DE1279836B - Verfahren zur Schnellerregung von gleichstromgespeisten Elektromagneten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Schnellerregung von gleichstromgespeisten Elektromagneten Die .Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellerregung des Magnetfeldes elektrischer Geräte, wie Magnetkupplungen, Magnetbremsen, Magnetventile, Hubmagneten, Spannmagneten u. dgl., welche mit Gleichstrom gespeist werden, wie,sie zur Ausführung von Schaltvorgängen und zur Kraftübertragung bzw. Stillsetzung an den verschiedensten Be- und Verarbeitungsmaschinen verwendet werden. Soll mit diesen Geräten exakt gearbeitet werden, so sind sehr kurze Schaltzeiten erforderlich. Kurze Schaltzeiten sind aber begrenzt durch die Verzögerungen beim Aufbau des Magnetfeldes.
• Zur Verkürzung der Aufbauzeiten des Magnetfeldes sind Anordnungen zur Schnellerregung bekannt, bei denen ein ohmscher Widerstand mit der Magnetspule in Reihe gelegt ist. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß durch die in Wärme umgesetzte Leistung an den vorgeschalteten ohmschen Widerständen ein zusätzlicher Energieverbrauch vorhanden ist. Darüber hinaus sind unter Umständen noch zusätzliche Maßnahmen für die Abführung der Wärme erforderlich. Eine andere Form der Schnellerregung arbeitet mit einer zweiten zusätzlichen Spannung, die wesentlich über der Betriebsspannung liegt und die durch zeitverzögerte Schaltgeräte nach dem Einschaltvorgang wieder abgeschaltet wird. Bei Verwendung einer zweiten überhöhten Spannung muß ein Schaltorgan vorhanden sein, das diese überhöhte Spannung und somit den überhöhten Strom in seiner vollen Größe nach dem Einschaltvorgang abschaltet. Hierbei treten alle Schwierigkeiten auf, die mit dem Abschalten hoher Gleichspannung an Induktivitäten verbunden sind. Bei Verwendung von Kontakten ergibt sich ein hoher Kontaktabbrand, oder es müssen zusätzliche Löschelemente Anwendung finden. Bei Verwendung von kontaktlosen Halbleiterbauelementen muß den Induktionsspannungen Rechnung getragen werden, und die Bauelemente müssen für die hohen Gleichströme bemessen werden. Dies alles bedingt einen ziemlich hohen Aufwand, und gewisse Schaltungen verursachen außerdem beim Abschalten eine zeitliche Verzögerung.
• Es ist ferner bekannt, zur Schnellerregung Kondensatoren zu verwenden. Dies sind zusätzliche Bauelemente, deren Arbeitsbereitschaft von ihrem Ladungszustand abhängt. Diese Anordnungen sind für schnelle Schaltfolgen nicht geeignet.
• Für kleine Leistungen sind Schaltungen bekannt, bei denen der Erregerwicklung ein Begrenzungswiderstand vorgeschaltet ist, der während der Dauer des Stromanstiegs durch einen elektronischen Schalter überbrückt wird. Diese Anordnung vermeidet den Leistungsverlust während der Dauereinschaltung am Begrenzungswiderstand nicht, und sie kann auch nicht mit Gleichstrom betrieben werden, der aus dem Wechselstromnetz gewonnen wird, da deren Restwelligkeit Schaltfunktionen ausführt.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Schnellerregung zu schaffen, die nicht mit den Nachteilen der bekannten Anordnungen behaftet ist und die - unter Verwendung elektronischer Bauelemente - eine sichere, wartungsfreie Arbeitsweise bei kürzestmöglichen Schaltzeiten und geringsten Energieverlusten gewährleistet.
• Dies wird bei einem Schnellerregungsverfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die an die Magnetwicklung gelegte Betriebsspannung aus einer Mehrphasenspannung gewonnen wird, die in wenigstens einer Phase eine gegenüber den anderen Phasen erhöhte Spannung hat, und daß die Phase mit höherer Spannung abgeschaltet wird, wenn der Strom den für die schnelle Anzugsbewegung erforderlichen, wesentlich über dem Dauererregungsstrom liegenden Wert erreicht hat.
• Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß der beim Einschalten ansteigende Erregerstrom des Magneten über eine Steuereinrichtung die Abschaltung der Phase mit höherer Spannung auslöst.
• In zweckdienlicher weiterer Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens vor, daß ein Mehrphasentransformator mit unterschiedlicher Spannungshöhe in den Phasen der Ausgangsspannung verwendet wird, und daß an dessen im Stern geschaltete Ausgangsphasen teils gesteuerte, teils ungesteuerte Gleichrichterventile angeschlossen sind, die eine Brückenanordnung bilden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist, gegenüber dem Stand der Technik, dadurch wesentlich verbessert, daß die gesteuerten Ventile gleichzeitig als Schalter und Gleichrichter dienen. Ferner beginnt die Einschaltung, wie aus F i g. 2 ersichtlich, in keinem Augenblick bei Null, sondern liegt stets über dem Effektivwert der Betriebsspannung. Dadurch wird eine wesentlich konstantere Aufbauzeit für das Magnetfeld erreicht.
• Einzelheiten des Verfahrens und der Schaltungsanordnung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.
• In F i g. 1 ist eine Gleichspannung dargestellt, wie sie allgemein mittels Brückengleichrichter aus dem Wechselstromnetz gewonnen wird. Die eingezeichnete Kurve a gibt den Stromverlauf der Magneterregung wieder, und im Punkt b ist die notwendige Magnetisierung mit der Höhe »C« erreicht. Je nach Höhe der Induktivität wird eine entsprechende kürzere oder längere Zeit t1 für die Magnetisierung benötigt.
• In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Arbeitsspannung dargestellt, das Magnetfeld möge die gleichen Werte wie in F i g.1 angenommen besitzen.
• Somit wäre der Punkt b in gleicher Höhe anzusetzen, und es ergibt sich eine Zeit t2, die, wie man sieht, wesentlich von der Zeit t1 in F i g.1 abweicht. Je nach dem Augenblickswert der Einschaltung wird ein Teil oder eine volle Halbwelle der hohen Spannung genutzt. Die zweite volle Halbwelle wird nicht mehr zur Erregung genutzt, es sei denn, die Erregungszeiten liegen dermaßen hoch, daß eine längere Magnetisierung erforderlich ist.
• In F i g. 3 ist eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens dargestellt. Der mit 10 bezeichnete Mehrphasentransformator hat auf der Sekundärseite eine Phasenwicklung 11, die gegenüber den Phasenwicklungen 12 und 13 eine wesentlich höhere Spannung abgibt. Die Sekundärwicklung des Transformators 10 ist über Ventile 21 bis 27 mit dem zu erregenden Magnetfeld 51 verbunden. Durch den Einschaltimpuls sind zunächst alle Ventile geöffnet, und das Magnetfeld wird mit einer Spannung erregt, wie diese in F i g. 2 dargestellt ist.
• Hat der Magnetisierungsstrom die erforderliche Höhe erreicht (Punkt b), so setzt über eine nicht dargestellte bekannte Impulsschaltung, an deren Eingang eine stromabhängige Einrichtung 61 liegt, die Zündung für die der Phasenwicklung 11 zugeordneten Ventile 23 und 24 aus. Diese Ventile lassen jeweils nur eine Halbwelle der erhöhten Spannung durch, und wenn sie nicht mehr gezündet werden, setzt im Nulldurchgang die erhöhte Spannung aus. Von besonderem Vorteil ist bei dieser Anordnung, daß beim Schalten der erhöhten Spannung der Magnetisierungsstrom nicht unterbrochen wird, wodurch eine absolut sichere Arbeitsweise gewährleistet ist. Ferner ist von Vorteil, daß durch die Wahl der Sekundärwicklung die Dauermagnetisierung bzw. Erregung der Magnete niedriger sein kann, als dies bei einer einzigen konstanten Spannung der Fall ist. Dadurch kann zu einer niedrigeren Einschaltzeit auch eine kurze Ausschaltzeit erzielt werden. Auch ermöglicht die Schaltungsanordnung den Anschluß beliebig vieler Magneten, auch unterschiedlicher Größen, an einen einzigen Transformator.
• Die Schaltungsanordnung kann auch abgewandelt werden, insbesondere kann eine geringere und größere Phasenzahl benutzt werden. Auch kann die Anzahl der schaltbaren Ventile verändert werden. Außerdem ist es möglich, die Abschaltung der erhöhten Spannung auch auf andere Weise zu bewerkstelligen, etwa durch einen Schalter am Magneten oder durch die Drehbewegung der Kupplung usw. An Stelle der Halbleiterventile können auch Röhren oder Transduktoren zur Anwendung kommen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Schnellerregung von gleichstromgespeisten Elektromagneten, deren Betriebsspannung aus einem Mehrphasen-Wechselstromnetz durch Gleichrichtung erzeugt wird, d a -durch gekennzeichnet, daß die an die Magnetwicklung gelegte Betriebsspannung aus einer Mehrphasenspannung gewonnen wird, die in wenigstens einer Phase eine gegenüber den anderen Phasen erhöhte Spannung hat, und daß die Phase mit höherer Spannung abgeschaltet wird, wenn der Strom den für die schnelle Anzugsbewegung erforderlichen, wesentlich über dem Dauererregungsstrom liegenden Wert erreicht hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Einschalten ansteigende Erregerstrom des Magneten über eine Steuereinrichtung die Abschaltung der Phase mit höherer Spannung auslöst.
3. 3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrphasentransformator mit unterschiedlicher Spannungshöhe in den Phasen der Ausgangsspannung verwendet wird und daß an dessen im Stern geschaltete Ausgangsphasen teils gesteuerte, teils ungesteuerte Gleichrichterventile angeschlossen sind, die eine Brückenanordnung bilden.
4. 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichterventile Halbleiterbauelemente verwendet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1088 148, 1174 957, 1178 943; deutsches Gebrauchsmuster Nr.1822186.