EP0977234A2 - Trip device for a ground fault circuit breaker and circuit for controlling the same - Google Patents
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- EP0977234A2 EP0977234A2 EP99113505A EP99113505A EP0977234A2 EP 0977234 A2 EP0977234 A2 EP 0977234A2 EP 99113505 A EP99113505 A EP 99113505A EP 99113505 A EP99113505 A EP 99113505A EP 0977234 A2 EP0977234 A2 EP 0977234A2
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- H—ELECTRICITY
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- H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
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- H01H83/144—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by imbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection with differential transformer
Definitions
- the invention relates to a tripping device for a residual current circuit breaker, according to the preamble of claim 1 and a circuit arrangement according to the preamble of claim 8.
- a trigger as is usually known, has a U-shaped yoke, the both legs are covered by a rotatable hinged anchor. On the yoke there is a permanent magnet that generates a magnetic flux inside the yoke, so that the hinged anchor is tightened.
- the hinged anchor is under the force a spring that continuously acts on the hinged anchor in the opening direction, the magnetic attraction force is greater than the spring force.
- a residual current circuit breaker has one for testing Test circuit with which a fault current is simulated. When pressing a test button trigger and switch off the residual current circuit breaker.
- Actuators with shape memory alloys require energy in the form of heat by an ohmic consumer, if possible from the fault current, by one To achieve grid voltage independence must be generated. With the corresponding Frame sizes for residual current releases are those in the secondary circuit of the transformer available power too small to provide the actuator with a required Heat the mass in a sufficiently short time so that the Curie point is exceeded becomes. Actuators in which a shape memory alloy is used therefore normally heated depending on the mains voltage, with the problem that it in the event of an interruption, for example, of the neutral conductor or of the phase conductor of which the respective actuator takes its energy, can not be operated.
- the object of the invention is a trigger device for a mains voltage independent To create residual current circuit breakers of the type mentioned with the the protective function is further improved.
- the required energy from the Residual current can be obtained, so that the triggering device without auxiliary energy, for example from the network.
- a suitable circuit arrangement for controlling the triggering device to accomplish is provided.
- the trigger is a magnetic drive arrangement with a another permanent magnet, another coil and one when a Fault current from the further coil by means of a spring force from a first position, in which it is not, in a second position in which it is the hinged anchor of the trigger opens, assigned to powered submersible anchor.
- Such a magnetic drive arrangement is also referred to as a bistable actuator the invention makes use of the fact that such a bistable magnetic actuator can provide such energy that adhesive forces between the hinged anchor, also called anchor for short, and the neighboring pole face can be overcome can.
- a attack the second spring that acts on the submersible anchor in the opening direction of the hinged anchor is a possibility that the magnetic drive arrangement only has a winding.
- the plunger anchor suitably carries a pin made of non-magnetic Material with which the submersible anchor hits the side of the folding anchor over which the The armature support surface is detached from the pole surface.
- the magnetic drive arrangement between the yoke legs of the magnetic yoke of the trigger and between the web of the magnetic yoke and the folding anchor.
- the magnetic drive arrangement be attached to the side of the trigger and by means of a laterally projecting one Act lever arrangement on the hinged anchor. This ensures that this additional magnetic drive arrangement as an additional device for a trigger can be attached to any commercially available trigger.
- the resetting of the magnetic drive arrangement is then also according to the invention at the same time as the folding anchor is reset.
- a circuit arrangement for controlling the magnetic drive arrangement is the claim 8 can be seen.
- Such a circuit arrangement has a total current transformer through which Mains are passed through, and a secondary winding, the connections with the Coil of the trigger are connected; According to the invention, an energy store can be provided be charged by the secondary fault current. The energy storage can then be discharged via the winding of the magnetic drive arrangement.
- Fig. 1 contains the representation of a known trigger 10, which is a U-shaped Yoke 11 has a permanent magnet 13 on one leg 12 thereof is fixed, whereas the other leg 14 carries a coil 15, the coil connections 16 and 17 with the secondary winding of the total current transformer of a residual current circuit breaker (see below).
- a known trigger 10 which is a U-shaped Yoke 11 has a permanent magnet 13 on one leg 12 thereof is fixed, whereas the other leg 14 carries a coil 15, the coil connections 16 and 17 with the secondary winding of the total current transformer of a residual current circuit breaker (see below).
- the two legs 12 and 14 have pole faces 18 and 19, which are covered by a hinged armature 20 which is rotatably mounted on the leg 12 and projects beyond this leg 12 with an extension 21; on a further extension 22, which is used to fix the permanent magnet 13 to the leg 12, and on the extension 21 a tension spring 23 is attached, which acts continuously on the hinged armature 20 in the direction of arrow P 1 , so that it removes the hinged armature 20 from the pole face 19 tries to withdraw.
- a hinged armature 20 which is rotatably mounted on the leg 12 and projects beyond this leg 12 with an extension 21; on a further extension 22, which is used to fix the permanent magnet 13 to the leg 12, and on the extension 21 a tension spring 23 is attached, which acts continuously on the hinged armature 20 in the direction of arrow P 1 , so that it removes the hinged armature 20 from the pole face 19 tries to withdraw.
- the permanent magnet generates a magnetic flux within the yoke and the hinged armature, which together form a closed magnetic circuit, which attracts the hinged armature 20 against the yoke surface 19.
- the coil 15 generates an opposing magnetic flux, so that the attractive force of the pole face 19 on the hinged armature 20 is reduced until the spring force of the spring 23 predominates and the hinged armature opens in the direction of arrow P 1 .
- the trigger 10 is state of the art.
- the trigger 10 is a magnetic Assigned actuator, which is shown in more detail in FIGS. 4 and 5.
- This magnetic Actuator which has the reference number 25 in its entirety, as below to be explained in more detail, a second permanent magnet 26 and a second Coil 27; the ends of the winding of the coil 27 are designated by the reference numerals 28 and 29 and are in a manner shown below with the secondary winding connected as well as connections 16 and 17.
- FIGS. 4 and 5 show the electromagnetic Drive system 25, 26, 27 (see Fig. 1).
- the electromagnetic drive or armature system i.e. the trigger, has a closed one Yoke 40 with a lower web 41 and an upper web 42, which means Central webs 43 and 44 are connected to one another, so that a closed Magnetic circuit is formed.
- the webs 41 and 42 circular plate and the webs 43/44 are formed by a cylindrical shape.
- a permanent magnet arrangement 47 is provided after the coil 45, which is either formed by two permanent magnet parts. Instead of two permanent magnet parts an annular plate could also be provided.
- the Submersible anchor 46 slides within the permanent magnet assembly 47.
- the free end of the plunger anchor 46 carries a pin 48 made of magnetically insulating material which reaches through an opening 49 in the upper web.
- a spring 50 is arranged, which with one End on the immersion anchor 46 and the other end on the inner surface of the web 42 is attached.
- the ends of the coil winding of the coil 45 have the reference numbers 51 and 52.
- Fig. 4 shows the arrangement 40 in the form in which the plunger 46 against the lower web 41 abuts.
- the permanent magnet arrangement 47 Magnetic flux 53 generated, on the one hand by the plunger 46, the web arrangement 43, 44 and the lower plate 41 passes through.
- the spring 50 is so between the upper plate 42 and the plunger 46 arranged to the Submersible anchor 46 is continuously loaded in the direction of arrow P.
- the plunger anchor is 46 due to the flux 53 coming from the permanent magnet arrangement 47 below attracted to the web 41 or the plate 41.
- the pin is located 48 with its free end within the top plate 42 or at least its free one End flush with the outer surface of plate 42.
- the hinged armature 20 or one attached to it is located above the magnet arrangement 40 fixed lever, e.g. B. at a distance from the upper plate 42 and thus in one Distance from the free end of the pin 48 in the order of 1 mm.
- a fault current occurs, it flows via the terminals 51 and 52 through the coil 45, whereby a magnetic flux is generated within the magnet system 40, which flows through the permanent magnet arrangement 47, the webs 43, 44, the plunger 46 and the upper plate 42 extends, whereby the attractive force of the lower plate 41 or the magnet assembly 40 on the plunger armature 46 is released and the plunger armature 46 is moved upwards by the spring force of the spring 50, so that the plunger armature 46 strikes against the inner surface of the upper plate 42 and the Pin 48 against the hinged anchor 20, so that the hinged anchor 20 is pivoted in the direction of arrow P 1 (see FIG. 1), whereby any adhesive forces present between the yoke surface 19 and the anchor 20 are overcome.
- the plunger armature 46 is brought mechanically back into the position according to FIG. 4.
- the actuator can now be used in addition the trigger 10 may be arranged so that the an independent, separate, in addition attachable part.
- the actuator is arranged within the yoke; this of course depends on the size of the actuator.
- FIG. 2 shows a first embodiment of a control for the magnetic arrangement 4 and 5.
- the network conductor R and, if appropriate, the network conductors S and T and a neutral conductor N shown in broken lines are passed through a toroidal core converter 60 as the primary winding.
- a secondary winding 61 is wound around the toroidal core converter 60, which is connected to the coil 15 of the release (see FIG. 1), a coupling coil 62 being provided which is connected to a circuit arrangement for controlling the winding 45.
- the coupling coil 62 is guided to a delay switching device 63 which closes a switch 64 with a delay of less than 50 ms, a rectifier 65 being connected between the one end of the coupling coil 62 and the switch 64, a voltage U c being present between its output terminals is.
- a capacitor 66 is connected in parallel with the rectifier 65; In parallel to the capacitance 66 there is an integrated circuit 67 which controls a switch 68 which is located in a parallel line 69 in which the coil 45 is located.
- a diode 70 is located between one end of the capacitor and the integrated control circuit 67; a further diode 71 in parallel with the coil 45.
- the switch 64 which is also referred to as a delay switch, is an on switch and is accordingly arranged on the secondary side in front of the rectifier 65.
- the switch 64 has switched through, the voltage U c at the output of the rectifier or at the capacitor 66 increases with the charging of the capacitance 66 by the charging current I c.
- the integrated circuit or the electronic component 67 ensures that the switch 64 is opened , whereas the switch 68, which is preferably a MOSFET or a microthyristor, is closed as soon as the desired capacitor voltage U c0 has been reached.
- the capacitor is discharged via the coil 45 and the diode 70, so that the magnet system is moved from the position shown in FIG. 4 to the position shown in FIG. 5.
- the circuit arrangement according to FIG. 3 is similar to that of FIG. 2.
- On the secondary winding 61 is the coil 15 of the trigger and between the secondary winding 61 and the coil 15 there is a changeover switch 72 which, from a first position, in which the secondary winding 61 is connected to the trigger coil in a second position is switched so that electrical current from the secondary winding 61 can flow to a connection point 73, which is connected to a transformer 74 whose secondary side 75 is connected to the rectifier 65; the rest
- the arrangement of FIG. 3 corresponds to that of FIG. 2.
- the inductive decoupling or a voltage transformation takes place in two ways, namely with a coupling coil on the release core or the yoke 1 and by switching the trigger circuit from Trigger on a separate transformer, which bears the reference number 74 in FIG. 3.
- the advantage of the second circuit arrangement according to FIG. 3 is that Turns ratio can be selected independently of the trip coil; Indeed a separate transformer core must be added as a component.
- the magnet arrangements according to FIGS. 4 and 5 are in the trigger according to FIG. 1 installed, the arrangement between the two legs 12 and 14 to lie is coming. This causes a direct transmission of impulses to the hinged anchor 20.
- the actuator can of course also be provided outside the release lever, in which case an in The lever reaching into the trigger area transfers the force to the hinged anchor accomplished.
- the return of the extended middle leg can be done mechanically with the closing of the armature caused by the switching mechanism.
- a reset mandrel 81 is fastened to the armature 20 by means of a spring 80, which can reach through a recess 82 in the hinged anchor 20 and against the pin 48 comes to rest when closing and the plunger anchor over presses the pin inwards against the lower plate 41.
- the Force effect of the magnetic flux in the lower part of the actuator core is the spring force of the spring 50 and the plunger anchor is held in the lower end position according to FIG. 4.
- the magnet system Due to the delay device in the delay switch 63/64 or 72 the magnet system, d. H. 4 and 5 only after an adjustable Delay time activated; if the trigger function is normal, it comes therefore no action, since then the fault current is switched off, the capacitor 66 would charge.
- the solution should fail, for example if the hinged anchor is not pulled off the yoke or the yoke surface 19, d. H. so the contact pieces of the residual current circuit breaker remain closed, then flows even after an adjustable delay time, the fault current still and therefore also the transformed current on the secondary side of the converter, d. H. in the secondary winding 61, whereby the magnet arrangement according to FIGS. 4 and 5 are activated can.
- the fault current on the secondary side is such that the one within the circuit arrangement electrical components located are easily supplied can.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung für einen Fehlerstromschutzschalter,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Schaltungsanordnung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 8.The invention relates to a tripping device for a residual current circuit breaker,
according to the preamble of
Ein Auslöser, wie er üblicherweise bekannt ist, besitzt ein U-förmiges Joch, dessen beide Schenkel von einem drehbar gelagerten Klappanker überdeckt sind. Am Joch befindet sich ein Permanentmagnet, der innerhalb des Joches einen Magnetfluß erzeugt, so daß der Klappanker angezogen wird. Der Klappanker steht unter der Kraft einer Feder, die den Klappanker dauernd in Öffnungsrichtung beaufschlagt, wobei die magnetische Anzugskraft größer ist als die Federkraft. An dem einen Schenkel des U-förmigen Joches ist eine Spule angeordnet, die mit der Sekundärwicklung eines Summenstromwandlers verbunden ist; der durch die Spule fließende Fehlerstrom erzeugt im Joch einen Fluß, der demjenigen Fluß, der vom Permanentmagneten herrührt, entgegengesetzt ist, so daß der Klappanker bei hinreichender Flußkompensation unter der Kraft der Feder in Öffnungsstellung bewegt wird. Dadurch kann eine Entklinkung des Schaltwerkes des Fehlerstromschutzschalters erfolgen. A trigger, as is usually known, has a U-shaped yoke, the both legs are covered by a rotatable hinged anchor. On the yoke there is a permanent magnet that generates a magnetic flux inside the yoke, so that the hinged anchor is tightened. The hinged anchor is under the force a spring that continuously acts on the hinged anchor in the opening direction, the magnetic attraction force is greater than the spring force. On one leg of the U-shaped A yoke is arranged in a coil connected to the secondary winding of a summation current transformer connected is; the fault current flowing through the coil generates a flow in the yoke that is opposite to the flow that comes from the permanent magnet is, so that the hinged anchor with sufficient flow compensation under the force of the spring is moved to the open position. This can result in unlatching the switchgear of the residual current circuit breaker.
Es besteht das Problem, daß sich zwischen dem Klappanker und der Polfläche, von der sich der Klappanker beim Auslösen entfernt, eine Adhäsionsschicht bilden kann, so daß der Kraftüberschuß der Feder nicht ausreicht, um den Kontakt des Ankers mit der entsprechenden Polfläche zu lösen; in diesem Fall versagt der Auslöser, und Personenschutz kann nicht gewährleistet werden.There is the problem that between the hinged armature and the pole face, of that the hinged anchor moves away when triggered, can form an adhesive layer, so that the excess force of the spring is not sufficient to ensure the contact of the armature with the to solve the corresponding pole face; in this case the trigger and personal protection fail cannot be guaranteed.
Zur Vermeidung dieses möglichen Versagens des Mechanismus sind einige unterschiedliche Prinzipien bekannt geworden:To avoid this possible failure of the mechanism, several are different Principles become known:
Man kann ein Nichtauslösen des Auslösers dadurch vermeiden, daß die Funktionsfähigkeit des Auslösers in bestimmten Zeitabständen geprüft wird. Wenn der Anker von der Polfläche in einem solchen Prüffall abgezogen wird, dann wird verhindert, daß sich eine schädliche Adhäsionsschicht zwischen den magnetisch in Kontakt gehaltenen Oberflächen bilden kann. Zur Prüfung besitzt ein Fehlerstromschutzschalter einen Prüfkreis, mit dem ein Fehlerstrom simuliert wird. Bei Betätigung einer Prüftaste muß der Fehlerstromschutzschalter auslösen und ausschalten.You can prevent the trigger from not firing if the functionality the trigger is checked at certain intervals. If the anchor of the pole face is subtracted in such a test case, then it is prevented that a harmful adhesive layer between the magnetically kept in contact Can form surfaces. A residual current circuit breaker has one for testing Test circuit with which a fault current is simulated. When pressing a test button trigger and switch off the residual current circuit breaker.
Darüber hinaus gibt es netzspannungsabhängige und netzspannungsunabhängige Zusatzeinrichtungen, die eine Kraft oder einen Kraftstoß auf den Anker ausüben, um die Adhäsion zu lösen; man kann piezoelektrische Aktoren oder Aktoren mit Formgedächtnislegierung verwenden.In addition, there are line-voltage-dependent and line-voltage-independent additional devices, who exert a force or a force impact on the anchor to Loosen adhesion; one can use piezoelectric actuators or actuators with shape memory alloy use.
Bei piezoelektrischen Aktoren besteht das Problem, daß aufgrund der Baugröße die elektrischen Parameter zur Bereitstellung der mechanischen Leistung schwer zu realisieren sind. Es wäre eine hohe Primärwindungszahl und damit eine nicht akzeptierbare Baugröße des Wandlers erforderlich; darüber hinaus besteht das Problem, daß der Piezoaktor nur einen geringen Hub ausführt, so daß eine hohe Präzision bei der Justage der Nulleinstellung erforderlich wird.With piezoelectric actuators there is the problem that due to the size electrical parameters to provide the mechanical power difficult to implement are. It would be a high number of primary windings and therefore an unacceptable one Frame size of the converter required; furthermore there is the problem that the Piezo actuator only executes a small stroke, so that a high precision in the adjustment the zero setting is required.
Bei Aktoren mit Formgedächtnislegierungen wird Energie in Form von Wärme benötigt, die durch einen ohmschen Verbraucher, möglichst aus dem Fehlerstrom, um eine Netzspannungsunabhängigkeit zu erreichen, generiert werden muß. Bei den entsprechenden Baugrößen für Fehlerstromauslöser ist aber die im Sekundärkreis des Wandlers zur Verfügung stehende Leistung zu klein, um den Aktor mit einer erforderlichen Masse in einer hinreichend kurzen Zeit so zu erwärmen, daß der Curie-Punkt überschritten wird. Aktoren, bei denen eine Formgedächtnislegierung verwendet wird, werden daher im Normalfall netzspannungsabhängig erwärmt, mit dem Problem, daß sie bei Unterbrechung beispielsweise des Nulleiters oder des Phasenleiters, von dem der jeweilige Aktor seine Energie abnimmt, nicht betätigt werden können.Actuators with shape memory alloys require energy in the form of heat by an ohmic consumer, if possible from the fault current, by one To achieve grid voltage independence must be generated. With the corresponding Frame sizes for residual current releases are those in the secondary circuit of the transformer available power too small to provide the actuator with a required Heat the mass in a sufficiently short time so that the Curie point is exceeded becomes. Actuators in which a shape memory alloy is used therefore normally heated depending on the mains voltage, with the problem that it in the event of an interruption, for example, of the neutral conductor or of the phase conductor of which the respective actuator takes its energy, can not be operated.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auslöseeinrichtung für einen netzspannungsunabhängigen Fehlerstromschutzschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Schutzfunktion weiter verbessert wird. Dabei soll die erforderliche Energie aus dem Fehlerstrom bezogen werden, so daß die Auslöseeinrichtung ohne Hilfsenergie, beispielsweise aus dem Netz, auskommt. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine geeignete Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Auslöseeinrichtung zu schaffen.The object of the invention is a trigger device for a mains voltage independent To create residual current circuit breakers of the type mentioned with the the protective function is further improved. The required energy from the Residual current can be obtained, so that the triggering device without auxiliary energy, for example from the network. Furthermore, there is the object of the invention therein, a suitable circuit arrangement for controlling the triggering device to accomplish.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.This object is achieved according to the invention by the features of
Erfindungsgemäß also ist dem Auslöser eine Magentantriebsanordnung mit einem weiteren Permanentmagneten, einer weiteren Spule und einem bei Auftreten eines Fehlerstromes von der weiteren Spule mittels einer Federkraft aus einer ersten Stellung, in der er nicht, in eine zweite Stellung, in der er den Klappanker des Auslösers aufschlägt, angetriebenen Tauchanker zugeordnet.According to the invention, the trigger is a magnetic drive arrangement with a another permanent magnet, another coil and one when a Fault current from the further coil by means of a spring force from a first position, in which it is not, in a second position in which it is the hinged anchor of the trigger opens, assigned to powered submersible anchor.
Eine solche Magnetantriebsanordnung wird auch als bistabiler Aktor bezeichnet und die Erfindung macht sich dabei zu nutze, daß ein solcher bistabiler magnetischer Aktor eine solche Energie bereitstellen kann, daß Adhäsionskräfte zwischen dem Klappanker, kurz auch Anker genannt, und der benachbarten Polfläche überwunden werden können.Such a magnetic drive arrangement is also referred to as a bistable actuator the invention makes use of the fact that such a bistable magnetic actuator can provide such energy that adhesive forces between the hinged anchor, also called anchor for short, and the neighboring pole face can be overcome can.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann am Tauchanker eine zweite Feder angreifen, die den Tauchanker in Öffnungsrichtung des Klappankers beaufschlagt. Es besteht die Möglichkeit, daß die Magnetantriebsanordnung dabei nur eine Wicklung aufweist. According to a special embodiment of the invention, a attack the second spring that acts on the submersible anchor in the opening direction of the hinged anchor. There is a possibility that the magnetic drive arrangement only has a winding.
In zweckmäßiger Weise trägt der Tauchanker einen Zapfen aus nicht magnetischem Material, mit dem Tauchanker auf die Seite des Klappankers aufschlägt, über die die Ablösung der Ankerauflagefläche von der Polfläche erfolgt.The plunger anchor suitably carries a pin made of non-magnetic Material with which the submersible anchor hits the side of the folding anchor over which the The armature support surface is detached from the pole surface.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Magnetantriebsanordnung zwischen den Jochschenkeln des Magnetjoches des Auslösers und zwischen dem Steg des Magnetjoches und dem Klappanker angeordnet sein.According to one embodiment of the invention, the magnetic drive arrangement between the yoke legs of the magnetic yoke of the trigger and between the web of the magnetic yoke and the folding anchor.
Gemäß einer weiteren, besonders zweckmäßigen Ausgestaltung kann die Magnetantriebsanordnung seitlich am Auslöser angebracht sein und mittels einer seitlich vorspringenden Hebelanordnung auf den Klappanker einwirken. Dadurch wird erreicht, daß diese zusätzliche Magnetantriebsanordnung als Zusatzeinrichtung für einen Auslöser an jeden handelsüblichen Auslöser angebaut werden kann.According to a further, particularly expedient embodiment, the magnetic drive arrangement be attached to the side of the trigger and by means of a laterally projecting one Act lever arrangement on the hinged anchor. This ensures that this additional magnetic drive arrangement as an additional device for a trigger can be attached to any commercially available trigger.
Erfindungsgemäß wird dann auch die Rückstellung der Magnetantriebsanordnung gleichzeitig mit der Rückstellung des Klappankers erfolgen.The resetting of the magnetic drive arrangement is then also according to the invention at the same time as the folding anchor is reset.
Eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Magnetantriebsanordnung ist dem Anspruch 8 zu entnehmen.A circuit arrangement for controlling the magnetic drive arrangement is the claim 8 can be seen.
Eine solche Schaltungsanordnung besitzt einen Summenstromwandler, durch den Netzleiter hindurchgeführt sind, und eine Sekundärwicklung, deren Anschlüsse mit der Spule des Auslösers verbunden sind; erfindungsgemäß kann ein Energiespeicher vorgesehen sein, der von dem sekundärseitigen Fehlerstrom aufgeladen wird. Der Energiespeicher ist dann über die Wicklung der Magnetantriebsanordnung entladbar.Such a circuit arrangement has a total current transformer through which Mains are passed through, and a secondary winding, the connections with the Coil of the trigger are connected; According to the invention, an energy store can be provided be charged by the secondary fault current. The energy storage can then be discharged via the winding of the magnetic drive arrangement.
Dabei kann der Energiespeicher bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes bzw. Ladezustandes oder auch nur zeitgesteuert entladen werden.When a certain threshold value or State of charge or only time-controlled unloading.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. Further advantageous refinements and improvements of the invention are the see further subclaims.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Using the drawing, in which some embodiments of the invention are shown are, the invention and other advantageous refinements and improvements the invention are explained and described in more detail.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer Auslöseeinrichtung mit einem zugeordneten Aktor,
- Fig. 2
- eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des Aktors,
- Fig. 3
- eine weitere Ausführungsform zur Ansteuerung des Aktors, und
- Fig. 4 und 5
- den Aktor in zwei Stellungen.
- Fig. 1
- a side view of a triggering device with an associated actuator,
- Fig. 2
- 1 a first embodiment of a circuit arrangement for controlling the actuator,
- Fig. 3
- a further embodiment for controlling the actuator, and
- 4 and 5
- the actuator in two positions.
Die Fig. 1 enthält die Darstellung eines an sich bekannten Auslösers 10, der ein U-förmiges
Joch 11 aufweist, an dessen einem Schenkel 12 ein Permanentmagnet 13
festgesetzt ist, wogegen der andere Schenkel 14 eine Spule 15 trägt, deren Spulenanschlüsse
16 und 17 mit der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers eines Fehlerstromschutzschalters
(siehe weiter unten) verbunden sind.Fig. 1 contains the representation of a known
Die beiden Schenkel 12 und 14 besitzen Polflächen 18 und 19, die von einem Klappanker
20 überdeckt sind, der an dem Schenkel 12 drehbar gelagert ist und diesen
Schenkel 12 mit einem Fortsatz 21 überragt; an einem weiteren Fortsatz 22, der zur
Fixierung des Permentmagneten 13 an dem Schenkel 12 dient, und an dem Fortsatz
21 ist eine Zugfeder 23 eingehängt, die den Klappanker 20 dauernd in Pfeilrichtung P1
beaufschlagt, so daß sie den Klappanker 20 von der Polfläche 19 abzuziehen trachtet.The two
Durch den Permanentmagneten wird innerhalb des Joches und des Klappankers, die
miteinander einen geschlossenen Magnetkreis bilden, ein magnetischer Fluß erzeugt,
der den Klappanker 20 gegen die Jochfläche 19 anzieht. Im Falle eines Fehlerstromes
erzeugt die Spule 15 einen entgegengesetzt wirkenden magnetischen Fluß, so daß die
Anziehungskraft der Polfläche 19 auf den Klappanker 20 reduziert wird, bis die Federkraft
der Feder 23 überwiegt und den Klappanker in Pfeilrichtung P1 öffnet.The permanent magnet generates a magnetic flux within the yoke and the hinged armature, which together form a closed magnetic circuit, which attracts the
Bis hierhin ist der Auslöser 10 Stand der Technik.Up to this point, the
Im Bereich zwischen den beiden Schenkeln 12 und 14 ist dem Auslöser 10 ein magnetischer
Aktor zugeordnet, der in den Fig. 4 und 5 näher dargestellt ist. Dieser magnetische
Aktor, der in der Gesamtheit die Bezugsziffer 25 trägt, besitzt, wie weiter unten
näher erläutert werden soll, einen zweiten Permanentmagneten 26 sowie eine zweite
Spule 27; die Enden der Wicklung der Spule 27 sind mit den Bezugsziffern 28 und 29
bezeichnet und sind auf eine weiter unten dargestellte Weise mit der Sekundärwicklung
ebenso verbunden, wie die Anschlüsse 16 und 17.In the area between the two
Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 4 und 5. Diese zeigen das elektromagnetische
Antriebssystem 25, 26, 27 (siehe Fig. 1).Reference is now made to FIGS. 4 and 5. These show the
Das elektromagnetische Antriebs- oder Ankersystem, also der Auslöser, besitzt ein geschlossenes
Joch 40 mit einem unteren Steg 41 und einem oberen Steg 42, die mittels
Mittelstegen 43 und 44 miteinander verbunden sind, so daß hierdurch ein geschlossener
Magnetkreis gebildet ist. Es besteht die Möglichkeit, daß die Stege 41 und 42
kreisplattenförmig und die Stege 43/44 durch eine zylindrische Form gebildet sind. Innerhalb
der Stege 43 und 44 bzw. des Kreiszylindertopfes befindet sich eine Spule 45,
die einen Tauchanker 46 umgibt und in der Nähe des unteren Steges gelegen ist. Direkt
anschließend an die Spule 45 ist eine Permanentmagnetanordnung 47 vorgesehen,
die entweder durch zwei Permanentmagnetteile gebildet ist. Anstatt zweier Permanentmagnetteile
könnte auch eine kreisringförmige Platte vorgesehen sein. Der
Tauchanker 46 gleitet innerhalb der Permanentmagnetanordnung 47. Das freie Ende
des Tauchankers 46 trägt einen Zapfen 48 aus magnetisch isolierendem Material, der
durch eine Öffnung 49 im oberen Steg hindurchgreift. Zwischen dem Tauchanker 46
und der Innenfläche des Steges 42 ist eine Feder 50 angeordnet, die mit dem einen
Ende am Tauchanker 46 und mit dem anderen Ende an der Innenfläche des Steges 42
befestigt ist. Die Enden der Spulenwicklung der Spule 45 tragen die Bezugsziffern 51
und 52. The electromagnetic drive or armature system, i.e. the trigger, has a closed one
Yoke 40 with a
Die Fig. 4 zeigt die Anordnung 40 in der Form, in der der Tauchanker 46 gegen den
unteren Steg 41 anliegt. Hierbei wird aufgrund der Permanentmagnetanordnung 47 ein
magnetischer Fluß 53 erzeugt, der einerseits durch den Tauchanker 46, die Steganordnung
43, 44 und die untere Platte 41 hindurch verläuft. Die Feder 50 ist so zwischen
der oberen Platte 42 und dem Tauchanker 46 angeordnet, daß sie den
Tauchanker 46 dauernd in Pfeilrichtung P beaufschlagt. Jedoch ist der Tauchanker 46
aufgrund des Flusses 53 von der Permanentmagnetanordnung 47 herkommend unten
an den Steg 41 bzw. die Platte 41 angezogen. In diesem Fall befindet sich der Zapfen
48 mit seinem freien Ende innerhalb der oberen Platte 42 oder zumindest ist sein freies
Ende bündig mit der Außenfläche der Platte 42.Fig. 4 shows the
Oberhalb der Magnetanordnung 40 befindet sich der Klappanker 20 oder ein daran
festgelegter Hebel, z. B. in einem Abstand von der oberen Platte 42 und damit in einem
Abstand von dem freien Ende des Zapfens 48 in der Größenordnung von 1 mm.The hinged
Wenn ein Fehlertrom auftritt, dann fließt er über die Anschlußklemmen 51 und 52
durch die Spule 45, wodurch innerhalb des Magnetsystems 40 ein magnetischer Fluß
erzeugt wird, der durch die Permanentmagnetanordnung 47, die Stege 43, 44, den
Tauchanker 46 und die obere Platte 42 verläuft, wodurch die Anzugskraft der unteren
Platte 41 bzw. der Magnetanordnung 40 auf den Tauchanker 46 aufgehoben wird und
der Tauchanker 46 durch die Federkraft der Feder 50 nach oben bewegt wird, so daß
der Tauchanker 46 gegen die Innenfläche der oberen Platte 42 anschlägt und der
Zapfen 48 gegen den Klappanker 20, so daß der Klappanker 20 in Pfeilrichtung P1
(siehe Fig. 1) verschwenkt wird, wodurch ggf. zwischen der Jochfläche 19 und dem
Anker 20 vorhandene Adhäsionskräfte überwunden werden. Sobald der Fehlerstrom
abgeschaltet ist, wird der Tauchanker 46 mechanisch wieder in die Stellung gemäß
Fig. 4 verbracht.If a fault current occurs, it flows via the
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Magnetanordnung, also der Aktor, kann nun neben
dem Auslöser 10 angeordnet sein, so daß der ein selbständiges, separates, zusätzlich
anbaubares Teil darstellt. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, wie in Fig. 1 angedeutet,
daß der Aktor innerhalb des Joches angeordnet ist; dies hängt natürlich von
der Größe des Aktors ab. The magnet arrangement shown in FIGS. 4 and 5, ie the actuator, can now be used in addition
the
Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Ansteuerung für die Magentanordnung der Fig. 4 und 5.2 shows a first embodiment of a control for the magnetic arrangement 4 and 5.
Der Netzleiter R sowie ggf. die strichliert gezeichneten Netzleiter S und T und ein Nullleiter
N sind durch einen Ringkernwandler 60 als Primärwicklung hindurchgeführt. Um
den Ringkernwandler 60 ist eine Sekundärwicklung 61 gewickelt, die mit der Spule 15
des Auslösers (siehe Fig. 1) verbunden ist, wobei eine Koppelspule 62 vorgesehen ist,
die mit einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Wicklung 45 verbunden ist.
Die Koppelspule 62 ist auf eine Verzögerungsschalteinrichtung 63 geführt, die mit einer
Verzögerung von weniger als 50 ms einen Schalter 64 schließt, wobei zwischen dem
einen Ende der Koppelspule 62 und dem Schalter 64 ein Gleichrichter 65 eingeschaltet
ist, zwischen dessen Ausgangsklemmen eine Spannung Uc vorhanden ist. Parallel zum
Gleichrichter 65 ist eine Kapazität 66 geschaltet; parallel zur Kapazität 66 befindet sich
ein integrierter Schaltkreis 67, der einen Schalter 68 ansteuert, der in einer Parallelleitung
69 liegt, in der sich die Spule 45 befindet. Zwischen dem einen Ende des Kondensators
und dem integrierten Steuerkreis 67 befindet sich eine Diode 70; parallel zu
der Spule 45 eine weitere Diode 71.The network conductor R and, if appropriate, the network conductors S and T and a neutral conductor N shown in broken lines are passed through a
Der Schalter 64, der auch als Verzögerungsschalter bezeichnet ist, ist ein Einschalter
und ist demgemäß sekundärseitig vor dem Gleichrichter 65 angeordnet. Wenn der
Schalter 64 durchgeschaltet hat, steigt mit der Aufladung der Kapazität 66 durch den
Ladestrom Ic die Spannung Uc am Ausgang des Gleichrichters bzw. am Kondensator
66. Der integrierte Schaltkreis oder das elektronische Bauteil 67 sorgt dafür, daß der
Schalter 64 geöffnet wird, wogegen der Schalter 68 geschlossen wird, der vorzugsweise
ein Mosfet oder ein Mikrothyristor ist, sobald die gewünschte Kondensatorspannung
Uc0 erreicht worden ist. Dadurch wird der Kondensator über die Spule 45 und die
Diode 70 entladen, so daß das Magnetsystem aus der Stellung gemäß Fig. 4 in die
Stellung gemäß Fig. 5 verbracht wird.The
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist ähnlich der der Fig. 2. An der Sekundärwicklung
61 befindet sich die Spule 15 des Auslösers und zwischen der Sekundärwicklung
61 und der Spule 15 befindet sich ein Umschalter 72, der aus einer ersten Stellung,
in der die Sekundärwicklung 61 mit der Auslöserspule verbunden ist, in eine
zweite Stellung umgeschaltet wird, so daß elektrischer Strom von der Sekundärwicklung
61 zu einem Anschlußpunkt 73 fließen kann, der mit einem Transformator 74 verbunden
ist, dessen Sekundärseite 75 mit dem Gleichrichter 65 verbunden ist; die übrige
Anordnung der Fig. 3 entspricht der der Fig. 2.The circuit arrangement according to FIG. 3 is similar to that of FIG. 2. On the secondary winding
61 is the
Wie man sieht, erfolgt die induktive Auskupplung bzw. eine Spannungstransformation
auf zwei Arten, nämlich mit einer Koppelspule auf dem Auslöserkern bzw. dem Joch
des Auslösers gemäß Fig. 1 und durch Umschalten des Auslösestromkreises vom
Auslöser auf einen separaten Transformator, der in Fig. 3 die Bezugsziffer 74 trägt.As you can see, the inductive decoupling or a voltage transformation takes place
in two ways, namely with a coupling coil on the release core or the
Der Vorteil der zweiten Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 besteht darin, daß das Windungszahlverhältnis unabhängig von der Auslösespule gewählt werden kann; allerdings ist ein separater Transformatorkern als Bauteil hinzuzufügen.The advantage of the second circuit arrangement according to FIG. 3 is that Turns ratio can be selected independently of the trip coil; Indeed a separate transformer core must be added as a component.
Die Magnetanordnungen gemäß den Fig. 4 und 5 sind in den Auslöser gemäß Fig. 1
eingebaut, wobei die Anordnung zwischen den beiden Schenkeln 12 und 14 zu liegen
kommt. Dies bewirkt einen direkten Impulsübertrag auf den Klappanker 20. Der Aktor
kann natürlich auch außerhalb des Auslösehebels vorgesehen sein, wobei dann ein in
den Auslöserinnenbereich hineinreichender Hebel die Kraftübertragung auf den Klappanker
bewerkstelligt.The magnet arrangements according to FIGS. 4 and 5 are in the trigger according to FIG. 1
installed, the arrangement between the two
Die Rückstellung des herausgefahrenen Mittelschenkels kann mechanisch zusammen
mit der vom Schaltwerk bewirkten Schließung des Ankers vorgenommen werden. Dazu
wird, wie die Fig. 1 zeigt, am Anker 20 über eine Feder 80 ein Rückstelldorn 81 befestigt,
der durch eine Ausnehmung 82 im Klappanker 20 hindurchgreifen kann und gegen
den Zapfen 48 beim Schließen zum Anliegen kommt und den Tauchanker über
den Zapfen nach innen gegen die untere Platte 41 drückt. In diesem Fall überwiegt die
Kraftwirkung des Magnetflusses im unteren Teil des Aktorkerns die Federkraft der Feder
50 und der Tauchanker wird in der unteren Endlage gemäß Fig. 4 festgehalten.The return of the extended middle leg can be done mechanically
with the closing of the armature caused by the switching mechanism. To
1, a
Die Vorteile dieser Anordnung bestehen im wesentlichen in folgendem: Im Gegensatz
zu einem piezoelektrischen Aktor werden keine hohen Spannungen gebraucht und es
muß auch keine ungenutzte Kapazität aufgeladen werden. Die Ströme für den Betrieb
des Aktors sind klein, so daß keine Netzspannung zum Nachladen des Energiespeichers
benötigt wird. Desweiteren kann ein magnetischer Aktor, wie er z. B. in den Fig.
4 und 5 beispielhaft dargestellt ist, ohne Probleme Bewegungen im Millimeterbereich
durchführen, so daß eine hinreichend geringe Justagegenauigkeit erforderlich wird. Im
Gegensatz zum formgedächtnisbasierten Aktor muß keine Wärmekapazität aufgeladen
werden, so daß weder ein hoher Strom noch eine lange Zeit benötigt wird. Es ist lediglich
ein Stromstoß zu erzeugen, der die Flußkompensation im Aktor für ca. 10 ms bis
30 ms ermöglichen kann. Bei dem zur Verfügung stehenden niedrigen Stromstärkenniveau
muß zwar der Energiezwischenspeicher in Form des Kondensators 66 eingesetzt
werden; jedoch sind Kapazitäts- und Spannungswerte hierbei unkritisch.The main advantages of this arrangement are as follows: In contrast
high voltages are not required for a piezoelectric actuator and it
no unused capacity needs to be charged. The currents for the operation
of the actuator are small, so that no mains voltage for recharging the energy store
is needed. Furthermore, a magnetic actuator, as z. B. in Figs.
4 and 5 is shown by way of example, movements in the millimeter range without problems
carry out so that a sufficiently low adjustment accuracy is required. in the
In contrast to the shape memory-based actuator, no heat capacity has to be charged
so that neither a high current nor a long time is required. It is just
to generate a current surge that the flow compensation in the actuator for about 10 ms
Can allow 30 ms. With the available low current level
the energy buffer in the form of
Aufgrund der Verzögerungseinrichtung im Verzögerungsschalter 63/64 bzw. 72 wird
das Magnetsystem, d. h. der Aktor gemäß den Fig. 4 und 5 erst nach einer einstellbaren
Verzögerungszeit aktiviert; wenn die Auslöserfunktion normal abläuft, kommt es
daher zu keiner Aktion, da dann der Fehlerstrom abgeschaltet ist, der den Kondensator
66 aufladen würde. Wenn die Aulösung jedoch versagen sollte, beispielsweise wenn
der Klappanker nicht von dem Joch bzw. der Jochfläche 19 abgezogen wird, d. h. also
die Kontaktstücke des Fehlerstromschutzschalters geschlossen bleiben, dann fließt
auch nach einer einstellbaren Verzögerungszeit der Fehlerstrom noch und somit auch
der transformierte Strom auf der Sekundärseite des Wandlers, d. h. in der Sekundärwicklung
61, wodurch die Magnetanordnung gemäß den Fig. 4 und 5 aktiviert werden
kann. Der Fehlerstrom auf der Sekundärseite ist so, daß die innerhalb der Schaltungsanordnung
befindlichen elektrischen Bauteile ohne weiteres versorgt werden
können.Due to the delay device in the
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