WO1997000525A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb eines elektromagneten - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating a solenoid having a winding with a clock generator for periodically connecting the winding to a voltage source, the clock generator having a start pulse with a relatively long duration for tightening the electromagnet and subsequently holding pulses in a reduced duration compared to the start pulse for maintaining a generated through the winding holding current.
  • a circuit arrangement of the present type is known, for example, from DE 24 20 262 AI. To the
  • Switching the current of the electromagnet uses contactless components, for example power semiconductors in the form of thyristors or power transistors.
  • the clock consists of a more or less extensive electronic circuit, which consists entirely or partially of individual components or integrated modules. An example of such a circuit can be found in US 4,516,185 A.
  • a circuit arrangement of the present type is particularly suitable for controlling the drive magnet of an electromagnetic switching device.
  • the circuit arrangement In order to make commissioning easier for the user of the switching device and to avoid unnecessary line connections, the circuit arrangement is accommodated directly on the switching device or in its housing. However, the circuit arrangement is thus exposed to all influences which occur during operation of the switching device. These are electrical and magnetic fields, as well as elevated temperatures. For example, with a vacuum contactor for the medium voltage range
  • the invention is based on the object of avoiding operational disturbances of the type explained above.
  • this object is achieved in that the clock generator periodically emits a tightening pulse at large intervals compared to the duration of the holding pulses. This ensures that there can only be brief interruptions in the electromagnet, the longest duration of which corresponds to the repetition rate of the pickup pulses.
  • the significantly improved operational safety is offset by only a slightly increased energy requirement for operating the electromagnet. At the same time, malfunctions caused by the fact that no start pulse was generated for any reason when the electromagnet was switched on are eliminated.
  • DE 42 37 706 A1 discloses a device for detecting the time of impact for the armature of a solenoid valve, the coil of which is fed with a clocked excitation current. Due to the change in the pulse duty factor of the excitation current that occurs when the armature strikes, the time of the impact can be determined by means of a digital computer.
  • DE 40 12 353 C2 discloses a circuit arrangement for actuating electromagnetic valves of a vehicle brake system, the one valve for removing the brake pressure and the other valve is used to hold the brake pressure.
  • the control takes place via an electronic circuit in such a way that during the transition from the "pressure reduction" state to the "pressure holding" state of the brake, the clocked operation of a pressure holding valve is interrupted.
  • the distance between the additional tightening pulses is approximately one to three seconds.
  • the duration of the additional tightening pulses can correspond approximately to the duration of the start pulse.
  • the duration of the additional tightening pulses can be 80% of the starting pulses.
  • start pulses and the pull-in pulses can themselves consist of a pulse train. This is common in circuit arrangements of the type under consideration here, in order to be able to operate an electromagnet with operating voltages fluctuating within a certain bandwidth.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a circuit arrangement for operating an electromagnet.
  • FIG. 2 shows the mode of operation of a clock generator in the circuit arrangement according to FIG. 1 as a diagram.
  • FIG. 3 shows an example of the course of the current through the winding of the electromagnet in the circuit according to FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a start pulse or pick-up pulse consisting of several individual pulses.
  • an electromagnet M is fed from a voltage source U with the terminals U + and U-.
  • an electronic switch ES is connected in series with a winding W of the electromagnet M, to which control pulses SI can be fed from a clock generator T.
  • a measuring resistor RM In series with the winding W and the electronic switch ES there is also a measuring resistor RM. The voltage drop across the resistor RM serves as a control variable for influencing the clock generator T in order to provide the current suitable for operating the electromagnet M.
  • FIG. 2 shows a sequence of control pulses for the electronic switch ES.
  • the electronic switch ES When the electromagnet M is switched on by means of a switch S shown in FIG. 1, the electronic switch ES initially receives a start pulse SI of relatively long length, which leads to an increase in the current through the winding W towards one
  • the clock generator T At periodic intervals, which may last one or more seconds, the clock generator T generates pick-up pulses AI, the duration of which may correspond approximately to the duration of the start pulse SI. This makes the electromagnet M again.
  • the start pulse SI and the pick-up pulses AI are shown in FIG. 2 as individual pulses of relatively long duration. In a known manner, however, these pulses can also consist of a pulse sequence, as is shown schematically in FIG. 4.

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Elektromagneten (M) weist einen Taktgeber (T) zur Abgabe von Steuerimpulsen (SI, HI, AI) für einen elektronischen Schalter auf, der in Reihe mit einer Wicklung (W) des Elektromagneten (M) geschaltet ist. Nachdem der Elektromagnet durch einen Startimpuls (SI) zum Anziehen gebracht worden ist, wird der Strom durch die Wicklung (W) durch Halteimpulse (HI) auf den Wert des Haltestromes (IH) verringert. In periodischen Abständen gibt der Taktgeber (T) ferner Anzugsimpulse (AI) ab, um den aufgrund eines beliebigen Fehlers abgefallenen Elektromagneten (M) wieder zum Anziehen zu bringen.

Description

Be s ehr e ibung
Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Elektromagneten
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines eine Wicklung aufweisenden Elektromagneten mit einem Taktgeber zur periodischen Verbindung der Wicklung mit einer Spannungsquelle, wobei der Taktgeber einen Startimpuls mit relativ langer Dauer zum Anziehen des Elektromagneten und nachfolgend Halteimpulse im einer gegenüber dem Startimpuls verringerten Dauer zur Aufrechterhaltung eines die Wicklung durchfließenden Haltestromes erzeugt.
Eine Schaltungsanordnung der vorliegenden Art ist beispiels- weise durch die DE 24 20 262 AI bekannt geworden. Zum
Schalten des Stromes des Elektromagneten werden dabei kon¬ taktlose Bauelemente benutzt, beispielsweise Leistungshalb¬ leiter in der Form von Thyristoren oder Leistungs¬ transistoren. Der Taktgeber besteht aus einer mehr oder weniger umfangreichen elektronischen Schaltung, die ganz oder teilweise aus einzelnen Bauelementen oder integrierten Bausteinen besteht. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist der US 4 516 185 A zu entnehmen.
Eine Schaltungsanordnung der vorliegenden Art eignet sich insbesondere zur Steuerung des Antriebsmagneten eines elektromagnetischen Schaltgerätes. Um dem Benutzer des Schaltgerätes die Inbetriebnahme zu erleichtern und unnötige Leitungsverbindungen zu vermeiden, wird dabei die Schaltungs- anordnung direkt an dem Schaltgerät bzw. in seinem Gehäuse untergebracht. Damit ist die Schaltungsanordnung jedoch allen Einflüssen ausgesetzt, die im Betrieb des Schaltgerätes auf¬ treten. Dabei handelt es sich um elektrische und magnetische Felder, sowie um erhöhte Temperaturen. Beispielsweise können bei einem Vakuumschütz für den Mittelspannungsbereich
Spannungen von 6 oder 10 kV vorliegen, während Ströme in der Größenordnung von mehreren 100 A fließen. Dabei ist nicht auszuschließen, daß die Schaltungsanordnung trotz üblicher Maßnahmen zur elektromagnetischen Abschirmung nachteilig beeinflußt wird und der Stromkreis des Elektromagneten kurzzeitig unterbrochen wird. Die kann zur Folge haben, daß auch der durch das Schaltgerät zu betätigende Laststomkreis unterbrochen wird, womit erhebliche betriebliche Störungen verbunden sein können.
Der Erfindung liegt ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die Aufgabe zugrunde, betriebliche Störungen der vorstehend erläuterten Art zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Taktgeber in gegenüber der Dauer der Halteimpulse großen Abständen periodisch einen Anzugsimpuls abgibt. Hierdurch wird erreicht, daß es nur kurzzeitige Unterbrechungen des Elektromagneten geben kann, deren längste Dauer der Wieder¬ holungsrate der Anzugsimpulse entsprechen. Der wesentlich verbesserten Betriebssicherheit steht andererseits ein nur geringfügig erhöhter Energiebedarf zum Betrieb des Elektro¬ magneten gegenüber. Zugleich werden Störungen behoben, die dadurch entstehen, daß beim Einschalten des Elektromagneten aus beliebigem Grund kein Startimpuls erzeugt wurde.
Aus der DE 42 37 706 AI ist eine Einrichtung zur AufSchlagzeitpunkt-Erkennung für den Anker eines Magnet¬ ventils bekannt, dessen Spule mit einem getaktetem Erre¬ gerstrom gespeist wird. Durch die bei Aufschlag des Ankers eintretende Änderung des Tastverhältnisses des Erregerstromes ist der Aufschlagzeitpunkt mittels eines Digitalrechners ermittelbar.
Außerdem ist aus der DE 40 12 353 C2 eine Schaltungsanordnung zur Betätigung von Elektromagnetventilen einer Fahrzeugbrems- anläge bekannt, wobei das eine Ventil zum Abbauen des Brems- druckes und das andere Ventil zum Halten des Bremsdurckes dient. Die Steuerung erfolgt über eine elektronische Schaltung in der Weise, daß beim Übergang vom Zustand „Druckabbau" zum Zustand „Druckhalten" der Bremse während des Druckabbaus der getaktete Betrieb eines Druckhalteventils unterbrochen ist.
Aus diesem Stand der Technik ist jedoch das periodische Zuschalten von Anzugsimpulsen zur Vermeidung betrieblicher Störungen nicht bekannt.
Je nach den praktischen Anforderungen erweist es sich als ausreichend, wenn der Abstand der zusätzlichen Anzugsimpulse etwa eine biε drei Sekunden beträgt. Dabei kann die Dauer der zusätzlichen Anzugsimpulse etwa der Dauer des Startimpulseε entsprechen. Beispielsweise kann die Dauer der zusätzlichen Anzugsimpulse 80% der Startimpulse betragen.
Wenngleich vorstehend von einem einzelnen Startimpuls sowie zusätzlichen Anzugsimpulsen die Rede ist, wird davon ausge¬ gangen, daß die Startimpulse und die Anzugsimpulse ihrerseits aus einer Impulsfolge bestehen können. Dies ist bei Schaltungsanordnungen der vorliegend betrachteten Art üblich und zweckmäßig, um einen Elektromagnet mit innerhalb einer gewissen Bandbreite schwankenden Betriebsspannungen betreiben zu können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsan¬ ordnung zum Betrieb eines Elektromagneten.
In der Figur 2 ist die Wirkungsweise eines Taktgenerators in der Schaltungsanordnung gemäß der Figur 1 als Diagramm dar¬ gestellt. Ein Beispiel für den Verlauf des Stromes durch die Wicklung des Elektromagneten in der Schaltung gemäß der Figur 1 zeigt die Figur 3.
Einen aus mehreren Einzelimpulsen bestehenden Startimpuls oder Anzugsimpuls zeigt die Figur 4.
In der Schaltungsanordnung gemäß der Figur 1 wird ein Elektromagnet M aus einer Spannungsguelle U mit den Klemmen U+ und U- gespeist. Hierzu ist in Reihe mit einer Wicklung W des Elektromagneten M ein elektronischer Schalter ES ge¬ schaltet, dem aus einem Taktgeber T Steuerimpulse SI zuführ¬ bar sind. In Reihe mit der Wicklung W und dem elektronischen Schalter ES liegt ferner ein Meßwiderstand RM. Die an dem Widerstand RM abfallende Spannung dient als Steuergröße zur Beeinflussung des Taktgebers T, um den zum Betrieb des Elektromagneten M geeigneten Strom bereitzustellen.
In der Figur 2 ist eine Folge von Steuerimpulsen für den elektronischen Schalter ES gezeigt. Beim Einschalten des Elektromagneten M mittels eines in der Figur 1 gezeigten Schalters S erhält der elektronische Schalter ES zunächst einen Startimpuls SI relativ großer Länge, der zu einem Anstieg des Stromes durch die Wicklung W auf einen zum
Anziehen des Elektromagneten M geeigneten Wert Ig (Figur 3) führt. Anschließend folgen Halteimpulse HI einer geringeren Dauer, wodurch der Strom in der Wicklung W auf einen zum Halten des Elektromagneten M im angezogenen Zustand ausreichenden Strom IJJ (Figur 3) verringert wird.
In periodischen Abständen, die eine oder mehrere Sekunden dauern können, erzeugt der Taktgeber T Anzugsimpulse AI, deren Dauer etwa der Dauer des Startimpulses SI entsprechen können. Hierdurch wird der Elektromagnet M wieder zum
Anziehen gebracht, falls in der Zwischenzeit aufgrund einer beliebigen Störung eine Unterbrechung aufgetreten ist, die zu einem Abfallen des Elektromagneten M geführt hat. Unter Umständen kann es ausreichend sein, die Dauer der Anzugs- impulse AI etwas geringer als die Dauer des Startimpulses zu bemessen.
Der Startimpuls SI sowie die Anzugsimpulse AI sind in der Figur 2 als Einzelimpulse relativ großer Dauer dargestellt. In bekannter Weise können diese Impulse jedoch auch aus einer Impulsfolge bestehen, wie dies schematisch die Figur 4 zeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines eine Wicklung (W) aufweisenden Elektromagneten (M) mit einem Taktgeber (T) zur periodischen Verbindung der Wicklung (W) mit einer Spannungsquelle (U) , wobei der Taktgeber (T) einen Startimpulse (SI) mit relativ langer Dauer zum Anziehen des Elektromagneten (M) und nachfolgend Halteimpulse (HI) mit einer gegenüber dem Startimpuls (SI) verringerten Dauer zur Aufrechterhaltung eines die Wicklung (W) durchfließenden Haltestromes erzeugt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Taktgeber (T) in gegenüber der Dauer der Halteimpulse (HI) großen Abständen periodisch jeweils einen Anzugsimpuls (AI) l abgibt, wobei die Dauer der zusätzlichen Anzugsimpulse (AI) etwa der Dauer des Startimpulses (SI) entspricht.
2. Schaltungs anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand der zusätzlichen Anzugsimpulse (AI) etwa eine bis drei Sekunden beträgt.
PCT/DE1996/001039 1995-06-16 1996-06-05 Schaltungsanordnung zum betrieb eines elektromagneten WO1997000525A1 (de)

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