DE3232217A1 - Circuit arrangement for deenergising magnetic coils which are energised by direct current - Google Patents

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement for deenergising magnetic coils which are energised by direct current. It is used especially in the case of electromagnetic switching apparatuses. In this circuit arrangement, a deenergising path (diodes 5, 7) is connected to the magnetic coil (14). An electronic switch (field-effect transistor 13) which is connected in series with the magnetic coil (14) switches as a function of the energising. A voltage-dependent resistor (17), on which the current which flows through the magnetic coil (14) commutates when the electronic switch (13) is blocked, is connected to the electronic switch (13). The circuit according to the invention achieves a reduction in the opening delay of the magnets. <IMAGE>

Description

Schaltungsanordnung zur Entregung von gleichstrom-Circuit arrangement for de-excitation of direct current

erregten Magnetspulen ~ Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Entregung von gleichstromerregten Magnetspulen, vorzugsweise von elektromagnetischen Schaltgeräten, mittels der Magnetspule zugeschaltetem Entregungspfad.excited solenoids ~ The invention relates to a circuit arrangement for de-energizing DC-excited magnetic coils, preferably electromagnetic coils Switching devices, by means of the solenoid activated de-excitation path.

Bei bekannten Schaltungsanordnungen der obengenannten Art (3bs8 14-OA) erfolgt die Stromerregung mit Spulen entweder über Brückengleichrichter oder über Einwegschaltungen, bei denen eine zur Magnetspule parallel geschaltete Freilaufdiode eine Weiterführung des Stromflusses auch in der Sperrphase des Hauptgleichrichters ermöglicht. Bei der Ausführung in Brückengleichrichtung sind nacheilende Offnerkontakte des elektromagnetischen Schaltgerätes in den einen BrUckenzweig und parallel zu einem Vorwiderstand geschaltet, so daß beim Einschalten eine Umschaltung BrUckenschaltung auf Einwegschaltung in der Versorgungsspannung und durch den Vorwiderstand eine Umschaltung der Magnetleistung auf Halteleistung erfolgt.With known circuit arrangements of the type mentioned above (3bs8 14-OA) the current is excited with coils either via bridge rectifiers or via One-way circuits in which a freewheeling diode connected in parallel to the solenoid a continuation of the current flow also in the blocking phase of the main rectifier enables. When using bridge rectification, there are lagging opener contacts of the electromagnetic switching device in one bridge branch and parallel to switched to a series resistor, so that a switchover bridge circuit when switched on on one-way switching in the supply voltage and through the series resistor a The magnet power is switched to holding power.

Bei schneller Schaltfolge der Magnetspule, insbesondere bei Tippbetrieb von Schützen, ztB. zum Positionieren von Antrieben, macht sich der große Offnungsverzug dieser über Gleichrichter gespeisten Magnete störend bemerkbar. Nach Abschalten der speisenden Wechselspannung treibt die in der Spule gespeicherte magnetische Energie einen zeitlich abklingenden Strom Uber die in Durchlaßrichtung befindlichen Ventile des BrUckengleichrichters oder die Freilaufdiode, so daB sich der Abbau des magnetischen Flusses stark verzögert. Je nach dem Widerstand und der Induktivität im Spulenstromkreis kann der Offnungsverzug mehrere hundert Milisekunden betragen.With a fast switching sequence of the solenoid, especially in jog mode from Schützen, ztB. for positioning drives, there is a large opening delay of these magnets fed via rectifiers noticeably disturbing. After switching off the feeding AC voltage drives the magnetic stored in the coil Energy a time decaying current over the in the forward direction Valves of the bridge rectifier or the free-wheeling diode, so that the degradation of magnetic flux is greatly delayed. Depending on the resistance and the inductance in the coil circuit, the opening delay can be several hundred Milliseconds.

Es wäre denkbar, zur Verringerung dieser Verzögerungszeiten zusätzliche mechanische Schalter im Gleichstromkreis vorzusehen, die bei Abschaltung der treibenden Wechselspannung durch den Energieumsatz in den auftretenden Schaltlichtbdgen für ein schnelleres Abklingen des Restmagnetfeldes sorgen. Für kurze Abschaltzeiten müssen hier Jedoch mehrere Kontakte in Reihe geschaltet werden, um eine möglichst hohe Lichtbogenspannung zu erreichen. Hier ist mit einem starken Verschleiß der Hiltskontakte zu rechnen, was ein relativ häufiges Wechseln der Kontaktstücke zur Folge hat.It would be conceivable to reduce these delay times additional Provide mechanical switches in the direct current circuit, which are activated when the driving AC voltage due to the energy consumption in the switching arcs for ensure a faster decay of the residual magnetic field. For short shutdown times However, several contacts have to be connected in series in order to achieve one to achieve high arc voltage. Here is the with heavy wear and tear Help contacts to be expected, what a relatively frequent change of the contact pieces for Consequence.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der obengenannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringem Aufwand und praktisch ohne Wartung eine Verringerung des Offnungsverzuges bei über Gleichrichter gespeisten Magnetspulen erzielbar ist. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß ein erregungsspannungsabhängig schaltender elektronischer Schalter zu der Magnetspule in Reihe geschaltet ist und zu dem Schalter ein spannungsabhängiger Widerstand parallel liegt.The invention is therefore based on the object of a circuit of Above type to improve that with little effort and practical without maintenance, a reduction in the opening delay when fed via rectifier Solenoid coils can be achieved. This is achieved in a simple manner in that a Electronic switch to the solenoid that switches depending on the voltage is connected in series and a voltage-dependent resistor in parallel with the switch lies.

Es wAre auch denkbar, den spannungsabhängigen Widerstand zur Erzielung des gleichen Effektes parallel zur Magnetspule zu schalten, Jedoch ergibt die erfindungsgemäße Schaltung ohne Mehraufwand den Vorteil des Spannungsschutzes für den elektronischen Schalter. Der spannungsabhängige Widerstand ist so auszulegen, daß die an ihm auftretende Spannung unter der höchstzulässigen Drain-Sorce-Spannung eines als elektronischen Schalters verwandten Feldeffekttransistors liegt. Die erfindungsgemäße Anordnung hat darüber hinaus den Vorteil, daß sie ohne erheblichen Aufwand bei vorhandenen Magnetantrieben für Schütze ohne weiteres nachgerüstet werden kann. Um sicherzustellen, daß die Magnetspule auch bei erheblicher Welligkeit der Gleichstromerregung angezogen bleibt, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn zur erregungsspannungsabhängigen Schaltung eine über Gleichrichter und Widerstand an der Gleichspannung liegende Parallelschaltung aus Zenerdiode, Widerstand und Kondensator dient. Um eine Erhöhung des Öffnungsverzuges bei Verwendung einer im Dauerbetrieb auf Einweggleichrichtung umschaltbaren Brückengleichrichtung zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn der erregungsspannungsabhängigen Schaltung ein dem abgeschalteten Brückenzweig entsprechend gepolter Gleichrichter zugeschaltet ist. Sofern gleichstromseitig eine Abschaltung der Magnetspule erwünscht ist, ist es bei geringem Abbrand des Steuerschalters vorteilhaft, wenn der Reihenschaltung aus Magnetspule und Parallel schaltung elektronischer Schalter und spannungsabhängiger Widerstand ein entgegen der Erregungsspannung gepolter Gleichrichter parallel geschaltet ist.It would also be conceivable to achieve the voltage-dependent resistance to connect the same effect in parallel to the solenoid, but the invention results Circuit without additional effort the advantage of voltage protection for the electronic Counter. The voltage-dependent resistance is to be interpreted in such a way that the Voltage below the maximum allowable drain source voltage of one as electronic Switch related field effect transistor is located. The arrangement according to the invention also has the advantage that it can be used with existing Magnetic drives for contactors can easily be retrofitted. To ensure, that the solenoid even with significant DC excitation ripple remains attracted, it is also advantageous if the excitation voltage-dependent A circuit connected to the DC voltage via a rectifier and resistor Parallel connection of Zener diode, resistor and capacitor is used. To an increase the opening delay when using a one-way rectification in continuous operation To avoid switchable bridge rectification, it is advantageous if the excitation voltage-dependent Circuit a rectifier polarized according to the disconnected bridge branch is switched on. If the solenoid coil is to be switched off on the DC side is, it is advantageous if the control switch is only slightly burned off if the series connection from solenoid coil and parallel connection of electronic switches and voltage-dependent switches Resistance a rectifier polarized against the excitation voltage connected in parallel is.

Anhand der Zeichnung werden Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung beschrieben und die Funktion näher erläutern.Circuit arrangements according to the invention are shown on the basis of the drawing and explain the function in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit BrUckengleichrichter-Gleichstromerregung, Fig. 2 die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit einer Umschaltung von Brücken- auf Einweggleichrichtung unter Vorschaltung eines Sparwiderstandes unter Einschaltung eines zusätzlichen Gleichrichters zur Steuerung der elektronischen Schalters und Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit einer Abtrennung der Magnetspule im Gleichstromkreis.1 shows a circuit arrangement with bridge rectifier direct current excitation, FIG. 2 shows the circuit arrangement according to FIG. 1 with a switchover from bridge to Half-wave rectification with an upstream economy resistor switched on an additional rectifier to control the electronic switches and 3 shows a circuit arrangement with a separation of the magnetic coil in the direct current circuit.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind an die Netzklemmen 1, 2 über den Schalter 3 die zu einer Brückengleichrichtung zusammengeschalteten Dioden 4, 5, 6, 7 angeschaltet. Der Gleichßpannungsausgang der Brückc-ngleichrichterschaltung liegt mit den Klemmen 8, 9 an der Reihenschaltung aus Diode 10, Widerstand 11 und der Parallelschaltung von Zenerdiode 12, Kondensator 15 und Widerstand 16. Der Verbindungspunkt der Parallelschaltung von Zenerdiode 12, Kondensator 15 und Widerstand 16 liegt am Steuereingang eines Feldeffekttransistors 13 als elektronischen Schalter. Parallel zum Drain-Sorce-Anschluß des Feldeffekttransistors 13 liegt ein spannungsabhängiger Widerstand, im vorliegenden Fall ein Varistor 17. Die Parallelschaltung Drain-Sorce des Feldeffekttransistors 13 und Varistor 17 liegt mit dem einen Verbindungspunkt an der Klemme 9 und mit dem anderen Verbindungspunkt an dem einen AnschluB der Magnetspule 14, die mit dem anderen Anschluß an der Klemme 8 liegt.In the circuit arrangement according to FIG. 1, the mains terminals 1, 2 via switch 3 to one Interconnected bridge rectification Diodes 4, 5, 6, 7 switched on. The DC voltage output of the bridge rectifier circuit is connected to the terminals 8, 9 on the series circuit of diode 10, resistor 11 and the parallel connection of Zener diode 12, capacitor 15 and resistor 16. The connection point the parallel connection of Zener diode 12, capacitor 15 and resistor 16 is located at the control input of a field effect transistor 13 as an electronic switch. Parallel to the drain source connection of the field effect transistor 13 is a voltage-dependent Resistance, in the present case a varistor 17. The parallel connection Drain-Sorce of the field effect transistor 13 and varistor 17 is connected to the one connection point at terminal 9 and with the other connection point at one connection of the solenoid 14, which is connected to terminal 8 with the other connection.

Wird der Schalter 3 geschlossen, so liegt an den Klemmen 8, 9 eine pulsierende Gleichspannung mit zweipulsiger Welligkeit. Die Klemme 8 ist der positive, die Klemme 9 der negative Pol. Über die Diode 10, den Widerstand 11 und die Zenerdiode 12 fließt ein Hilfsstrom, der an der Zenerdiode 12 deren Zenerspannung abfallen läßt, solange die Spannung zwischen den Klemmen 8 und 9 diesen Wert zuzüglich der Schwellspannung der Diode 10 übersteigt. Der Spannungsabfall an der Zenerdiode 12 bringt den leistungslos steuerbaren Feldeffekttransistor 13 in den leitfähigen Zustand, so daß die Magnetspule 14 erregt wird. Die Zeitkonstante des aus dem Kondensator 15 und dem Widerstand 16 gebildeten Netzwerks ist so gewählt, daß der Feldeffekttransistor 13 während der periodischen Einbrüche der zwischen den Klemmen 8 und 9 anliegenden Gleichspannung im leitfähigen Zustand gehalten wird. Wird nun der Schalter 3 geöffnet, so fällt die Spannung an den Klemmen 8, 9 schlagartig auf die zweifache Flußspannung der Dioden Ü bis 7. Der Xondensator 15 ist auf die Zenerspannung der Zenerdiode 12 aufgeladen, so daß nun die Diode 10sperrt und Zenerdiode 12, Kondensator 15 und Widerstand 16 von der Klemme 8 entkoppelt sind. Der Kondensator 15 entlädt sich nun dber den Widerstand 16; der Feldeffekttransistor 13 wird gesperrt. Der Freilaufstrom der Magnetspule kommutiert auf den Varistor 17, der so ausgelegt ist, daß die an ihm auftretende Spannung unter der höchstzulässigen Drain-Sorce-Spannung des Feldeffekttransistors liegt. Damit wird die in der Magnetspule 14 gespeicherte Energie schnell und verschleißfrei abgebaut.If switch 3 is closed, there is a terminal 8, 9 pulsating DC voltage with two-pulse ripple. Terminal 8 is the positive one terminal 9 is the negative pole. Via the diode 10, the resistor 11 and the Zener diode 12, an auxiliary current flows, which drop across the Zener diode 12, the Zener voltage leaves as long as the voltage between terminals 8 and 9 this value plus the Threshold voltage of the diode 10 exceeds. The voltage drop across the zener diode 12 brings the powerless controllable field effect transistor 13 into the conductive state, so that the solenoid 14 is energized. The time constant of the out of the capacitor 15 and the resistor 16 formed network is chosen so that the field effect transistor 13 during the periodic collapses between the terminals 8 and 9 DC voltage is kept in the conductive state. If switch 3 is now opened, so the voltage at terminals 8, 9 suddenly falls on the twofold Forward voltage of the diodes U to 7. The X capacitor 15 is on the Zener voltage of the Zener diode 12 charged, so that now diode 10 blocks and Zener diode 12, capacitor 15 and resistor 16 are decoupled from terminal 8. The capacitor 15 discharges now over the resistor 16; the field effect transistor 13 is blocked. Of the The freewheeling current of the solenoid commutates to the varistor 17, which is designed in such a way that that the voltage occurring across it is below the maximum permissible drain source voltage of the field effect transistor lies. This is stored in the magnet coil 14 Energy dissipated quickly and without wear.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen Diode 4 und Klemme 8 ein nacheilender Öffnerkontakt 18 des elektromagnetischen Schaltgerätes eingeschaltet. Durch Öffnen des Offnerkontaktes 18 wird die Gleichrichterbrückenschaltung in eine Einwegschaltung umgeschaltet.In the embodiment according to FIG. 2, there is between the diode 4 and the terminal 8 a trailing break contact 18 of the electromagnetic switching device switched on. By opening the break contact 18, the rectifier bridge circuit is in a One-way switching switched.

Der Entregungspfad besteht aus den beiden Dioden 5, 7 und die Einwegschaltung aus den Dioden 5 und 6. Der nacheilende Öffnerkontakt 19 schaltet beim Öffnen einen Widerstand 20 vor die Magnetspule 14. Auf diese Art wird die Halteleistung des Magneten wesentlich verringert.The de-excitation path consists of the two diodes 5, 7 and the one-way circuit from the diodes 5 and 6. The lagging break contact 19 switches on when opening Resistor 20 in front of the solenoid 14. In this way, the holding power of the magnet significantly reduced.

Da wegen der Einweggleichrichtung jede zweite Halbwelle der Spannung zwischen den Punkten 8 und 9 fehlt, müßte die Zeitkonstante des RC-Gliedes 15, 16 im Verhältnis zur Ausführungsform nach Fig. 1 so groß gewählt werden, daB der Feldeffekttransistor 13 während dieser Spannungseinbrüche leitfähig bleibt. Damit wäre Jedoch eine Erhöhung des Öffnungsverzuges gegenüber der AusfUhrungsform nach Fig. 1 verbunden. Aus diesem Grunde ist am Verbindungspunkt 22 der Dioden 4 und 6 eine Diode 21 mit der Anorde angeschlossen. Die Kathode der Diode 21 liegt am Verbindungspunkt 23 von Diode 10 und Wider- stand 11. Hierdurch wird die fehlende Halbwelle des Hilfsstromes ergänzt. Die dann sperrende Diode 10 verhindert, daß die Umschaltung auf Einweggleichrichtung unwirksam gemacht wird. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes braucht bei dieser Schaltung nicht erhöht zu werden.Because of the half-wave rectification every second half-wave of the voltage is missing between points 8 and 9, the time constant of the RC element 15, 16 be chosen so large in relation to the embodiment according to FIG. 1 that the field effect transistor 13 remains conductive during these voltage drops. However, that would be an increase of the opening delay compared to the embodiment according to FIG. 1. For this Basically, at the connection point 22 of the diodes 4 and 6, a diode 21 with the anode connected. The cathode of diode 21 is at connection point 23 of diode 10 and cons stand 11. This eliminates the missing half-wave of the auxiliary current added. The blocking diode 10 then prevents switching to half-wave rectification is rendered ineffective. The time constant of the RC element is required for this circuit not to be increased.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Schalter 24 auf der Gleichstromseite der Erregung für die Magnetspule 14 vorgesehen. Um auch hier den Abbau der in der Magnetspule 14 gespeicherten Energie sicherzustellen, ist die Diode 25 an den Klemmen 8, 9 angeschlossen, die den Entregungspfad für die Magnetspule 14 über den Varistor 17 schließt. Das Einschalten der Diode 25 hat zusätzlich den Vorteil, daß der Abbrand am Steuerschalter 24 verringert wird.In the embodiment of Fig. 3, a switch 24 is on the DC side the excitation for the solenoid 14 is provided. In order to reduce the in the To ensure solenoid 14 stored energy, the diode 25 is on the terminals 8, 9 connected, the de-excitation path for the magnet coil 14 via the varistor 17 closes. Switching on the diode 25 has the additional advantage that the burn-up on the control switch 24 is reduced.

5 Patentansprüche 3 Figuren5 claims 3 figures

Claims (5)

PatentansprUche ¢ Schaltungsanordnung zur Entregung von gleichstromerregten Magnetspulen, vorzugsweise von elektromagnetischen Schalt geräten, mittels der Magnetspule zugeschaltetem Entregungspfad, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein erregungsspannungsabhängig schaltender elektronischer Schalter (13) zu der Magnetspule (14) in Reihe geschaltet ist und zu dem Schalter ein spannungsabhängiger Widerstand (17) parallel liegt.Claims ¢ Circuit arrangement for de-excitation of DC excited Magnet coils, preferably of electromagnetic switching devices, by means of the magnet coil switched on de-excitation path, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that an electronic switch (13) that switches as a function of the excitation voltage to the solenoid (14) is connected in series and a voltage-dependent resistor to the switch (17) is parallel. 2. Schaltungsanordnung 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 zur erregungsspannungsabhängigen Schaltung eine Uber Gleichrichter (10) und Widerstand (11) an der Gleichspannung liegende Parallelschaltung aus Zenerdiode (12), Widerstand (16) und Kondensator (ins) dient.2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that for the excitation voltage-dependent circuit a Uber rectifier (10) and resistor (11) connected to the DC voltage in parallel with a Zener diode (12), resistor (16) and capacitor (ins) are used. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß der elektronische Schalter ein Feldeffekttransistor (13) ist.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k E n n z e 1 c h n e t that the electronic switch is a field effect transistor (13) is. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Verwendung einer im Dauerbetrieb auf Einweggleichrichtung (5, 6) umschaltbaren BrUckengleichrichtung (4, 5, 6, 7) der erregungsspannungsabhängigen Schaltung ein dem abgeschalteten BrUckenzweig entsprechend gepolter Gleichrichter (21) zugeschaltet ist.4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, d a d u r c h g e k It is noted that when using one in continuous operation on one-way rectification (5, 6) switchable bridge rectification (4, 5, 6, 7) of the voltage-dependent Circuit a rectifier polarized according to the disconnected bridge branch (21) is switched on. 5. Schaltungsanor<3nung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h -n e t , daß der Reihenschaltung aus Magnetspule (14) und Parallelschaltung elektronischer Schalter (13) und spannungsabhängiger Widerstand (17) ein entgegen der Erregungsspannung gepolter Gleichrichter (25) parallel geschaltet ist.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n z e 1 c h -n e t that the series connection of solenoid (14) and parallel connection of electronic switches (13) and voltage-dependent Resistor (17) a rectifier (25) polarized against the excitation voltage in parallel is switched.