DE1280401B

DE1280401B - Circuit arrangement for monitoring an electromagnetic coil

Info

Publication number: DE1280401B
Application number: DE1966S0102479
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Kosel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1966-03-11
Filing date: 1966-03-11
Publication date: 1968-10-17

Description

Schaltungsanordnung zur überwachung einer Elektromagnetspule Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur überwachung der Spule eines Elektromagnets auf. ihren einwandfreien Betriebszustand. Bei verschiedenen Geräten, wie Lochkartenmaschinen, Druckern, Lochstreifengeräten, Steuer- oder Regelapparaturen, ist es .vielfach erforderlich, von einer elektronischen Schaltung Elektromagnete, z. B. in Kupplungen, Druck- oder Stanzvorrichtungen, zu steuern. Oft wird dabei angestrebt; die erfolgte Steuerung an . die elektronische Schaltung rückzumelden. Vor allem ist diese Meldung dann von Interesse, wenn mit einer Unterbrechung der Steuerleitung zum Gerät gerechnet werden muß. Diese Fehlermöglichkeit kann in den verwendeten Leitungen, Steckverbindungen oder im Gerät selbst ihre Ursache haben. Der Fehler kann zum, einen darauf beruhen,- daß die zur Elektromagnetspule führende- Steuerleitung unterbrochen ist, so daß der Elektromagnet nicht anziehen kann, oder zum anderen, daß die Leitung zur Elektromagnetspule auf Grund ihrer oftmals großen Länge oder ihrer Abschirmung die Möglichkeit eines Masseschlusses in sich birgt. Eine andere Möglichkeit der Störung besteht darin, daß der Elektromagnet kurzgeschlossen ist und daher nicht anziehen kann, daß die einwandfreie Funktion des Elektromagnets durch eine Stromflußmessung aber nicht nachgeprüft werden kann, da ja ein Strom über die Steuerleitung fließt.Circuit arrangement for monitoring an electromagnetic coil The present The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the coil of a Electromagnet on. their perfect operating condition. With different devices, such as punch card machines, printers, punch tape devices, control or regulating equipment, it is often necessary to remove electromagnets from an electronic circuit, z. B. in clutches, printing or punching devices to control. Often there will be aimed at; the control that has taken place. to report back the electronic circuit. This message is of particular interest when there is an interruption in the Control line to the device must be expected. This possibility of error can be found in the The lines, plug connections used or in the device itself have their cause. On the one hand, the error can be due to the fact that the Control line is interrupted so that the electromagnet can not attract, or on the other hand, that the line to the solenoid coil is often large because of its size Length or its shielding harbors the possibility of a short to ground. Another possibility of the disturbance is that the electromagnet short-circuited is and therefore cannot attract that the correct function of the electromagnet However, it cannot be checked by measuring the current flow, since it is a current flows via the control line.

Eine überwachungsschaltung für eine Elektromagnetspule ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1152 479 bekannt. In F i g. 1 ist diese Anordnung gezeigt. Sie ist im wesentlichen aus einem Transistor T, einer Spule L, einer Betriebsspannungsquelle Ub, einem in Serie zur Spule L liegenden Widerstand R 1, einem parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T liegenden Widerstand R 4 und aus einer aus einem Widerstand R 2 und einem Kondensator C bestehenden RC-Schaltung zusammengesetzt. Bei einwandfreier Funktion dieser Schaltung liegt an der mit der Leitung S verbundenen Stelle des Kondensators C die Spannung - Ub, so daß der Kondensator C negativ aufgeladen ist. Öffnet nun der Transistor T, so fällt die Kollektorspannung und damit auch die Spannung am Kondensator C kurzzeitig fast auf Erdpotential, da zu Beginn des Einschaltvorgangs der Scheinwiderstand des Elektromagnets L sehr hoch ist. Es erfolgt daher eine UmIadung des Kondensators C, die als Anzeige, daß die Spule vom Strom durchflossen ist, benutzt wird. In der bekannten Schaltungsanordnung wird der Entladestrom des Kondensators C zum Setzen eines Magnetkernes K verwendet, in dem das Ergebnis zwischengespeichert und jederzeit abgefragt werden kann. Bei Unterbrechung der Steuerleitung S liegt dagegen am Kondensator ,C bei gesperrtem und geöffnetem Transistor T die gleiche Spannung, so daß der Umladevorgang und damit die Anzeige unterbleibt. Bei kurzgeschlossener Magnetspule L liegt die Batteriespannung sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Transistor unmittelbar am Kondensator C, so daß auch, in diesem Fall eine Signalabgabe nicht stattfindet.A monitoring circuit for an electromagnetic coil is, for. B. from the German Auslegeschrift 1152 479 known. In Fig. 1 shows this arrangement. It consists essentially of a transistor T, a coil L, an operating voltage source Ub, a resistor R 1 in series with the coil L , a resistor R 4 in parallel with the collector-emitter path of the transistor T and a resistor R 4 2 and a capacitor C composed of an existing RC circuit. If this circuit is functioning properly, the voltage - Ub is present at the point of the capacitor C connected to the line S, so that the capacitor C is negatively charged. If the transistor T now opens, the collector voltage and thus also the voltage on the capacitor C briefly falls almost to ground potential, since the impedance of the electromagnet L is very high at the beginning of the switch-on process. The capacitor C is therefore recharged, which is used to indicate that the coil is flowing through the current. In the known circuit arrangement, the discharge current of the capacitor C is used to set a magnetic core K, in which the result can be temporarily stored and queried at any time. When the control line S is interrupted, however, the same voltage is applied to the capacitor, C when the transistor T is blocked and opened, so that the charging process and thus the display do not take place. When the magnet coil L is short-circuited, the battery voltage is applied directly to the capacitor C both when the transistor is open and when the transistor is closed, so that, even in this case, there is no signal output.

Bei der direkten Anschaltung des Elektromagnets L an die Betriebsspannung Ub in der beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1152 479 bekannten Art ist es zur Erzielung einer konstanten Anzugszeit des Magnets erforderlich, die Betriebsspannung Ub konstant zu halten, d. h. einem geregelten Netzgerät zu entnehmen. Eine solche Lösung ist aufwendig und .teuer.With the direct connection of the electromagnet L to the operating voltage Ub in the manner known for example from the German Auslegeschrift 1152 479, it is necessary to keep the operating voltage Ub constant, ie to take it from a regulated power supply, in order to achieve a constant pull-in time of the magnet. Such a solution is complex and expensive.

Es ist daher eine Schaltung vorgeschlagen worden, bei der zur Erzielung einer konstanten Anzugszeit des Magnets bei schwankender Speisespannung während des Stromanstiegs dem Magnet eine Quelle konstanter Spannung parallel geschaltet ist. Die konstante Spannung wird. mittels eines in Serie zur Hilfsspannungsquelle liegenden Richtleiters dann abgeschaltet, wenn der durch den Magnet fließende Strom annähernd seinen stationären Wert erreicht hat. Diese Schaltungsanordnung soll nachstehend an Hand der F i g. 2 näher beschrieben werden, da die Erfindung davon ausgeht.It has therefore been proposed a circuit in which to achieve a constant pull-in time of the magnet with fluctuating supply voltage during When the current increases, a constant voltage source is connected in parallel to the magnet is. The constant tension will. by means of one in series with the auxiliary voltage source lying directional conductor switched off when the current flowing through the magnet has almost reached its steady-state value. This circuit arrangement is intended below on the basis of FIG. 2 will be described in more detail, since the invention is based on it.

Im Einschaltaugenblick, d. h. beim Leitendwerden des Transistors T ist der Strom durch den Magnet M wegen der induzierten Gegenspannung noch sehr klein. Dagegen würde vom positiven Pol der Speisespannungsquelle UB über die Hilfsspannungsquelle UH und die Diode D 3 hinweg ein sehr großer Strom fließen, wenn nicht durch eine geeignete Steuerung des Transistors T für eine Strombegrenzung gesorgt wäre. Zu diesem Zweck wird der Transistor T zwischen seiner Basis und dem Erdpotential mit einer konstanten Spannung angesteuert und in seiner Emitterzuleitung ein Widerstand R 4 angeordnet, dessen Wert etwa dem Wicklungswiderstand des Magnets M entspricht. Damit kann der Kollektorstrom des Transistors T nur so groß werden, daß der durch ihn erzeugte Spannungsabfall am Emitterwiderstand R 4 annähernd gleich der Steuerspannung zwischen der Basis und dem Erdpotential ist. Der Kollektor des Transistors T wird somit etwa eine Spannung UB- UH gegen das Erdpotential annehmen, wenn der vergleichsweise sehr geringe Spannungsabfall am Durchlaßwiderstand des Richtleiters D 3 vernachlässigt wird. An der Wicklung des Magnets M liegt daher zunächst die konstante Hilfsspannung UH an.At the moment of switch-on, ie when the transistor T becomes conductive, the current through the magnet M is still very small because of the counter-voltage induced. On the other hand, a very large current would flow from the positive pole of the supply voltage source UB via the auxiliary voltage source UH and the diode D 3 , if a suitable control of the transistor T were not provided for a current limitation. For this purpose, the transistor T is driven with a constant voltage between its base and ground potential, and a resistor R 4, the value of which corresponds approximately to the winding resistance of the magnet M, is arranged in its emitter lead. Thus, the collector current of the transistor T can only be so large that the voltage drop generated by it at the emitter resistor R 4 is approximately equal to the control voltage between the base and the ground potential. The collector of the transistor T will thus assume a voltage UB-UH relative to the earth potential if the comparatively very low voltage drop across the forward resistance of the directional conductor D 3 is neglected. The constant auxiliary voltage UH is therefore initially applied to the winding of the magnet M.

Sobald nun durch den allmählichen Abbau der in der Magnetwicklung induzierten Gegenspannung der Spannungsabfall (bei dem vorgegebenen Maximalstrom) die - Spannung der Hilfsspannungsquelle UH unterschreitet, wird die Diode D 3 ge- sperrt und die Hilfsspannungsqüelle somit abgeschaltet. Durch entsprechende Abstimmung der Größe der Hilfsspannung und des maximalen Kollektorstromes kann erreicht werden, daß dieser Zustand erst dann eintritt, wenn der Magnet M bereits angezogen hat und der- Spannungsabfall an der Magnetwicklung praktisch nur noch von ihrem Gleichstromwiderstand abhängt.As soon as the voltage drop (at the specified maximum current) falls below the voltage of the auxiliary voltage source UH due to the gradual reduction of the counter voltage induced in the magnet winding, the diode D 3 is blocked and the auxiliary voltage source is thus switched off. By matching the size of the auxiliary voltage and the maximum collector current, it can be achieved that this state only occurs when the magnet M has already attracted and the voltage drop across the magnet winding is practically only dependent on its DC resistance.

Zur Überwachung einer solchen nicht zum vorliegenden Patentbegehren gehörenden Schaltungsanordnung ist nun die bekannte Schaltung nach der deutschen Auslegeschrift 1152 479 nicht brauchbar, da im Falle der Leitungsunterbrechung oder des Ausfalls der Betriebsspannung bei geschlossenem Transistor die konstante Hilfsspannung am Kondensator C liegen und damit beim Einschalten des Transistors ein Signal verursachen würde.To monitor such, not related to the present patent application belonging circuit arrangement is now the known circuit after the German Auslegeschrift 1152 479 not usable because in the event of a line interruption or the failure of the operating voltage with the transistor closed, the constant auxiliary voltage lie across the capacitor C and thus cause a signal when the transistor is switched on would.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktion einer in der Kollektorleitung eines Transistors liegenden Elektromagnetspule, die während ihrer Anzugszeit über einen Richtleiter an eine Konstantspannungsquelle angeschaltet ist und während des stationären Zustandes von der Betriebsspannung des Transistors gespeist wird. Bei einer derartigen Anordnung ist die Erfindung darin zu sehen, daß parallel zum die Konstantspannungsquelle anschaltenden Richtleiter eine aus einem weiteren Richtleiter in entgegengesetzter Polung und einem Widerstand bestehende Serienschaltung liegt, und daß am Verbindungspunkt des Richtleiters und des Widerstandes ein Anschluß eines Kondensators angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß mit einer Überwachungsschaltung verbunden ist.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the function of an electromagnetic coil located in the collector line of a transistor, during their pick-up time via a directional conductor to a constant voltage source is switched on and during the steady state of the operating voltage of the transistor is fed. With such an arrangement, the invention it can be seen that parallel to the directional conductor connecting the constant voltage source one from another directional conductor with opposite polarity and a resistor existing series circuit is, and that at the connection point of the directional conductor and of the resistor, one terminal of a capacitor is connected, the other of which Terminal is connected to a monitoring circuit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 3 und 4. näher erläutert.An embodiment of the invention is described below with reference to the F i g. 3 and 4. explained in more detail.

Die in F i g. 3 gezeigte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung unterscheidet sich im wesentlichen von der vorher beschriebenen Schaltungsanordnung nach F i g. 2 dadurch, daß dem Richtleiter D 3 die Serienschaltung des -Richtleiters D 1 und des Widerstandes R 2 parallel geschaltet ist und daß am Verbindungspunkt b des Richtleiters D 1 mit dem Widerstand R2 ein Kondensator C1 angeschlossen. ist, an dessen anderem Anschluß c das Überwachungssignal abgenommen werden kann. Der Widerstand R 1 und der Richtleiter D 2 seien zunächst als nicht vorhanden betrachtet.The in F i g. The circuit arrangement according to the invention shown in FIG. 3 differs essentially from the previously described circuit arrangement according to FIG. 2 in that the directional conductor D 3, the series circuit of the directional conductor D 1 and the resistor R 2 is connected in parallel and that a capacitor C1 is connected to the connection point b of the directional conductor D 1 with the resistor R2. is, at the other terminal c, the monitoring signal can be picked up. The resistor R 1 and the directional conductor D 2 are initially considered to be absent.

Bei störungsfreier Funktion der zu überwachenden Schaltung liegt am Punkt a (Kollektor) bei gesperrtem Transistor T die Spannung UB an, so daß der Richtleiter D 1 leitend ist und auch der Punkt b auf diese Spannung gelegt wird.If the circuit to be monitored is functioning properly, the voltage UB is applied to point a (collector) with the transistor T blocked, so that the directional conductor D 1 is conductive and point b is also applied to this voltage.

Wird nun der Transistor T leitend gesteuert, so sinkt die Spannung am Punkt a, wie beschrieben, auf den Wert UB- UH ab. Damit wird der Richtleiter D 1 gesperrt und der Punkt b nimmt ebenfalls die Spannung UB- Uh an. Diese Spannungsänderung des Punktes b wird durch den Kondensator C1 auf die Ausgangsklemme c in Form eines Impulses übertragen, der zui Anzeige einer einwandfreien - Funktion der Elektromagnetspule benutzt wird. Um eine genügend rasche Spannungsänderung am Punkt b zu erreichen, muß die vom Widerstand R 2 und vom Kondensator C1 abhängige Zeitkonstante klein sein (einige ttsec). Der Widerstand R 2 ist dabei immer noch groß gegen den Gleichstromwiderstand der Magnetspule, so daß der vom positiven Pol der Hilfsspannungsquelle UH über M, D 1, R 2 zum negativen Pol fließende Strom gegen den Betriebsstrom für den Elektromagnet M vernachlässigbar klein ist.If the transistor T is now made conductive, the voltage at point a drops, as described, to the value UB- UH. The directional conductor D 1 is thus blocked and point b also assumes the voltage UB- Uh. This change in voltage at point b is transmitted through capacitor C1 to output terminal c in the form of a pulse which is used to indicate proper functioning of the solenoid. In order to achieve a sufficiently rapid voltage change at point b, the time constant dependent on resistor R 2 and capacitor C1 must be small (a few ttsec). The resistance R 2 is still large compared to the direct current resistance of the magnet coil, so that the current flowing from the positive pole of the auxiliary voltage source UH via M, D 1, R 2 to the negative pole is negligibly small compared to the operating current for the electromagnet M.

In F i g. 4 sind die Verläufe der Spannungen - in Abhängigkeit von der Zeit für den Fall aufgetragen, daß die zu -überwachende Schaltung nicht gestört ist. Die positiven Anstiegsflanken bzw. der positive Impuls ergeben sich beim Abschalten des Elektromagnets.In Fig. 4 are the curves of the voltages - as a function of plotted against the time in the event that the circuit to be monitored is not disturbed is. The positive rising edges or the positive pulse result when switching off of the electromagnet.

Im Fall, daß die Zuleitung zur Magnetspule M unterbrochen ist, liegt am Punkt a die Spannung UB-UH auch schon bei gesperrtem Transistor T an. Wird der Transistor T leitend, so ändert sich die Spannung am Punkt a praktisch nicht mehr. Ein Ausgangsimpuls entsteht nicht.In the event that the supply line to the solenoid M is interrupted, lies at point a the voltage UB-UH even with the transistor T blocked. Will the If transistor T is conductive, the voltage at point a practically no longer changes. There is no output pulse.

Schaltet man jedoch gemäß F i g. 3 in bekannter Weise der Magnetspule M den Richtleiter D 2 zum Kurzschluß von schädlichen Überspannungen beim Abschalten parallel, so stellt sich der Punkt a im Verhältnis der Sperrwiderstände der Richtleiter D 2 und D 3 auf eine Spannung ein, deren Wert zwischen UB und UB-UH liegt. Diese störende Potentialanhebung wird durch die Anschaltung des hochohmigen Widerstandes R 1 zwischen Punkt a und Erde vermieden. Der Wert des Widerstandes R 1 muß lediglich klein gegen den Sperrwiderstand des Richtleiters D 2 sein.However, if you switch according to FIG. 3 parallel to the magnetic coil M the directional conductor D 2 for short-circuiting harmful overvoltages when switching off, the point a in the ratio of the blocking resistances of the directional conductors D 2 and D 3 is set to a voltage whose value is between UB and UB-UH lies. This disruptive increase in potential is avoided by connecting the high-value resistor R 1 between point a and earth. The value of the resistor R 1 only has to be small compared to the blocking resistance of the directional conductor D 2.

Wenn nun durch einen Kurzschluß die Spule M des Elektromagnets überbrückt ist, entsteht am Punkt a kein nennenswerter Spannungssprung, da die Betriebsspannung UB sowohl im leitenden als auch im gesperrten Zustand des Transistors T unmittelbar an dessen Kollektor anliegt und die Betriebsspannungsquelle UB im allgemeinen genügend niederohmig ist. Ein anderer, den einwandfreien Betrieb der Schaltungsanordnung störender Zustand kann durch einen Masseschluß der zur Elektromagnetspule M führenden Leitung verursacht werden. Dann liegt bei gesperrtem Transistor T am Punkt a die Spannung 0 V an, so daß bei geöffnetem Transistor keine Potentialänderung eintritt. Daher tritt auch beim Ansteuern des Transistors kein Spannungssprung am Kondensator C auf. Für den Fall, daß die Betriebsspannung UB ausfällt, erhält man ebenfalls am Punkt c kein Ausgangssignal, weil der Punkt a über den kleinen Wicklungswiderstand des Magnets M und über die dynamisch niederohmige Speisespannungsquelle praktisch an Masse liegt. Wenn der Transistor öffnet, ergibt sich daher kein wesentlicher Potentialsprung am Punkt b. Ein besonderer Vorteil der Anordnung der Erfindung besteht darin, daß sich die Betriebsspannung UB in weiten Bereichen sowohl in positiver als auch in negativer Richtung ändern kann (z. B. -f-15 bis -25%). Da nämlich die Spannung UH eine konstante Spannung ist, bleibt auch die Spannungsdifferenz zwischen Punkt a und dem negativen Pol der Hilfsspannungsquelle immer konstant, und das Potential am Punkt b verschiebt sich proportional mit der Betriebsspannung UB. Damit bleibt auch die Signalamplitude am Punkt c immer gleich groß.If the coil M of the electromagnet is bridged by a short circuit, there is no significant voltage jump at point a, since the operating voltage UB is applied directly to the collector of the transistor T both in the conductive and in the blocked state and the operating voltage source UB is generally sufficiently low . Another condition that interferes with the proper operation of the circuit arrangement can be caused by a ground fault in the line leading to the electromagnetic coil M. Then, when the transistor T is blocked, the voltage 0 V is present at point a, so that no change in potential occurs when the transistor is open. For this reason, there is no voltage jump across the capacitor C when the transistor is activated. In the event that the operating voltage UB fails, there is also no output signal at point c, because point a is practically grounded via the small winding resistance of magnet M and via the dynamically low-resistance supply voltage source. When the transistor opens, there is therefore no significant potential jump at point b. A particular advantage of the arrangement of the invention is that the operating voltage UB can change in wide ranges both in the positive and in the negative direction (e.g. -f-15 to -25%). Since the voltage UH is a constant voltage, the voltage difference between point a and the negative pole of the auxiliary voltage source always remains constant, and the potential at point b shifts proportionally with the operating voltage UB. This means that the signal amplitude at point c always remains the same.

Claims

Claim: Circuit arrangement for monitoring the function of an electromagnetic coil located in the collector line of a transistor, which is connected to a constant voltage source via a directional conductor during its pick-up time and is fed by the operating voltage of the transistor during the stationary state, characterized in that the constant voltage source is connected in parallel to the directional couplers (D 3) consisting of a further directional couplers (D1) in opposite polarity and a resistor (R2) series circuit, and in that at the connection point (b) of the directional conductor (D 1) and resistor (R 2) a terminal of a capacitor ( C1) is connected, the other terminal of which is connected to a monitoring circuit - Publications considered: German Auslegeschrift No. 1152 479.