DE2703129A1 - Steuerschaltung fuer einen elektromagneten - Google Patents
Steuerschaltung fuer einen elektromagnetenInfo
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/064—Circuit arrangements for actuating electromagnets
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Description
High Wycombe, Buckinghamshire, England
Steuerschaltung für einen Elektromagneten
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Elektromagneten
mit einer Gleichspannungsquelle.
Zu? Ermüdungsprüfung von Materialien werden häufig elektromagnetische
Resonanzvorrichtungen verwendet, da sie hohe Arbeitsfrequenzen aufweisen und relativ geringe Leistungen erfordern. Die Anregungskraft
wird vom einem Elektromagneten erzeugt, der normalerweise mit einem linearen Verstärker mit etwa 400 Watt über einen Arbeitsfrequenzbereich
von 50 bis 300 Hz betrieben wird. Ein linearer Verstärker
hat den Nachteil eines hohen Leistungsverlustes, hoher Kosten und mittlerer Verlässlichkeit. Eine Alternative liegt in der Verwendung
eines einfachen Schalterantriebs für den Magneten. Ein Elektromagnet jedoch stellt einen kleinen Lastwiderstand mit hoher
Induktanz dar und bei einem Schalterantriebssystem ergeben sich Probleme hinsichtlich vorrübergehender bzw. sich ändernder
Spannungen und der Vernichtung der im Magneten gespeichertem
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Energie sowie hinsichtlich dem Erreichen kurzer Stromanstiegszeiten
und der Begrenzung des Stromes auf einen sicheren Wert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Betreiben
eines Elektromagneten zu schaffen, die den gestellten Anforderungen in einwandfreier Weise genügt.
Diese Aufgabe wird mit einer Steuerschaltung der eingangs beschriebenen
Gattung erfindungsgemäß gelöst durch eine Schalteinrichtung mit einem Steuereingang, die bei Beaufschlagen des Steuereingangs
mit einem Steuerimpuls einen durch den Elektromagneten fließenden Strom erzeugt, der mit einer gegebenen Geschwindigkeit
linear zunimmt, und bei Beendigung des Impulses eine lineare Abnahme des Stromes durch den Elektromagneten mit der gleichen Geschwindigkeit
hervorruft, und einer Einrichtung, die, sobald der Strom durch den Elektromagneten ein bestimmtes Maximum erreicht,
eine weitere Zunahme des Stromes verhindert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
P i g. 1 ein Schaltbild einer Steuerschaltung, P i g. 2 ein Schaltbild eines Teils der F i g. 1 zur Darstellung
des Stromflusses unter verschiedenen Bedingungen, P i g. 3 verschiedene Wellenformen und
F i g. ^ ein Schaltbild eines Pegelschiebers.
F i g. ^ ein Schaltbild eines Pegelschiebers.
Die Schaltung der F i g. 1 enthält ein Halteglied, das durch ein
Paar über Kreuz geschalteter NAND-Verknüpfungsglieder G1, G? gebildet
ist, drei Transistoren Q1, Q2, Q,, ein NAND-Verknüpfungsglied
10, Dioden D1, D2, einen Widerstand R und eine induktive
Last L, die den Elektromagneten darstellt. Im praktischen Gebrauch werden mit dem Halteglied und einem Eingang des Verknüpfungsgliedes
10 verbundenen Steuereingang Rechteckwellenimpulse
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zugeführt. Der Ausgang a des Haltegliedes ist mit dem anderen Eingang
des Verknüpfungsgliedes 10 verbunden.
Wenn der Steuereingang auf niederem Wert ist, sperren die Transistoren Q1 und Q2 und das durch G1 und Gp gebildete Halteglied
ist in dem Zustand in dem es bei a einen hohen Ausgang erzeugt. Wenn der Steuereingang auf hohen Wert geht, werden die
Transistoren Q1 und QP durchlässig, so daß durch L ein Strom fließt,
Vc c
der mit einer Geschwindigkeiten—γ— zunimmt, wie in P i g. 3 mit A bezeichnet. Dieser Stromfluß ist in F i g. 2 durch den Stromweg A dargestellt.
der mit einer Geschwindigkeiten—γ— zunimmt, wie in P i g. 3 mit A bezeichnet. Dieser Stromfluß ist in F i g. 2 durch den Stromweg A dargestellt.
durch
Wenn der Laststrom einen/R bestimmten Wert erreicht, wird durch den Transistor Q, ein Signal zum Halteglied gesandt, um es zu schalten und zu bewirken, daß sein Eingang bei A auf niederen Wert geht. Dies schaltet den Transistor Q1 ab bzw. sperrt ihn und die Rückwärts-E.M.F. von L bewirkt, daß der Punkt D auf negativen Wert geht. Die Diode Dp leitet dann und der Laststrom fließt durch Dp, L, Q2 und R und nimmt dabei mit einer Geschwindigkeit ab, die durch den Gesamtwiderstand in der Schleife und den Spannungsabfall über Q2 und D2 gegeben ist, wie bei B in F i g. 3 dargestellt. Dieser Stromfluß ist in F i g. 2 durch den Strompfad B dargestellt. Bei einem Elektromagneten mit hoher Induktanz und niederem Gleichstromwiderstand ist die Abnahmegeschwindigkeit klein.
Wenn der Laststrom einen/R bestimmten Wert erreicht, wird durch den Transistor Q, ein Signal zum Halteglied gesandt, um es zu schalten und zu bewirken, daß sein Eingang bei A auf niederen Wert geht. Dies schaltet den Transistor Q1 ab bzw. sperrt ihn und die Rückwärts-E.M.F. von L bewirkt, daß der Punkt D auf negativen Wert geht. Die Diode Dp leitet dann und der Laststrom fließt durch Dp, L, Q2 und R und nimmt dabei mit einer Geschwindigkeit ab, die durch den Gesamtwiderstand in der Schleife und den Spannungsabfall über Q2 und D2 gegeben ist, wie bei B in F i g. 3 dargestellt. Dieser Stromfluß ist in F i g. 2 durch den Strompfad B dargestellt. Bei einem Elektromagneten mit hoher Induktanz und niederem Gleichstromwiderstand ist die Abnahmegeschwindigkeit klein.
Wenn der Steuereingang wieder auf niederen Wert geht, wird das Halteglied G1, G2 rückgesetzt, der Transistor Q2 wird abgeschaltet
bzw. sperrt,und die Rück-E.M.F. von L bewirkt, daß D1*
und D5 leiten. Der Laststrom fließt von OV durch DD, L und D1 zu
Vcc und nimmt dabei mit einer Geschwindigkeit vis —γ— ab, wie in
F i g. 3 bei C gezeigt. Dieser Strom ist in F i g. 2 durch den otrompfad C dargestellt und führt die in L gespeicherte Energie
wieder der Energiequelle zu.Wenn der Laststrom Null erreicht,fällt
die Rück-E.M.F. von L auf 0 ab und D1 und D2 hören auf zu leiten.
Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist der Stromp£ad B unwirksam, wenn
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der Steuereingang auf niederen Wert geht bevor der Laststrom einen
Maximalwert erreicht. In diesem Falle nimmt der Laststrom mit einer durch den Strompfad C gegebenen Geschwindigkeit auf Null ab.
Erforderlichenfalls können anstelle der Transistoren andere Schalteinrichtungen,
beispielsweise mit Verknüpfungsgliedern arbeitende Abschalt-SCRs verwendet werden.
Die Schaltung enthält einen Pegelschieber 11, der in F i g. 4 genauer
dargestellt ist.
Weil der Emitter des Transistors Q1 an Vcc liegt, sperrt Q1, wenn
die Basisspannung Vcc beträgt/ und ist durchlässig, wenn die Basisspannung
Vcc -1 Volt beträgt. Der Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 10 geht von Ov auf + 5v und die Funktion des Pegelschiebers
liegt darin, diesen übergang im Ausgang in einen Pegel umzuwandeln,
der zum Treiben der Basis von Q1 geeignet ist. Er erreicht
dies auf folgende Weise:
Wenn der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 10 auf niederem Wert liegt, sperrt ein Transistor Q1^, wodurch wiederum ein weiterer
Transistor Q1- sperrt. Dies ermöglicht dem Transistor Q1 wegen des
Stromes, der von der Basis von Q1 durch R, zu Ov fließt, anzuschalten
bzw. durchlässig zu werden. Wenn der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 10 auf hohem Wert liegt, schalten die Transistoren
Qj. und Qj. an, wodurch die Basis des Transistors Q1 auf Vcc
gebracht wird und der Transistor Q1 somit abgeschaltet wird.
Die Vorteile der Erfindung sind folgende:
1. Fehlen eines hohen Energieverlustes, der bei linearen Magnettreiberverstärkern
auftritt, zusammen mit größerer Verlässlichkeit und geringeren Kosten.
2. Fehlen eines hohen Energieverlustes, der in Widerständen oder
Zenerdioden auftritt, wenn der Magnet mit einem herkömmlichen Schalterantrieb abgeschaltet wird.
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3. Stark verminderte Energieversorgungserfordernisse. Beispielsweise
verbraucht ein herkömmlicher Schalterantrieb bei einer Spannung von 100 Volt 5 Ampere, während das im vorgehenden
beschriebene System für den gleichen Magnetstrom bei 100 Volt 0,7 Ampere verbraucht.
4. Die maximale, an den Transistoren oder Dioden auftretende Spannung ist auf die Versorgungsspannung begrenzt, während bei
herkömmlichen Schalterantrieben an den Transistoren die doppelte Versorgungsspannung erscheint. Entsprechend kann eine
höhere Vcc verwendet werden, damit die Stromanstiegszeit zunimmt, ohne daß dadurch Hochspannungstransistoren benötigt
werden.
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Claims (3)
- Patentansprüche' l.ySteuerschaltung für einen Elektromagneten mit einer Gleichspannungsquelle, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (G., Gp, Q1, Q2, 10, 11, D1, D2) mit einem Steuereingang, die bei Beaufschlagen des Steüereingangs mit einem Steuerimpuls einen durch den Elektromagneten (L) fließenden Strom erzeugt, der mit einer gegebenen Geschwindigkeit linear zunimmt, und bei Beendigung des Impulses eine lineare Abnahme des Stromes durch den Elektromagneten mit der gleichen Geschwindigkeit hervorruft, und einer Einrichtung (R, Q-,), die,sobald der Strom durch den Elektromagneten ein bestimmtes Maximum erreicht, eine weitere Zunahme des Stromes verhindert.
- 2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Halteglied, das durch ein Paar über Kreuz geschalteter NAND-Verknüpfungsglieder (G1, Gp) gebildet ist, ein NAND-Verknüpfungsglied (10), wobei der Steuereingang mit dem Halteglied und einem Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes verbunden ist und der Ausgang des Verknüpfungsgliedes mit dem anderen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes verbunden ist, Schaltvorrichtungen (Q1, Q2) die mit dem Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes und dem Steuereingang verbunden sind und bei Anlegen eines Steuerimpulses geschaltet werden, um den linear zunehmenden Strom durch den Elektromagneten hervorzurufen, und eine weitere Schaltvorrichtung (Transistor Q,)y die mit dem Halteglied verbunden ist und dieses schaltet, wenn der Strom einen vorgestimmten Wert erreicht, und dadurch die mit dem NAND-Verknüpfungsglied verbundene Schaltvorrichtung (Transistor Q1) abschaltet und eine Abnahme des Stromes durch den Elektromagneten hervorruft.
- 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtungen Transistoren (Q1, Q2, Q-*) sind.709830/0368ORIGINAL INSPECTEDH. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Pegelschieber (11), der zwischen das NAND-Verknüpfungsglied (10) und den mit dem Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes verbundenen Transistor (Q1) geschaltet ist.709830/0388
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB310576A GB1511931A (en) | 1976-01-27 | 1976-01-27 | Switching circuit for an electromagnet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2703129A1 true DE2703129A1 (de) | 1977-07-28 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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GB (1) | GB1511931A (de) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
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GB2145584B (en) * | 1981-10-26 | 1986-03-05 | Nat Res Dev | Electrically energised vibratory conveyors |
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1976
- 1976-01-27 GB GB310576A patent/GB1511931A/en not_active Expired
-
1977
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- 1977-01-26 FR FR7702138A patent/FR2339944A1/fr not_active Withdrawn
- 1977-01-27 JP JP821577A patent/JPS5293962A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5293962A (en) | 1977-08-08 |
GB1511931A (en) | 1978-05-24 |
FR2339944A1 (fr) | 1977-08-26 |
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