DE3110314A1 - System and device for operating an electromagnet - Google Patents
System and device for operating an electromagnetInfo
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Description
3ΊΤ03Η3ΊΤ03Η
(LANDlS & GYR)(LANDlS & GYR)
LGZ LANDIS & GYR ZUG AG CH-6301 ZUG. SchweizLGZ LANDIS & GYR ZUG AG CH-6301 ZUG. Switzerland
System und Einrichtung zur Betätigung eines ElektromagnetenSystem and device for actuating an electromagnet
PA 2111PA 2111
System und Einrichtung zur Betätigung eines ElektromagnetenSystem and device for actuating an electromagnet
Die Erfindung bezieht sich auf ein System und eine Einrichtung zur Betätigung eines Elektromagneten zur Schaltung von Wechsel-Stromkreisen mit einem mit Hilfe eines Rechners in Abhängigkeit von einem Referenzwert gesteuerten Schaltelement.The invention relates to a system and a device for actuating an electromagnet for switching AC circuits with a switching element controlled with the aid of a computer as a function of a reference value.
Bekanntlich ist es wünschenswert, einen Wechselstromkreis unter genau definierten Bedingungen möglichst im Nulldurchgang des Stromes zu unterbrechen, um die Schaltkontakte vor übermässigem Abbrand zu schonen und damit Kontaktmaterial einzusparen. Es wurden zu diesem Zwecke verschiedene Massnahmen vorgeschlagen, wie Steuerkontakte aus leicht verdampfbaren Metallen oder mit Hilfe von Zwischenschützen zu schaltende Schütze (DE-PS 718 697), Magnetsysteme mit zwei Wicklungen, die einander entgegenarbeiten (DE-PS 721 894, 915 359), in Reihe mit sättigbaren Drosseln angeordnete und mittels Kondensatoren überbrückte Schaltkontakte (DE-PS 731 673) und mehrere in Reihe angeordnete und einzeln in Abhängigkeit einer Halbperiode gesteuerte Schaltkontakte, von denen einer im Nulldurchgang schaltet (DE-AS 1 166 877). Allen diesen Systemen ist ein grosser Aufwand an passiven Schaltungsteilen oder an aktiven Steuergliedern und Schaltkontakten gemeinsam.As is well known, it is desirable to have an alternating current circuit under precisely defined conditions, if possible in the zero crossing of the To interrupt the current in order to protect the switching contacts from excessive burn-off and thus to save contact material. It various measures have been proposed for this purpose, such as control contacts made of easily vaporizable metals or contactors to be switched with the help of intermediate contactors (DE-PS 718 697), Magnet systems with two windings that work against each other (DE-PS 721 894, 915 359), arranged in series with saturable chokes and switching contacts bridged by capacitors (DE-PS 731 673) and several arranged in series and individually in Switching contacts controlled by a half-cycle, one of which switches at zero crossing (DE-AS 1 166 877). All These systems share a large amount of passive circuit parts or active control elements and switching contacts.
Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Betätigung eines Magnetsystems nach der DE-OS 26 01 799 hat die Sanfteinschaltung des Systems zur Erhöhung der mechanischen Lebensdauer des Magneten zum Ziele. Sie bedient sich eines Referenzwertgebers, eines Fühl— elementes für die Feldstärke, den Weg, die Beschleunigung, die Geschwindigkeit oder den Strom des Magnetsystems, und eines Rechners zur Steuerung des Magnetsystems, wobei die Erregerleistung mittels Phasenanschnittsteuerung derart beeinflusst wird, dass sich eine erwünschte Anzugskennlinie ergibt.A known circuit arrangement for actuating a magnet system According to DE-OS 26 01 799, the soft activation of the system has to increase the mechanical life of the magnet to the goal. It uses a reference value transmitter, a sensing element for the field strength, the path, the acceleration, the Speed or current of the magnet system, and a computer for controlling the magnet system, with the excitation power is influenced by means of phase control in such a way that a desired pull-in characteristic results.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fortschritte der Elektronik auszunutzen, um das vorgenannte Magnetsystem inThe invention is based on the object of taking advantage of the advances in electronics in order to convert the aforementioned magnet system into
jt-jt- o\ ί .3o \ ί .3
Bezug auf Aufwand an Steuermitteln und Platzbedarf zu vereinfachen und zu verbessern, so dass es für die Steuerung von Schaltschützen oder Relais bei möglichster Schonung der Schaltkontakte sowohl beim Einschalten wie beim Ausschalten eingesetzt werden kann.Simplify in terms of expenditure on tax funds and space requirements and to improve it so that it can be used to control contactors or relays while protecting the switching contacts as much as possible can be used both when switching on and when switching off.
Das erfindungsgemässe System hat den Vorteil, dass es aus wenigen aktiven Bausteinen aufgebaut werden kann, welche wenig Platz einnehmen, einen geringen Stromverbrauch aufweisenThe system according to the invention has the advantage that it consists of few active components can be built, which take up little space, have a low power consumption
TO und nebst den elektronischen Teilen keine zusätzliche passive Teile oder zusätzliche Schaltkontakte benötigen. Zudem erlaubt es, temperatur-, alterungs- und fabrikationsbedingte Abweichungen der Schaltbewegungen des Relais wirksam an den Schalter und die Last anzupassen. Schliesslich können mit diesem System wesentlich höhere Leistungen geschaltet werden als mit einem keine Steuerung der Schaltung im Nulldurchgang aufweisenden System.TO and besides the electronic parts no additional passive ones Need parts or additional switching contacts. It also allows temperature, aging and manufacturing-related deviations of the switching movements of the relay can be effectively adapted to the switch and the load. After all, with this system Significantly higher powers can be switched than with one that does not have control of the circuit in the zero crossing System.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert: The invention is explained using a drawing, for example:
Die Zeichnungsfigur zeigt ein Magnetsystem eines Gleichstromoder Wechselstrom-Relais 1 mit den Bausteinen zu seiner Steuerung. Diese bestehen aus einem Schalter 2 zum Ein- und Ausschalten des Relais 1, aus einem Referenzwert-Geber 3 für die Wechselspannung an Klemmen 6 für die Speisung eines Wechselstromkreises durch einen oder mehrere Schaltkontakte 4 für eine oder mehrere Lasten 5, aus einem von beiden gespeisten Rechner 7 und einem von diesem gesteuerten Verzögerungsglied 8 für die Relaismagnet-Erregung. Der Referenzwert-Geber 3 spricht auf die Spannung an den Klemmen 6 einer nichtgezeichneten Wechselstromquelle für den genannten Stromkreis an. Je eine Leitung 10 und 11 verbindet den Geber 3 mit dem Rechner 7.The drawing figure shows a magnet system of a direct current or AC relay 1 with the modules for its control. These consist of a switch 2 for switching on and off of relay 1, from a reference value transmitter 3 for the alternating voltage on terminals 6 for the supply of an alternating current circuit by one or more switching contacts 4 for one or more loads 5, from a computer 7 fed by the two and one from this controlled delay element 8 for the relay magnet excitation. The reference value transmitter 3 responds to the voltage the terminals 6 of an alternating current source (not shown) for the mentioned circuit. One line 10 and 11 each connects the transmitter 3 to the computer 7.
Der Referenzwert-Geber 3, der Rechner 7 und die Verzögerungsschaltung 8 können in einem Mikro-Computer impliziert sein, so dass dafür nur wenig Platz aufgewendet werden muss.The reference value transmitter 3, the computer 7 and the delay circuit 8 can be implied in a micro-computer, so that little space needs to be used for this.
·/· PA 2111 · / · PA 2111
Zwischen die VerzögerungsschaLtung 8 und das von dieser zu steuernde Relais 1 kann ein in unterbrochenen Strichen gezeichneter Verstärker 9 mit voreinstellbarem Verstärkungsfaktor für das schwache Ausgangssignal des Mikro-Computers eingeschaltet werden.Between the delay circuit 8 and the relay 1 to be controlled by it, a dashed line can be used Amplifier 9 with a presettable gain factor for the weak output signal of the micro-computer switched on will.
Das System zur Betätigung des Elektromagneten des Relais 1 mit dem Referenzwert-Geber 3 und dem Rechner 7 wird grundsätzlich derart gesteuert, dass als Referenzwert die Perioden des durch die Kontakte 4 geschalteten Wechselstrom-Kreises abgetastet werden und die Kontakte 4 nach einem Schaltbefehl in unmittelbarer Nähe eines einem ersten Nulldurchgang folgenden Nulldurchgangs geschlossen oder geöffnet werden. Vorzugsweise sollen die Kontakte 4 im Nulldurchgang des Stromes im zu schaltenden Wechselstrom-Kreis geöffnet und im Spannungs-Nulldurchgang geschlossen werden.The system for operating the solenoid of relay 1 with the reference value transmitter 3 and the computer 7 is basically controlled in such a way that the periods of the are scanned by the contacts 4 switched AC circuit and the contacts 4 after a switching command in the immediate Close to a zero crossing following a first zero crossing are closed or opened. Preferably should the contacts 4 open in the zero crossing of the current in the alternating current circuit to be switched and in the voltage zero crossing getting closed.
Zur Bestimmung eindeutiger Verhältnisse beim Spannungsfühler im Referenzwert-Geber 3 wird die Wechselspannung an den Klemmen ς der Versorgungsspannung für die Last 5 erfasst und im Referenzwert-Geber 3 in bekannter Weise mittels eines Doppelweggleichrichters gleichgerichtet, durch Begrenzer in bestimmter Amplitude abgeschnitten und anschliessend umgeformt. Damit können die Nulldurchgänge der Spannung in genügender Genauigkeit definiert werden. In gleicher Weise kann auch die Taktspannung für den Mikro-Computer von der Netzspannung abgeleitet werden.In order to determine clear conditions for the voltage sensor in the reference value transmitter 3, the alternating voltage is applied to the terminals ς of the supply voltage for the load 5 is recorded and in the reference value transmitter 3 in a known manner by means of a full wave rectifier rectified, cut off by a limiter in a certain amplitude and then reshaped. So can the zero crossings of the voltage can be defined with sufficient accuracy. The clock voltage can also be used in the same way for the micro-computer can be derived from the mains voltage.
Nach dem Sch Hessen des Schalters 2, mit dem die Schliessung der Kontakte 4 des Relais 1 eingeleitet wird, kann der Rechner durch eine UND-Schaltung im Mikro-Computer bei einem ersten Nulldurchgang der Versorgungsspannung an den Klemmen 6 mittels des Referenzwert-Gebers 3 gestartet werden. Er berechnet in Abhängigkeit von dem am Spannungsfühler im Referenzwert-Geber auftretenden Signal mittels der einprogrammierten, bekannten Relaiskonstanten die Verzögerungszeit in der Verzögerungsschaltung 8 und damit das Auslösungssignal für das Relais 1, damitAfter the Sch Hessen switch 2, with which the closure the contacts 4 of the relay 1 is initiated, the computer can by an AND circuit in the micro-computer at a first Zero crossing of the supply voltage at terminals 6 can be started by means of the reference value transmitter 3. He calculates in Dependence on the signal appearing at the voltage sensor in the reference value transmitter by means of the programmed, known Relay constants the delay time in the delay circuit 8 and thus the trigger signal for relay 1, so
dieses genau im oder in einem folgenden Nulldurchgang der im Kreis mit der Last 5 verwendeten Wechselspannung an den Klemmen 6 schliesst und sich unter Berücksichtigung eventuellen Prellens in der Nähe des Nulldurchgangs a η sch U es send in geschlossenem Zustand hält. Die Verstärkerschaltung 9 passt das schwache Ausgangssignal der Verzögerungsscha ttung 8 nach geeigneter Einstellung des Verstärkungsfaktors der benötigten Energie zur Betätigung des Relais 1 an.this exactly in or in a subsequent zero crossing of the im The circuit with the load 5 used alternating voltage at the terminals 6 closes and takes into account possible bouncing near the zero crossing a η sch U es send in closed State holds. The amplifier circuit 9 adjusts the weak output signal of the delay circuit 8 in a suitable manner Setting the gain factor for the energy required to operate relay 1.
Da die EinschaUbedingungen auch bei wechselnder Art der Laf>t (ohmsch, induktiv, kapazitiv) nicht besonders kritisch sind, genügt eine Einschaltsteuerung in Abhängigkeit vom Spannungs-Nulldurchgang des Wechselstromes im Lastkreis.Since the switch- on conditions are not particularly critical even if the type of load changes (ohmic, inductive, capacitive), a switch-on control depending on the voltage zero crossing of the alternating current in the load circuit is sufficient.
Für die Ausschaltsteuerung des Relais 1 werden ebenfalls die Nulldurchgänge der Spannung der Wechselstromquelle zur Speisung des Lastkreises herangezogen. Mittels einer UND-Schaltung mit einem invertierenden Eingang für den logischen Zustand des geöffneten Schalters 2 und einem nichtinvertierenden Eingang für das Signal des Referenzwert-Gebers 3 wird im Rechner 7 beispielsweise bei einem durch den Rechner 7 mittels der einprogrammierten Relaiskonstanten und der Phasenverschiebung durch die Last 5 ermittelten folgenden Nulldurchgang des Stromes im Stromkreis durch die Last 5 die Trennung der Kontakte 4 eingeleitet. Der Rechner 7 steuert die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 8 in geeigneter Weise, so dass Temperaturänderungen, Alterung und fabrikationsbedingte Abweichung durch entsprechende Programmierung ohne Wirkung auf den Oeffnungszeitpunkt der Kontakte 4 bleiben.For the switch-off control of the relay 1, the zero crossings of the voltage of the alternating current source are also used for the supply of the load circuit are used. By means of an AND circuit with an inverting input for the logic state of the open switch 2 and a non-inverting input for the signal of the reference value transmitter 3 is in the computer 7 for example in the case of one by the computer 7 by means of the programmed relay constants and the phase shift the load 5 determined the following zero crossing of the current in the circuit through the load 5 initiates the separation of the contacts 4. The computer 7 controls the delay time of the delay circuit 8 in a suitable manner, so that temperature changes, aging and manufacturing-related deviation through corresponding programming has no effect on the opening time of contacts 4.
Grössere Abweichungen, die gegebenenfalls im Verlaufe der Zeit oder durch bekannte Aenderungen der Last 5 eintreten könnte;n, werden durch Aenderung der Programmierung des Rechners 7, beispielsweise durch eine nichtgezeichnete Tasteneingabe kompensiert.Major discrepancies that may occur over time or by known changes in the load 5; n, by changing the programming of the computer 7, for example compensated for by an unmarked keystroke.
Das Relais 1 kann ein monostabiles oder bistabiles Gleichstromrelais in einem Gleichstrombetätigungskreis oder ein bistabilesThe relay 1 can be a monostable or bistable DC relay in a DC actuation circuit or a bistable
Wechselstromrelais nach der CH-PS 500 575 sein, das bei einem Spannungspegel von 2/3 einer Wechselspannungs-Halbweüe anspricht und in wesentlich kürzerer Zeit als einet- Halbperiode der Wechselspannung umschaltbar ist. Dadurch können die Ein- und Ausschaltzeiten des Relais 1 gleich gross gemacht, die Programmierung der Steuerung erleichtert und die Energieversorgung vereinfacht werden .AC relay according to CH-PS 500 575, the one with a Voltage level of 2/3 of an alternating voltage half-value responds and in much less time than a one-and-a-half period the alternating voltage is switchable. This means that the switch-on and switch-off times of relay 1 can be made the same, the programming the control and the power supply can be simplified.
Da in vielen Apparaten bereits ein Mikro-Computer eingebaut ist, kann dieser in den meisten Fällen auch zur Steuerung des Relais 1 mitbenutzt werden.Because a micro-computer is already built into many devices in most cases it can also be used to control relay 1.
Die Kontaktbetätigungen können durch geeignete Programmierung des Rechners 7 auch in der Nähe der Nulldurchgänge abwechselnd auf die eine oder andere Seite gelegt werden. Auf diese Weise können einseitige Wanderungen das Kontaktmaterials vermieden werden. Ebenfalls kann bei Schaltung mehrerer Phasen im Lastkreis die dadurch bedingte Phasenverschiebung der einzelnen Phasen durch entsprechende Anzahl der Schaltungsteile und deren Ansteuerung berücksichtigt werden.The contact actuations can be made by suitable programming of the computer 7 can also be placed alternately on one side or the other in the vicinity of the zero crossings. In this way one-sided migration of the contact material can be avoided. Likewise, when switching several phases in the load circuit the resulting phase shift of the individual phases due to the corresponding number of circuit parts and their Control must be taken into account.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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