DE1294551B

DE1294551B - Circuit arrangement for supplying electromagnets with accelerated armature pull-up and drop-off

Info

Publication number: DE1294551B
Application number: DE1953W0035600
Authority: DE
Inventors: Espel Gottfried
Original assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Current assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Priority date: 1953-11-11
Filing date: 1953-11-11
Publication date: 1969-05-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Elektromagneten mit beschleunigtem Ankeranzug und -abfall, bei der ein Magnet aus einer Wechselstromquelle über einen Gleichrichter, einen parallelgeschalteten Kondensator und einen zwischen dem Kondensator und dem Magneten angeordneten Schalter zum Ein- und Ausschalten des Magneten mit Gleichstrom gespeist wird, wobei zwischen dem Gleichrichter und dem Kondensator ein Widerstand vorgesehen ist.The invention relates to a circuit arrangement for feeding electromagnets with accelerated armature pull-up and drop-off, in which a magnet is drawn from an alternating current source via a rectifier, a parallel capacitor and an between the capacitor and the magnet arranged switch for switching on and off of the magnet is fed with direct current, with between the rectifier and a resistor is provided for the capacitor.

Bei der Anwendung von Hubmagneten in schnelllaufenden Maschinen beispielsweise zum .Betätigen einer Weiche zum Ausschalten fehlerhafter Werkstücke od. dgl., kommt es auf folgende Eigenschaften an: 1. kurze Anzugzeit, 2. kurze Abfallzeit, _ -3. Ertragen großer Schalthäufigkeit ohne überhitzen und 4. Durchbrennsicherheit bei durch äußere Einflüsse verhindertem vollem Anziehen des Magneten. Normale Gleichstrommagneten, deren Spulen einen dem Nennstrom entsprechenden ohmschen Widerstand aufweisen, ertragen zwar aus diesem Grund eine beliebig große Schalthäufigkeit ohne Überhitzung und brennen auch nicht durch, wenn der Magnet infolge äußerer Einflüsse nicht ganz angezogen hat, besitzen aber infolge der zur Erzielung des großen ohmschen Widerstandes erforderlichen großen Windungszahl eine sehr. große Selbstinduktion, -.infolge welcher der Strom beim Einschalten langsam ansteigt und nach dem Ausschalten langsam abfällt, .so daß .die Anzugzeit und die Abfallzeit so lang sind, daß normale Gleichstrommagneten für ein schnelles Arbeiten keine Verwendung finden können.When using lifting magnets in high-speed machines, for example to .Betieren a switch to turn off defective workpieces or the like. Comes it has the following properties: 1. short pull-in time, 2. short fall-off time, _ -3. Withstands high switching frequencies without overheating and 4. safety against burnout Full attraction of the magnet prevented by external influences. Normal DC magnets, the coils of which have an ohmic resistance corresponding to the nominal current for this reason an arbitrarily large switching frequency without overheating and also do not burn out if the magnet is not fully attracted due to external influences has, but have as a result of the necessary to achieve the large ohmic resistance a very large number of turns. great self-induction, - as a result of which the current slowly increases when switched on and slowly decreases after switching off, so that .the pick-up time and the release time are so long that normal DC magnets cannot be used for fast work.

Infolge der großen Selbstinduktion der Gleichstrommagneten tritt außerdem beim Abschalten des Magneten ein sehr großer Öffnungsfunke im Schalter auf, der durch Abbrand dessen Lebensdauer begrenzt.As a result of the large self-induction of the DC magnets also occurs when the magnet is switched off, a very large opening spark appears in the switch, which its service life is limited by burning.

Ein Gleichstrommagnet für eine Hubarbeit von 3 cmkp für eine Spannung von 200 Volt besitzt einen ohmschen Widerstand von 1800 Ohm, im angezogenen Zustand eine Induktivität von 70 Hy und im abgefallenen Zustand von 30 Hy (Hy = Henry). Dieser Magnet hat eine Anzugszeit von 230 ms und eine Abfallzeit von 80 ms.A DC magnet for a lifting work of 3 cmkp for a voltage of 200 volts has an ohmic resistance of 1800 ohms when tightened an inductance of 70 Hy and in the released state of 30 Hy (Hy = Henry). This magnet has an attraction time of 230 ms and a release time of 80 ms.

Durch Vorschalten eines Widerstandes und Anlegen einer entsprechend höheren Spannung erreicht man eine entsprechend hohe Klemmspannung an dem Magneten, so daß derselbe im ersten Augenblick des Einschaltens übererregt ist und schneller anzieht. Bei einsetzendem Stromfluß bricht die Überspannung infolge des Vorwiderstandes sofort zusammen,-sö daß nur der Nennstrom des Magneten fließt. Durch diese sogenannte Schnellerregung kann zwar die Anzugzeit in gewissen Grenzen, nicht aber die Abfallzeit herabgesetzt werden. Zum Einsatz in schnellaufenden Maschinen, wo eine sehr kurze Anzugzeit und auch eine kurze Abfallzeit erforderlich ist, kann daher der Gleichstrommagnet auch bei der soeben angegebenen Schnellerregung keine Verwendung finden.By connecting a resistor and applying one accordingly higher voltage, a correspondingly high clamping voltage is achieved on the magnet, so that it is overexcited in the first moment of switching on and faster attracts. When the current begins to flow, the overvoltage breaks as a result of the series resistor immediately together, -sö that only the nominal current of the magnet flows. Through this so-called Faster excitation can reduce the pick-up time within certain limits, but not the drop-off time be reduced. For use in high-speed machines where a very short one A pull-in time and a short fall-off time is required, the DC magnet can therefore also not be used with the high-speed excitation just mentioned.

Verhältnismäßig kurze Anzug- und Abfallzeiten hat man jedoch schon mit Wechselstrommagneten erzielt. Da für einen Wechselstrom die Selbstinduktion einer von ihm durchflossenen Spule ständig als Widerstand wirkt, ergeben sich für wechselstromgespeiste Magneten Spulen mit einem verhältnismäßig sehr geringen ohmschen Widerstand.However, you already have relatively short tightening and falling times achieved with AC magnets. As for an alternating current, the self-induction a coil through which it flows constantly acts as a resistance, result for AC-fed magnet coils with a relatively very low ohmic Resistance.

Ein WechseIstrommagnet von ebenfalls 3 cmkp und der gleichen Betriebsspannung von etwa 200 Volt wie bei dem vorerwähnten Gleichstrommagneten hat einen ohmschen Widerstand von nur 90 Ohm, im angezogenen Zustand eine Induktivität von 3 Hy und im abgefallenen Zustand von 0,45 Hy.An alternating current magnet of also 3 cmkp and the same operating voltage of about 200 volts as in the aforementioned DC magnet has an ohmic one Resistance of only 90 ohms, when energized an inductance of 3 Hy and in the fallen state of 0.45 Hy.

Da die Selbstinduktion im abgefallenen Zustand wesentlich geringer ist als im angezogenen Zustand -im angegebenen Musterfall nur rund der 6,7te Teil -, fließt beim Einschalten eines abgefallenen Wechselstrommagneten ein wesentlich höherer Strom als der Nennstrom, welch letzterer durch den induktiven Widerstand des Magneten bei angezogenem Anker bestimmt wird. Der nach dem Einschalten sehr große und während des Anziehens auf den Nennstrom abfallende Strom bewirkt eine sehr starke magnetische Erregung und damit eine große Zugkraft, die zu einer recht kurzen Anzugzeit führt, die im vorliegenden Beispiel mit etwa 10 ms gemessen wurde. Die Abfallzeit betrug 10 bis 15 ms.Since the self-induction in the dropped state is much lower is only around the 6.7th part than in the tightened state - in the specified sample case -, flows a substantial when switching on a dropped AC magnet higher current than the nominal current, the latter due to the inductive resistance of the magnet is determined when the armature is attracted. The very after switching on A large current that drops to the rated current during attraction causes a very strong magnetic excitation and therefore a great pulling force that leads to a right short pull-in time, which was measured in the present example with about 10 ms. The fall time was 10 to 15 ms.

Gegenüber den Gleichstrommagneten weisen daher die Wechselstrommagneten wesentlich schnellere Anzug- und Abfallzeiten auf, selbst gegenüber den Gleichstrommagneten mit Schnellerregung, doch weisen sie andererseits wiederum empfindliche Mängel auf: Infolge des erhöhten Stromflusses, bis der Magnet angezogen hat, ist seine Schalthäufigkeit unter Vermeidung von Überhitzung begrenzt, wobei die Größe des Hubes auch noch eine Rolle spielt, da die Anzugzeit und damit die Zeit der Übererregung mit dem Hub wächst.The alternating current magnets therefore have opposite the direct current magnets Significantly faster pick-up and drop-off times, even compared to direct current magnets with rapid excitation, but on the other hand they again have sensitive defects: As a result of the increased current flow until the magnet has attracted, its switching frequency is limited while avoiding overheating, the size of the stroke also being a This plays a role, since the pick-up time and thus the time of overexcitation increases with the stroke.

Weiter müssen aus demselben Grund Wechselstrommagneten stets voll zum Anzug kommen, wenn sie nicht durchbrennen sollen, da bei nicht voll angezogenem Anker die Indüktivität zu gering und der Strom daher zu groß für die Spule ist.Furthermore, AC magnets must always be full for the same reason come to the suit if they are not supposed to burn through, because when not fully dressed Armature the inductance is too low and the current is therefore too high for the coil.

Aus der deutschen Patentschrift 950 479 ist bereits eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art bekannt, mittels der ein als Gleichstrommagnet ausgebildeter Magnet mit Gleichstrom gespeist wird, wobei der zwischen dem Gleichrichter und dem Kondensator vorgesehene Widerstand lediglich den Zweck hat, die Aufladung des Kondensators langsam zu gestalten. Diese für Gleichstrommagneten vorgesehene bekannte Schaltungsanordnung ist nicht gegeignet, die eingangs bereits beschriebenen Nachteile von Gleichstrommagneten zu überwinden, nämlich die lange Anzug- und Abfallzeit von Gleichstrommagneten, auf Grund derer diese für schnelle Schaltvorgänge ungeeignet sind.A circuit arrangement is already from the German patent specification 950 479 of the type described above is known, by means of which a designed as a direct current magnet Magnet is fed with direct current, the between the rectifier and the Capacitor provided resistor only has the purpose of charging the capacitor to shape slowly. This known circuit arrangement intended for direct current magnets is not suitable for the disadvantages of direct current magnets already described at the beginning to overcome, namely the long pick-up and drop-out times of DC magnets, because of which these are unsuitable for fast switching operations.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1028 845 ist ein elektromagnetisches Schaltventil bekannt, dessen Eisenkreis durch Gleich- oder Wechselstrom erregbar ist, bei dem die Erregung des Eisenkreises durch die beiden genannten Stromarten während der Anker-und damit der Ventilbewegung nacheinander erfolgt. Dabei soll bei dieser bekannten Anordnung der Magnet zum Anziehen mit Wechselstrom gespeist werden, um das gegenüber Gleichstrommagneten größere Anzugmoment auszunutzen. Dies bedeutet, daß diese bekannte Anordnung alle oben bereits geschilderten Nachteile von Wechselstrommagneten besitzt und insofern nachteilig ist. Diese bekannte Anordnung ist auch insofern nachteilig, als einerseits der Magnet rasch anziehen soll, weshalb eine hohe Wechselspannung angelegt werden muß, was jedoch zur Folge hat, daß nach dem Einschalten des Gleichrichters eine derart hohe Gleichspannung vorliegt, daß die Gefahr des Durchbrennens der Spule besteht. Wird dieser Gefahr dadurch Rechnung getragen, daß von einer niedrigeren Wechselspannung ausgegangen wird, so ist das gewünschte rasche Anziehen des Magneten nicht mehr gewährleistet.From the German Auslegeschrift 1028 845 is an electromagnetic one Switching valve known whose iron circuit can be excited by direct or alternating current is, in which the excitation of the iron circle by the two types of currents mentioned during the armature and thus the valve movement takes place one after the other. It should in this known arrangement, the magnet is supplied with alternating current for attraction in order to take advantage of the greater tightening torque compared to direct current magnets. this means that this known arrangement has all of the disadvantages already outlined above of AC magnets and is disadvantageous in this respect. This known arrangement is also disadvantageous in that on the one hand the magnet attracts quickly should, which is why a high AC voltage must be applied, but what the consequence has that after switching on the rectifier such a high DC voltage there is a risk of the coil burning out. Will this danger taken into account by assuming a lower alternating voltage the desired rapid attraction of the magnet is no longer guaranteed.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die vorstehenden Nachteile vermeidet und die möglichst noch kürzere Anzugzeiten als mit einem Wechselstrommagneten erreichbar ermöglicht, die kurzen Abfallzeiten der Wechselstrommagneten liefert, eine sehr große Schalthäufigkeit zu erreichen gestattet, den Magneten gegen nicht vollständiges Anziehen unempfindlich macht und nur einen geringen Öffnungsfunken beim Abschalten des Magneten mit sich bringt.The invention is therefore based on the object of a circuit arrangement to create the type described above, which avoids the above disadvantages and the even shorter pull-in times possible than can be achieved with an alternating current magnet enables, which delivers short fall times of the AC magnets, a very Achieving a high switching frequency allows the magnet against incomplete Tightening makes it insensitive and only a slight opening spark when switching off of the magnet.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Magnet als Wechselstrommagnet ausgebildet und für die Spannung der Wechselstromquelle (z. B. 220 V) ausgelegt ist und daß der Widerstand derart bemessen ist, daß der nach dem Einschalten und nach dem Abklingen des Kondensator-Entladestroms durch den Wechselstrommagneten fließende, gleichgerichtete Dauerstrom dem Nennstrom des Wechselstrommagneten entspricht. Durch die Speisung des Wechselstrommagneten mit Gleichstrom wird Unempfindlichkeit gegen unvollständiges Anziehen erreicht, da die sich beim Anziehen des Magneten verändernde Selbstinduktion keine Rolle mehr spielt. Der Kondensator lädt sich bei abgeschaltetem Magneten auf und bewirkt beim Einschalten durch seine Entladung eine kräftige Übererregung, die ein sehr schnelles Anziehen des Magneten zur Folge hat. Insbesondere wohl, weil beim Betrieb mit Gleichstrom keine Erwärmung infolge von Wirbelstromverlusten auftritt und damit die Erwärmung des Magneten wesentlich geringer ist als beim Betrieb mit Wechselstrom, konnte an dem erfindungsgemäß gespeisten Magneten eine ganz wesentlich größere Schalthäufigkeit ohne unzulässige Erwärmung erprobt werden. Infolge der geringen Induktivität des Wechselstrommagneten im Vergleich mit einem Gleichstrommagneten und infolge der auf Grund der Niederohmigkeit der Spule geringen Klemmenspannung des Magneten bei angezogenem Anker ergibt sich beim Abschalten desselben nur ein äußerst geringer Öffnungsfunke, so daß der Schalter eine lange Lebensdauer hat. Infolge des wesentlich geringeren induktiven Widerstandes der Wechselstrommagnetspule gegenüber einer Gleichstromspule ist auch beim Betrieb mit Gleichstrom die Abfallzeit des erfindungsgemäß gespeisten Magneten, die sehr stark auch von der das Abfallen bewirkenden Rückholkraft (z. B. Federkraft) abhängt, in keiner Weise größer als bei dem Betrieb mit Wechselstrom. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist somit in bezug auf den Magneten in außerordentlich vorteilhafter Weise durchbrennsicher, schnellschaltend und von hoher Lebensdauer.This task is described in the introduction with a circuit arrangement Kind of solved in that according to the invention the magnet is designed as an alternating current magnet and for the voltage of the alternating current source (z. B. 220 V) and that the resistance is dimensioned in such a way that the after switching on and after decay of the capacitor discharge current flowing through the AC magnet, rectified Continuous current corresponds to the nominal current of the AC solenoid. By feeding of AC solenoid with direct current becomes insensitivity to incomplete Attracting achieved because the self-induction changes when the magnet is attracted no longer plays a role. The capacitor charges when the magnet is switched off and when switched on causes a strong overexcitation due to its discharge, the causes the magnet to attract very quickly. Especially probably because no heating due to eddy current losses occurs when operating with direct current and thus the heating of the magnet is significantly lower than when operating with Alternating current could have a very significant effect on the magnet fed according to the invention greater switching frequency can be tested without inadmissible heating. As a result of low inductance of the AC magnet compared to a DC magnet and due to the low terminal voltage due to the low resistance of the coil of the magnet when the armature is attracted, there is only one when it is switched off extremely low opening spark, so that the switch has a long service life. As a result of the significantly lower inductive resistance of the AC solenoid compared to a direct current coil, the fall time is also when operating with direct current of the magnet fed according to the invention, which is also very strong from the falling off effecting return force (e.g. spring force) depends, in no way greater than when operating with alternating current. The circuit arrangement according to the invention is thus with respect to the magnet in an extremely advantageous manner, burn-through safe, fast switching and long service life.

Die erfindungsgemäße Anordnung unter Verwendung eines Gleichrichters ist an Hand der Zeichnung nachstehend nochmals ausführlich beschrieben. Die dargestellte Anordnung besteht aus einem Wechsel-Strommagneten 1, der entsprechend dem geöffneten Schalter 2 in abgefallenem Zustand dargestellt ist, einem jenseits des Schalters 2 parallel zu dem Magneten geschalteten Kondensator 3, einem dem Magneten und dem Kondensator vorgeschalteten Widerstand 4 und einem Gleichrichter 5. An den Eingangsklemmen 6 und 7 des Gleichrichters 5 liegt eine Wechselspannung von beispielsweise effektiv 220 Volt und 50 Hz. Dann wird der Kondensator 3 entsprechend der Spitzenspannung von 220 - 1,41 = 310 Volt aufgeladen. Schließt man jetzt den Schalter 2, so erhält der Magnet, der an sich eine Spule für effektiv 220 Volt Wechselstrom von 50 Hz besitzt, einen kräftigen Stromstoß, so daß er äußerst schnell anzieht. Bei Wahl eines Kondensators von 64 Mikrofarad wurde eine Anzugzeit von nur 7 ms gemessen. Der Kondensator ist so bemessen, daß er sich entladen hat, wenn der Magnet angezogen hat, damit eine unnötige Speisung des Magneten und damit eine für die Schalthäufigkeit nachteilige unnötige Erwärmung ausgeschlossen sind. Es fließt sodann durch die Magnetspule ein Gleichstrom, der durch den Widerstand 4 von beispielsweise 500 Ohm von der Mittelwertspannung an den Ausgangsklemmen 8 und 9 des Gleichrichters 5 von 180 auf 30 Volt herabgesetzt ist, welche Spannung den Nennstrom durch die Magnetspule fließen läßt. Ein Durchbrennen der Magnetspule ist bei diesem Strom auch dann nicht möglich, wenn der Magnet infolge äußerer Einwirkungen nicht ganz angezogen haben sollte, da es bei dem Gleichstrom auf den Unterschied des induktiven Widerstandes im angezogenen und abgefallenen Zustand nicht ankommt. Im Dauerversuch ertrug der Magnet innerhalb der dargestellten Anordnung 9000 Schaltungen pro Stunde ohne unzulässig hohe Erhitzung, womit seine Schalthäufigkeit 75mal über derjenigen (120 pro Stunde) liegt, die für den gleichen Magneten bei Speisung mit Wechselstrom als nicht zu überschreiten vorgeschrieben ist.The arrangement according to the invention using a rectifier is described again in detail below with reference to the drawing. The arrangement shown consists of an alternating current magnet 1, which is shown in the dropped state corresponding to the open switch 2, a capacitor 3 connected in parallel to the magnet on the other side of the switch 2 , a resistor 4 connected upstream of the magnet and the capacitor, and a rectifier 5. An alternating voltage of, for example, effectively 220 volts and 50 Hz is applied to the input terminals 6 and 7 of the rectifier 5. The capacitor 3 is then charged according to the peak voltage of 220-1.41 = 310 volts. If you now close switch 2, the magnet, which itself has a coil for effectively 220 volts alternating current of 50 Hz, receives a powerful surge of current so that it attracts extremely quickly. When a capacitor of 64 microfarads was selected, a pick-up time of only 7 ms was measured. The capacitor is dimensioned so that it has discharged when the magnet has attracted, so that unnecessary supply of the magnet and thus unnecessary heating, which is detrimental to the switching frequency, are excluded. A direct current then flows through the magnet coil, which is reduced from the mean value voltage at the output terminals 8 and 9 of the rectifier 5 from 180 to 30 volts by the resistor 4 of, for example, 500 ohms, which voltage allows the rated current to flow through the magnet coil. With this current, the magnet coil cannot burn out even if the magnet has not fully attracted as a result of external influences, since the difference in inductive resistance in the attracted and released state is not important for the direct current. In a long-term test, the magnet withstood 9000 switchings per hour within the arrangement shown without excessively high heating, which means that its switching frequency is 75 times higher than that (120 per hour) that is prescribed for the same magnet as not to be exceeded when supplied with alternating current.

Eine Schalthäufigkeit von 9000 Ein- und Ausschaltungen in der Stunde ergibt für jede Ein- und Ausschaltung 400 ms, davon war der Magnet etwa 333 ms eingeschaltet und 67 ms ausgeschaltet. Die Aufladung des Kondensators erfolgte daher jeweils während 67 ms, was ohne weiteres möglich ist, da der Kondensator in 32 ms im wesentlichen, d. h. zu 6004, aufgeladen ist. (Da die Aufladung eines Kondensators asymptotisch verläuft, würde für eine 100%ige Rufladung eine unendliche Zeit benötigt, aus welchem Grunde man praktisch mit der Zeit für eine 60%ige Rufladung rechnet.)A switching frequency of 9000 switches on and off per hour results in 400 ms for each switching on and off, of which the magnet was switched on for about 333 ms and 67 ms off. The capacitor was therefore charged during 67 ms, which is easily possible, since the capacitor in 32 ms essentially, d. H. to 6004, is charged. (Since the charging of a capacitor is asymptotic runs, an infinite amount of time would be required for a 100% call charge, from which Basically, one practically counts on the time for a 60% call charge.)

Claims

Claim: Circuit arrangement for supplying electromagnets with accelerated armature pull-up and drop-off, in which a magnet is drawn from an alternating current source via a rectifier, a parallel capacitor and an between the capacitor and the magnet arranged switch for switching on and off of the magnet is fed with direct current, with between the rectifier and the capacitor a resistor is provided, d a d u r c h characterized that the magnet is designed as an alternating current magnet (1) and for the voltage of the alternating current source (z. B. 220 volts) is designed and that the resistor (4) dimensioned in such a way is, that after switching on and after the capacitor discharge current has decayed The rectified constant current flowing through the alternating current magnet (1) corresponds to the nominal current of the alternating current magnet (1).