DE69011757T2 - Elektromagnetische Betätigungsanordnung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen und bezieht sich insbesondere aber nicht ausschließlich auf Reststrom-Leitungsunterbrecher.
• Derartige Reststrom-Leitungsunterbrecher müßten sehr schnell, d.h. in weniger als 20 ms ansprechen. Um diese Anförderung zu erfüllen, ist es notwendig, eine sehr starke Vorspannfeder vorzusehen, die die Betätigungsvorrichtung ansprechen läßt, wenn die Betätigungsvorrichtung deaktiviert wird. Ein entsprechend starker und sperriger Elektromagnet ist dazu erforderlich, die Federvorspannung im aktivierten Zustand zu überwinden.
• In der DE 53 20 28 wird ein einpoliger Schaltkreisunterbrecher bekanntgemacht, der einen Schalter 12 aufweist, der durch eine Feder 14 in Richtung seiner offenen Position vorgespannt wird, aber im Gebrauch durch eine Armatur 18 gehalten wird, die gegen die Beine 16 eines elektromagnetischen Kerns 15 gehalten wird. Der Reststrom-Leitungsunterbrecher wird nur mit Gleichspannungsquellen verwendet. Beim Feststellen eines Überschußstromes reduziert eine Spule 22 die Magnetstärke des Kerns 15. Daraufhin kann die Feder 14 die Armatur 18 vom Kern 15 abziehen und hierdurch den Schalter 12 öffnen.
• Aus der US 4 063 299 ist ein Erdschluß-Leitungsunterbrecher bekannt, welcher eine Ringkern-Erfassungsspule 22 zur Erfassung eines Unterschieds zwischen spannungs/stromführenden Linien 12 und neutralen Linien 14 zum Anzeigen eines Erdschlusses verwendet. Unter normalen Betriebsbedingungen wird kein Unterschied festgestellt, so daß das remanenzmagnetisierte Klinkenrelais 80 unmagnetisiert bleibt. Die Armatur wird durch eine Feder gegenüber dem Pol des Klinkenrelais 90 weggespannt und hält die Schalter 86 und 88 geschlossen. Wenn die Erfassungsspule 22 einen Erdschluß feststellt, wird das Klinkenrelais aktiviert und zieht die Armatur 92 heran und öffnet die Schalter 86 und 88.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung anzubieten, die schneller anspricht und/oder einen weniger starken Elektromagnet benötigt als vergleichbare konventionelle Betätigungsvorrichtungen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die elektromagnetische Betätigungsanordnung ein elektromagnisches Betätigungselement, welches zumindest ein Arbeitselement aus magnetisch weichem Material beinhaltet, welches mit Vorspannelementen in Verbindung steht und magnetisiert wird, wenn das elektromagnetische Betätigungselement aktiviert wird, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Betätigungsanordnung weitere Mittel zur Umkehrung der auf besagtes Arbeitselement wirkenden Kraft beinhaltet, wenn das elektromagnetische Betätigungselement deaktiviert wird.
• Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich auf Leitungsunterbrecher und Relais anwendbar, die zwei solcher Betätigungselemente aufweisen, insbesondere ein festes Joch und eine bewegliche Armatur.
• Indem die Magnetkraft beim Deaktivieren eines elektromagnetischen Betätigungselementes dieser Art umgekehrt wird, wird dem Restmagnetfluß in der Armatur das umgekehrte magnetische Feld begegnet und es wird vermieden, daß die Armatur wie üblicherweise direkt an dem Joch haftet, unmittelbar nachdem die Wicklung deaktiviert wurde.
• Tatsächlich wird in dem kurzen Zeitraum in dem der Restmagnetfluß in der Armatur seine ursprüngliche Polarität erhält, die Armatur durch das umgekehrte magnetische Feld abgestoßen, welches von der umgekehrten Magnetkraft erzeugt wird, sodaß die Vorspannkraft kurz in dem Moment erhöht wird, in dem die Wicklung deaktiviert wird.
• Die Erfindung kann folglich auch auf Solenoide und andere Vorrichtungen angewandt werden, die nur ein einziges "Betätigungselement" aus magnetisch weichem Material beinhalten.
• In typischen bevorzugten Ausführungsformen, insbesondere in Anordnungen mit Relais und Leitungsunterbrechern, wird die Armatur aus dem magnetischen Feld der Wicklung durch Vorspannmittel aus dem magnetischen Feld der Wicklung entfernt, bis der Restmagnetfluß in der Armatur durch die Umkehrung der magnetischen Kraft beim Deaktivieren des Betätigungselementes umgekehrt wurde. Die resultierende Anziehungskraft, die auf die Armatur wirkt, ist demnach im Vergleich zu der entgegenstehenden Vorspannkraft sehr schwach und die Auslösezeit wird nicht unvorteilhaft beeinflußt werden.
• Eine besonders geeignete Art und Weise zur Begrenzung der Umkehrmagnetisierung besteht darin, daß die magnetisierende Kraft durch eine Kapazität umgekehrt wird (die zum Beispiel parallel zu der Wicklung angeordnet werden kann) und die dazu angeordnet ist, sich durch die Wicklung beim Deaktivieren des Betätigungselementes zu entladen. Vorzugsweise erfolgt die Entladung oszillatorisch, sodaß die Restmagnetisierung der Armatur hierdurch auf ein sehr niedriges Niveau verringert wird.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wicklung des elektromagnetischen Betätigungselementes von einer Stromquelle versorgt (vorzugsweise von einer Stromquelle mit im wesentlichen Gleichstrom) und ist eine eingangsgesteuerte Halbleiterschaltvorrichtung vorgesehen um sowohl Strom von dieser besagten Stromquelle vorbeizuleiten und zwar in Erwiderung eines Steuersignals, welches auf den Eingang dieser Vorrichtung beim Deaktivieren des besagten elektromagnetischen Betätigungselementes gegeben wird als auch um den Strom zu leiten, der durch besagte Kapazität durch besagte Wicklung entladen wird.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist weiter unten an einem Ausführungsbeispiel mit Bezug zu der Zeichnung, Fig. 1 beschrieben, die ein Leitungsschaltbild eines erfindungsgemäßen Reststromleitungsunterbrechers darstellt.
• Der Schaltkreis nach Fig. 1 umfaßt stromführende (L) und neutrale (N) Netzeingangsterminals, die über einen zweipoligen Schalter SW 1 mit den Netzausgangsterminals verbunden sind, die wiederum an eine elektrische Vorrichtung (nicht abgebildet) angeschlossen sein können. Der Schalter SW 1 wird durch ein elektromagnetisches Betätigungselement gesteuert, welches eine bewegliche Armatur AR 1 und ein Joch Y 1 umfaßt, wobei letzteres mit einer Wicklung L 1 versehen ist. Die Armatur AR 1 ist mechanisch mit dem Schalter SW 1 verbunden und letzterer wird durch Vorspannung offen gehalten durch eine Spannungsfeder SP, die auf die Armatur wirkt. Die Armatur AR 1 und das Joch Y 1 bestehen aus magnetisch weichem Eisen und stehen miteinander in Kontakt, wenn der Schalter SW 1 geschlossen ist.
• Im Gebrauch wird der Schalter SW 1 manuell geschlossen und durch eine gleichgerichtete Gleichstromquelle unter Strom gesetzt, welche eine reihengeschaltete Diode D 1, Widerstände R 3, R 4 , R 5 und R 6 und eine Kapazität C 6 (die zwischen den Netzleitungen verbunden sind) und einen Widerstand R 2 umfassen (welcher zwischen der Verbindung von R 3 und C 6 und einem Ende der Wicklung L 1 angeordnet ist).
• Das andere Ende der Wicklung L 1 ist mit einem Anschluß stift 6 eines RA 3783 integrierten Schaltkreises IC 1 verbunden und von dort über Anschlußkontakt 4 des IC 1 mit dem freien Terminal der Glättungskapazität C 6 verbunden. Folglich wird die Wicklung L 1 aktiviert und hält den Schalter SW 1 in der AN-Position.
• Ein Umformer T 1 mit Ferritkern ist mit den Netzleitungen verbunden und sein Ausgang geht an die Anschlußkontakte 2 und 3 des IC 1.
• Der Potentialunterschied zwischen Anschlußkontakt 2 und 3 wird durch den IC 1 überwacht und wenn dieser Potentialunterschied einen vorherbestiminten Schwellwert übersteigt (als Ergebnis eines Ungleichgewichts zwischen den Hin- und Rückströmen in den Netzleitungen aufgrund eines unter Umständen gefährlichen Erdschlusses), wird eine Ausgangsspannung am Anschlußkontakt 5 erzeugt. Eine reihengeschaltete Entladekapazität C 1 und ein Thyristor SCR 1 sind parallel mit der Wicklung L 1 geschaltet und der Eingang des SCR 1 ist mit dein Anschlußkontakt 5 verbunden. Die Kathode des Thyristors SCR 1 ist auch mit dem negativen Terminal der Kapazität C 6 verbunden, sodaß der Thyristor SCR 1 den Ausgangsstrom der Stromquelle vorbeileitet und ebenso einen Entladeweg für die Kapazität C 1 durch die Wicklung L 1 bereitstellt. Der Strom von R 2 reicht aus, um SCR 1 in der AN-Position zu halten, während die Kapazität C 1 sich entlädt.
• Wenn nun also ein Erdschlußstrom festgestellt wird, entsteht eine Spannung am Terminal 5 des IC 1 die den Thyristor SCR 1 zündet, wodurch der Hinstrom des Widerstands R 1 der Stromquelle umgangen wird und es der Kapazität C 1 erlaubt wird, einen kurzen Rückentladestrom durch die Wicklung L 1 zu senden, was eine umgekehrte Magnetkraft erzeugt, die dem Restfluß in der Armatur AR 1 und dem Joch Y 1 entgegengesetzt ist. Demzufolge wird die Armatur AR 1 sofort von dein Joch Y 1 abgestoßen und wird von dem Joch Y 1 durch die Vorspannfeder SP. schnell abgezogen. Inzwischen ist der Strom in der Wicklung L 1 auf 0 gefallen, sodaß der Schalter SW 1 die Netzleitung schnell unterbricht.
• Wenn sichere Betriebsbedingungen wiederhergestellt wurden, kann die Netzleitung durch manuelles Drücken des Schalters SW 1 wieder geschlossen werden.
• Ein Paar Testkontakte TC sind in Reihe mit einem Widerstand R 7 gestaltet und zwar zwischen dem neutralen Ausgangsterminal und einem stromführenden Eingangsterminal der Netzleitungen um auf künstliche Weise zum Testen des Schalterkreises einen Reststrom zu erzeugen.
• Die Empfindlichkeit des Schaltkreises kann durch eine Änderung des Wertes des Widerstandes R 8 eingestellt werden, welcher über die Wicklung von T 1 verbunden ist oder über den Wert des Widerstandes R 1, der zwischen den Terminals 1 und 7 des IC 1 verbunden ist. Letzterer wird durch eine Geräuschunterdrückungskapazität C 4 überbrückt und desweiteren ist eine zusätzliche Geräuschunterdrückungskapazität C 3 zwischen den Anschlußkontakten 1 und 8 des IC 1 angebracht. Der Widerstand R 8 wird durch eine Geräuschunterdrückungskapazität C 5 überbrückt und eine Geräuschunterdrückungskapazität C 2 ist auch zwischen dem Eingang und der Kathode des Thyristors SCR 1 angebracht.
• Anzumerken ist noch, daß der Schaltkreis automatisch den Schalter SW 1 in die Aus-Position umschaltet, wenn die Netzversorgung ausfällt.

Claims (11)

1. Elektromagnetische Betätigungsanordnung mit einem elektromagnetischen Betätigungselement, welches zumindest ein Arbeitselement (AR1) aus magnetisch weichem Material beinhaltet, welches mit Vorspannelementen (SP) in Verbindung steht und magnetisiert wird, wenn das elektromagnetische Betätigungselement aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsanordnung weitere Mittel (SCR1, C1, L1) zur Umkehrung der auf besagtes Arbeitselement (AR1) wirkenden magnetischen Kraft beinhaltet, wenn das elektromagnetische Element deaktiviert wird.

2. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsanordnung desweiteren zwei Arbeitselemente (AR1, Y1) aus magnetisch weichem Material beinhaltet, die beide angezogen werden, wenn das besagte elektromagnetische Betätigungselement aktiviert wird, wobei die besagten Arbeitselemente (AR1, Y1) relativ zueinander bewegbar sind und von besagten Vorspannungsmitteln (SP), die das besagte elektromagnetische Betätigungselement betätigen, wenn es deaktiviert ist, auseinander gespannt werden.

3. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Mittel zur Umkehrung der magnetischen Kraft Mittel (SCR1, C1) zur Umkehrung des Stromflusses in einer Windung (L1) beinhaltet, die mit besagtem Arbeitselement bzw. besagten Arbeitselementen magnetisch verbunden ist.

4. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Mittel zur Umkehrung des Stromflusses einen Kondensator (C1) beinhalten, welcher sich durch besagte Windung (L1) beim Deaktivieren des besagten elektromagnetischen Betätigungselements entlädt.

5. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der besagten Arbeitselemente (AR1, Y1) dazu angeordnet ist, durch besagte Vorspannungsmittel (SP) aus einem magnetischen Feld des elektromagnetischen Betätigungselements bei Umkehrung besagter Magnetkraft entfernt zu werden.

6. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte elektromagnetische Betätigungselement zur Betätigung von wenigstens einem Paar von elektrischen Kontakten (SW1) angeordnet ist.

7. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Betätigungselement eine Vorrichtung zur Unterbrechung der Hauptleitung ist.

8. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Betätigungsanordnung einen Reststrom-Leitungsunterbrecher darstellt und Mittel (T1) zur Feststellung des Reststroms in einer Hauptleitung aufweist sowie Mittel (IC1) aufweist, die auf besagten Reststrom ansprechen, um das besagte elektromagnetische Betätigungselement zu deaktivieren, wobei besagte elektrische Kontakte (SW1) dazu angeordnet sind, den besagten Hauptstromkreis beim Deaktivieren des besagten elektromagnetischen Betätigungselements zu unterbrechen.

9. Elektromagnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 4 oder einem der Ansprüche 5 - 8 in Abhängigkeit von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Windung (L1) von einer Stromquelle aktiviert wird und eine eingangskontrollierte Halbleiterschaltvorrichtung (SCR1) dazu angeordnet ist, sowohl den Strom von besagter Stromquelle in Erwiderung eines Kontrollsignals umzuleiten, welches an den Eingang besagter Halbleiterschaltvorrichtung (SCR1) bei der Deaktivierung des besagten elektromagnetischer Betätigungselements angelegt wird und um den Strom, der durch den besagten Kondensator (C1) durch besagte Windung (L1) entladen wird, zu leiten.

10. Reststrom-Leitungsunterbrecher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reststrom-Leitungsunterbrecher einen Transformator (T1) beinhaltet, der sowohl mit den Leitungen des besagten Hauptkreises als auch mit Leitungsinitteln (IC1) verbunden ist, die zur Erzeugung eines Kontrollsignals zugeordnet sind, welches das besagte elektromagnetische Betätigungselement deaktiviert, wenn die Ausgangsgröße des besagten Transformators (T1) einen vorherbestimmten Wert uberschreitet.

11. Reststrom-Leitungsunterbrecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Windung (L1) des besagten elektromagnetischen Betätigungselements in Reihe mit einer eingangskontrollierten Halbleiterschaltvorrichtung und einem Kondensator (C1) verbunden ist, wobei besagter Kondensator (C1) geladen wird, wenn besagte Windung (L1) aktiviert wird und wobei besagte Leitungsmittel dazu angeordnet sind, das besagte Kontrollsignal an den Eingang der besagten Halbleiterschaltvorrichtung anzulegen, um besagten Kondensator (C1) über besagte Windung (L1) und über besagte Halbleiterschaltvorrichtung zu entladen.