DE4418146B4

DE4418146B4 - Verfahren und Schaltanordnung zum Betrieb eines Elektromagneten

Info

Publication number: DE4418146B4
Application number: DE19944418146
Authority: DE
Inventors: Bernd Geser
Original assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2014-05-26
Also published as: DE4418146A1

Abstract

Schaltanordnung zum Betrieb eines mit einer Erregerspule und einem beweglichen Anker versehenen Elektromagneten mit Gleichstrom, wobei ein am Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossener Schutztrenntransformator und ein nachgeschalteter Gleichrichter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (2) in Ladeanordnung mit dem Kondensator (3) verbunden ist, die Erregerspule (7) des Magneten in Reihe mit einem Thyristor (6) an dem Kondensator (3) angeschlossen ist und eine Zenerdiode (4) den einen Anschlusspunkt des Kondensators (3) mit dem Gate des Thyristors (6) verbindet, wobei nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die entsprechend der Leerlaufspannung des Trenntransformators (1) erhöhte anfängliche Ladespannung des Kondensators (3) den Spannungswert der Zenerdiode (4) erreicht, so dass diese und damit auch der Thyristor (6) zündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung und deren Anwendung nach den Patentansprüchen 1 und 4. Die Erfindung ist bei Elektromagneten von Bedeutung, die nach Einschalten des Erregerstromes zunächst eine erhöhte Leistung erbringen müssen und deren Leistungsbedarf danach abfällt, zum Beispiel Magnetventile in Form von Sitzventilen, die im nicht erregten Zustand geschlossen sind und zum Öffnen einen erhöhten Kraftbedarf haben.
Die Druckschrift DE 32 06 590 C2 betrifft einen Stoßstromgenerator, der einen Kondensator enthält und wobei dieser mittels einer Transistorsperrschwingerschaltung auf eine gegenüber der Eingangsspannung stark überhöhte Spannung aufgeladen wird. Der einmalige Entladestromstoß dieses Kondensators liefert eine erhöhte Momentanleistung an das Magnetventil, während die weiterhin erforderliche Halteleistung direkt aus der Gleichspannungsquelle bezogen wird.
Nachteilig bei diesem Stoßstromgenerator ist jedoch, daß die Sperrschwinger- oder Sperrwandlerschaltung zahlreiche Bauelemente umfaßt und somit vergleichsweise komplex und zugleich aufwändig herzustellen ist.
Die Druckschrift DE 22 05 444 A offenbart die Verwendung von Zenerdioden bei einer Schaltung für die Erregung von Elektromagneten, wobei neben einem Haltebetrieb auch ein Anzugsbetrieb vorgesehen ist.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Schaltanordnung, die einen impulsartig erhöhten Einschaltstrom erzeugt und sodann auf einen niedrigeren Haltestrom absinkt, vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfacht ist.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Schaltungsanordnung mit einem am Wechselstromversorgungsnetz angeschlossenen Schutztrenntransformator und einem nachgeschalteten Gleichrichter weiterhin, daß der Gleichrichter in der Ladeanordnung mit dem Kondensator verbunden ist, die Erregerspule des Magneten in Reihe mit einem Thyristor an dem Kondensator angeschlossen ist und eine Zenerdiode an einem Anschlußpunkt des Kondensators mit dem Gate des Thyristors verbindet, wobei nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die entsprechend der Leerlaufspannung des Trenntransformators erhöhte anfängliche Ladespannung des Kondensators den Spannungswert der Zenerdiode erreicht, so daß diese und damit auch der Thyristor zündet.
Die bei der Schaltung gemäß der DE 32 06 590 C2 verwendete Sperrschwinger- oder Sperrwandlerschaltung ist bei der vorliegenden Erfindung mit der Zenerdiode mit Vorwiderstand in Kombination mit dem Schutztrenntransformator vergleichbar. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung wesentlich einfacher aufgebaut und somit entscheidend einfacher herstellbar. Hierdurch werden entsprechende Herstellungskosten wesentlich reduziert und die Betriebssicherheit im Vergleich zum Stand der Technik entscheidend erhöht.
Gemäß der Erfindung ist dagegen dem Elektromagnet ein am Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossener Schutztrenntransformator und ein Gleichrichter vorgeschaltet. Dieser Gleichrichter ist in Ladeordnung mit dem Kondensator verbunden. Die Erregerspule des Magneten ist in Reihe mit einem Thyristor an dem Kondensator angeschlossen und eine Zenerdiode verbindet den einen Anschlußpunkt des Kondensators mit dem Gate des Thyristors, wobei nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die entsprechend der Leerlaufspannung des Trenntransformators erhöhte anfängliche Ladespannung des Kondensators den Spannungswert der Zenerdiode erreicht, so daß diese und damit auch der Thyristor zündet (durchlässig wird). Über den Thyristor und die Erregerspule fließt nun der Entladestrom des Kondensators, der nach der Entladung auf den normalen Betriebsstrom des Trenntransformators absinkt. Wird dann die Netzwechselspannung abgeschaltet, wird der Thyristor wieder nichtleitend und die Schaltanordnung ist wieder für den nächsten Einschaltimpuls gerüstet.
Der Vorteil gegenüber dem an sich bekannten Gleichstrombetrieb eines Elektromagneten mit einem vorgeschalteten Schutztrenntransformator besteht darin, daß bei einem erhöhten anfänglichen Leistungsbedarf des Magneten die erwähnten Vorschaltkomponenten nicht für diese erhöhte Anfangsleistung ausgelegt werden müssen, sondern nur für die sehr viel geringere Halteleistung, die jedoch während eines sehr viel längeren Zeitraums gefordert wird und eigentlich ausschlaggebend ist.
Das Ausmaß der Erhöhung der anfänglichen Stromstärke hängt auch von der Bemessung des Schutztrenntransformators ab, der vorzugsweise eine "weiche" Charakteristik hat und dessen Leerlaufspannung unter der sogenannten Kleinspannung von 42 V liegt. Die erforderliche Halteleistung des Magneten beträgt in vielen Fällen nur einen Bruchteil der anfänglichen Leistung, zum Beispiel etwa 20%.
Eine bevorzugte Anwendung der beschriebenen Schaltanordnung ergibt sich bei einem in erregtem Zustand geöffneten Magnetventil, das im Haushaltsbereich an einer Wasserleitung angebaut ist, zum Beispiel ein Ventil zum Schutz vor Wasserschäden beim Platzen des Anschlußschlauches einer wasserführenden Haushaltsmaschine. Solche Ventile werden derzeit meist mit Netzwechselspannung betrieben, wobei es erforderlich ist, die Ventile zum Schutz gegen Berührungsspannungen sehr sorgfältig mit Kunststoff zu umspritzen, das heißt aufwendig zu isolieren. Werden solche Ventile mit einem Schutztrenntransformator und Kleinspannung betrieben, so verringern sich zwar die Herstellungskosten des Ventils, es kommen jedoch die Kosten für den Transformator hinzu. Die Erfindung bietet hier die Möglichkeit, durch eine kleine Dimensionierung des Transformators dessen Kosten soweit zu senken, daß der Kleinspannungsbetrieb wirtschaftlich erfolgversprechend wird. Ein zusätzlicher Vorteil dabei ist die erhöhte Sicherheit gegen Berührungsspannungen. Außerdem ist der Gleichstrombetrieb solcher Ventile interessant, weil das Brummen entfällt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Schaltbildes erläutert, wobei die Maßangaben sich auf den zuletzt erwähnten Anwendungsfall beziehen.
Mit einem Schutztrenntransformator 1 für Kleinspannung wird die Netzwechselspannung auf eine Leerlaufspannung von höchstens 42 V (Momentanwert) transformiert. Über einen Brückengleichrichter 2 wird ein Elektrolytkondensator 3 (ca. 470 μF/63 V) geladen. An den Kondensator 3 ist in Reihe mit einem Thyristor 6 die Erregerwicklung 7 eines Magnetventils angeschlossen. Das Gate des Thyristors ist über einen Strombegrenzungswiderstand 5 und eine Zenerdiode 4 mit dem positiven Anschlußpunkt des Kondensators 3 verbunden. Der Schutztrenntransformator hat eine Nennspannung von 12 V, eine Nennleistung von 1,5 VA und eine Leerlaufspannung von 16,7 V. Er hat eine "weiche Charakteristik", das heißt seine Ausgangsspannung bricht bei Belastung stark ein. Er ist kurzschlußfest bis zu einer Umgebungstemperatur von 70°C.
Überschreitet nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die Ladespannung des Kondensators 3, die im Beispiel 23 V erreicht, den Spannungswert der Zenerdiode 4, wird diese leitend und zündet über den Strombegrenzungswiderstand 5 den Thyristor 6. Dieser wird sodann ebenfalls leitend und entlädt den Kondensator 3 über die Erregerwicklung 7, wobei das Magnetventil öffnet. Die Halteleistung beträgt nur etwa 20% der Öffnungsleistung, weshalb der Transformator auch nur für diese Leistung ausgelegt ist. Bedingt durch die Bauart des Transformators stellt sich je nach dem Widerstand der Erregerspule eine Spannung an der Spule ein, die zwischen der Öffnungsspannung und der Haltespannung liegt.
Beim Abschalten der Netzwechselspannung wird der Kondensator 3 über die Magnetspule 7 und den Thyristor 6 sofort entladen bis dieser schließlich nach Abklingen des Stromes nichtleitend wird.

Claims

Schaltanordnung zum Betrieb eines mit einer Erregerspule und einem beweglichen Anker versehenen Elektromagneten mit Gleichstrom, wobei ein am Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossener Schutztrenntransformator und ein nachgeschalteter Gleichrichter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (2) in Ladeanordnung mit dem Kondensator (3) verbunden ist, die Erregerspule (7) des Magneten in Reihe mit einem Thyristor (6) an dem Kondensator (3) angeschlossen ist und eine Zenerdiode (4) den einen Anschlusspunkt des Kondensators (3) mit dem Gate des Thyristors (6) verbindet, wobei nach dem Einschalten der Netzwechselspannung die entsprechend der Leerlaufspannung des Trenntransformators (1) erhöhte anfängliche Ladespannung des Kondensators (3) den Spannungswert der Zenerdiode (4) erreicht, so dass diese und damit auch der Thyristor (6) zündet.
Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutztrenntransformator (1) eine Leerlaufspannung hat, die unter der Kleinspannung von 42 V liegt.
Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Halteleistung des Magnetventils, dessen Erregerspule (7) durch die Anordnung gespeist wird, in der Offenstellung nur einen Bruchteil, zum Beispiel etwa 20%, der Öffnungsleistung ausmacht.
Anwendung der Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem im erregten Zustand geöffneten Magnetventil, das im Haushaltsbereich an einer Wasserleitung angebaut ist.