangsleistung ausgelegt werden müssen, sondern nur für die sehr viel geringere Halteleistung, die jedoch während eines sehr viel längeren Zeitraums gefordert wird und eigentlich ausschlaggebend ist. The advantage over the known DC operation of an electromagnet with a upstream protective isolating transformer is that with an increased initial power requirement of the magnet the ballast components mentioned are not increased for this Initial performance must be designed, but only for that much lower holding power, which, however, during a is required for a much longer period of time and actually is decisive.

Das Ausmaß der Erhöhung der anfänglichen Stromstärke hängt auch von der Bemessung des Schutztrenntransformators ab, der vorzugsweise eine "weiche" Charakteristik hat und dessen Leerlaufspannung unter der sogenannten Kleinspannung von 42 V liegt. Die erforderliche Halteleistung des Magneten beträgt in vielen Fällen nur einen Bruchteil der anfänglichen Leistung, zum Beispiel etwa 20%.The extent of the increase in initial current depends also on the dimensioning of the protective isolating transformer preferably has a "soft" characteristic and its Open circuit voltage under the so-called low voltage of 42 V lies. The required holding power of the magnet is in many cases only a fraction of the initial Performance, for example about 20%.

Eine bevorzugte Anwendung der beschriebenen Schaltanordnung ergibt sich bei einem in erregtem Zustand geöffneten Magnetventil, das im Haushaltsbereich an einer Wasserleitung angebaut ist, zum Beispiel ein Ventil zum Schutz vor Wasserschäden beim Platzen des Anschlußschlauches einer wasserführenden Haushaltsmaschine. Solche Ventile werden derzeit meist mit Netzwechselspannung betrieben, wobei es erforderlich ist, die Ventile zum Schutz gegen Berührungsspannungen sehr sorgfältig mit Kunststoff zu umspritzen, das heißt aufwendig zu isolieren. Werden solche Ventile mit einem Schutztrenntransformator und Kleinspannung betrieben, so verringern sich zwar die Herstellungskosten des Ventils, es kommen jedoch die Kosten für den Transformator hinzu. Die Erfindung bietet hier die Möglichkeit, durch eine kleine Dimensionierung des Transformators dessen Kosten soweit zu senken, daß der Kleinspannungsbetrieb wirtschaftlich erfolgversprechend wird. Ein zusätzlicher Vorteil dabei ist die erhöhte Sicherheit gegen Berührungsspannungen. Außerdem ist der Gleichstrombetrieb solcher Ventile interessant, weil das Brummen entfällt.A preferred application of the switching arrangement described results from an open when excited Solenoid valve in the household on a water pipe is attached, for example a valve to protect against Water damage when the connecting hose bursts water-carrying household machine. Such valves will be currently mostly operated with AC voltage, whereby it is required to protect against the valves Touch voltages very carefully with plastic too encapsulation, that is, costly to isolate. Become such Valves with a protective isolating transformer and low voltage operated, so reduce the manufacturing cost of Valve, but there are costs for the transformer added. The invention here offers the possibility of a small dimensioning of the transformer its cost to the extent that the low-voltage operation becomes economically promising. An additional one The advantage here is the increased security against Touch voltages. In addition, the DC operation such valves interesting because there is no hum.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Schaltbildes erläutert, wobei die Maßangaben sich auf den zuletzt erwähnten Anwendungsfall beziehen.An embodiment of the invention is described below a circuit diagram explained, the dimensions given refer to the last-mentioned use case.

Mit einem Schutztrenntransformator 1 für Kleinspannung wird die Netzwechselspannung auf eine Leerlaufspannung von höchstens 42 V (Momentanwert) transformiert. Über einen Brückengleichrichter 2 wird ein Elektrolytkondensator 3 (ca. 470 µF/63 V) geladen. An den Kondensator 3 ist in Reihe mit einem Thyristor 6 die Erregerwicklung 7 eines Magnetventils angeschlossen. Das Gate des Thyristors ist über einen Strombegrenzungswiderstand 5 und eine Zenerdiode 4 mit dem positiven Anschlußpunkt des Kondensators 3 verbunden. Der Schutztrenntransformator hat eine Nennspannung von 12 V, eine Nennleistung von 1,5 VA und eine Leerlaufspannung von 16,7 V. Er hat eine "weiche Charakteristik", das heißt seine Ausgangsspannung bricht bei Belastung stark ein. Er ist kurzschlußfest bis zu einer Umgebungstemperatur von 70°C.With a protective isolating transformer 1 for low voltage, the AC mains voltage is transformed to an open circuit voltage of at most 42 V (instantaneous value). An electrolytic capacitor 3 (approx. 470 μF / 63 V) is charged via a bridge rectifier 2 . The field winding 7 of a solenoid valve is connected to the capacitor 3 in series with a thyristor 6 . The gate of the thyristor is connected via a current limiting resistor 5 and a Zener diode 4 to the positive connection point of the capacitor 3 . The protective isolating transformer has a nominal voltage of 12 V, a nominal power of 1.5 VA and an open circuit voltage of 16.7 V. It has a "soft characteristic", which means that its output voltage drops sharply when loaded. It is short-circuit proof up to an ambient temperature of 70 ° C.

Überschreitet nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die Ladespannung des Kondensators 3, die im Beispiel 23 V erreicht, den Spannungswert der Zenerdiode 4, wird diese leitend und zündet über den Strombegrenzungswiderstand 5 den Thyristor 6. Dieser wird sodann ebenfalls leitend und entlädt den Kondensator 3 über die Erregerwicklung 7, wobei das Magnetventil öffnet. Die Halteleistung beträgt nur etwa 20% der Öffnungsleistung, weshalb der Transformator auch nur für diese Leistung ausgelegt ist. Bedingt durch die Bauart des Transformators stellt sich je nach dem Widerstand der Erregerspule eine Spannung an der Spule ein, die zwischen der Öffnungsspannung und der Haltespannung liegt.If the charging voltage of the capacitor 3 , which in the example reaches 23 V, exceeds the voltage value of the Zener diode 4 after the mains AC voltage has been switched on, it becomes conductive and ignites the thyristor 6 via the current limiting resistor 5 . This then also becomes conductive and discharges the capacitor 3 via the field winding 7 , the solenoid valve opening. The holding power is only about 20% of the opening power, which is why the transformer is only designed for this power. Due to the design of the transformer, depending on the resistance of the excitation coil, a voltage is set at the coil that lies between the opening voltage and the holding voltage.

Beim Abschalten der Netzwechselspannung wird der Kondensator 3 über die Magnetspule 7 und den Thyristor 6 sofort entladen bis dieser schließlich nach Abklingen des Stromes nichtleitend wird.When the AC mains voltage is switched off, the capacitor 3 is immediately discharged via the magnetic coil 7 and the thyristor 6 until it finally becomes non-conductive after the current has decayed.

Claims

1. A method of operating an electromagnet provided with an excitation coil and a movable armature with direct current, characterized in that a pulse-like increased inrush current is generated by means of a capacitor ( 3 ) and current or voltage-dependent switching elements ( 4 , 6 ), which is then applied to a lower holding current drops.

2. Switching arrangement with a protective isolating transformer connected to the AC supply network and a downstream rectifier for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the rectifier ( 2 ) is connected in a charging arrangement to the capacitor ( 3 ), the excitation coil ( 7 ) of the magnet is connected in series with a thyristor ( 6 ) to the capacitor ( 3 ) and a zener diode ( 4 ) connects the one connection point of the capacitor ( 3 ) to the gate of the thyristor ( 6 ), after switching on the AC voltage corresponding to the open circuit voltage of the isolating transformer ( 1 ) increased initial charging voltage of the capacitor ( 3 ) reaches the voltage value of the zener diode ( 4 ) so that it and therefore the thyristor ( 6 ) ignite.

3. Switching arrangement according to claim 2, characterized in that the protective isolating transformer ( 1 ) has an open circuit voltage which is below the low voltage of 42 V.

4. Switching arrangement according to claim 2, characterized in that the required holding power of the solenoid valve, the excitation coil ( 7 ) is fed by the arrangement, in the open position only a fraction, for example about 20%, of the opening power.

5. Application of the switching arrangement according to one of the previous claims in an excited state open solenoid valve, which in the household area at a Water pipe is grown.