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Dokumentenidentifikation DE102004005770B4 19.04.2007
Titel Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe und Leistungsschaltvorrichtung mit einer derartigen Schaltung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokyo, JP
Erfinder Takeuchi, Toshie, Tokio/Tokyo, JP;
Tsukima, Mitsuru, Tokio/Tokyo, JP;
Takeuchi, Yasushi, Tokio/Tokyo, JP;
Koyama, Kenichi, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 05.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004005770
Offenlegungstag 21.10.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse H01H 33/666(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01H 7/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01H 33/38(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Leistungsschaltvorrichtung, bei der eine derartige Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe verwendet wird.

Eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe zur Verwendung bei einem Betätigungsmechanismus zum Ansteuern einer Leistungsschaltvorrichtung ist beispielsweise aus der JP-A-2002-033 034 bekannt und dort insbesondere auf Seite 4 im Zusammenhang mit 9 bis 11 erläutert. Die herkömmliche Schaltung ist derart ausgebildet, daß zwei Entladeschalter, wie zum Beispiel Thyristorschalter, die von außen her steuerbar sind, synchron mit einem Öffnungsbefehl oder einem Schließbefehl eingeschaltet werden und in dem Moment der Beendigung eines solchen Öffnungsvorganges oder Schließvorgangs ausgeschaltet werden.

Bei der herkömmlichen Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe zur Verwendung bei einem Betätigungsmechanismus zum Ansteuern einer Leistungsschaltvorrichtung mit dem herkömmlichen Aufbau gibt es folgende Probleme.

Bei der herkömmlichen Schaltung sind eine Öffnungsspule und eine Schließspule zu Kondensatoren parallel geschaltet, und elektrische Energie wird mittels Entladeschaltern entladen, die mit diesen beiden Spulen jeweils in Reihe geschaltet sind. Bei dieser bekannten Anordnung ist es allgemein üblich, daß die genannte Öffnungsspule und die Schließspule innerhalb des Betätigungsmechanismus einander benachbart angeordnet sind.

Somit ergibt sich ein Problem dahingehend, daß ein beliebiger Induktionsstrom, der in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Stromrichtung der Spule der Erregungsseite fließt, durch die Spule der nicht erregten Seite aufgrund einer magnetischen Kopplung erzeugt wird, wenn ein Stromfluß stattfindet. Dadurch wird ein für die antriebsmäßige Bewegung erforderlicher Magnetfluß aufgehoben, und die Erzeugung einer Antriebskraft wird gehemmt.

Da sich ferner der Zustand der Magnetkopplung in überempfindlicher Weise in Abhängigkeit von einer relativen positionsmäßigen Beziehung zwischen einem beweglichen Element, das sich im angehaltenen Zustand befindet, sowie der genannten Öffnungsspule und der Schließspule ändert, besteht ein weiteres Problem dahingehend, daß der Betrieb nicht stabil ist.

Aus der DE 102 38 950 A1 ist ein Vakuumschaltgerät mit mindestens einem ersten Kontaktstück und mindestens einem zweiten beweglichen Kontaktstück sowie mit einem elektromagnetischen Antrieb für das zweite Kontaktstück bekannt. Der Antrieb weist mindestens eine Spule, eine Permanentmagnetanordnung und einen linear bewegbaren Anker auf, wobei der Anker mit dem zweiten Kontaktstück gekoppelt ist und wobei die Bewegungsrichtung des Ankers und die Bewegungsrichtung des zweiten Kontaktstücks beziehungsweise deren Mittelachsen in einer Linie liegen. Dabei ist der erste Kontaktstengel beweglich aus der Vakuumkammer geführt, während der das zweite Kontaktstück tragende bewegliche Kontaktstengel mit dem Anker unmittelbar starr gekoppelt ist. Zur Erzeugung des Kontaktdrucks zwischen den Kontaktstücken ist eine Kontaktdruckfeder vorgesehen, die den das erste Kontaktstück tragenden ersten Kontaktstengel dauernd in Richtung gegen das zweite Kontaktstück federnd beaufschlagt. Bei dieser herkömmlichen Anordnung ist eine Vakuumschaltröhre mit einem eine Aus-Spule und eine Ein-Spule aufweisenden Magnetantrieb bekannt, jedoch sind dort keine Beschaltungsvorrichtungen für die Spulen im einzelnen angegeben.

Aus der DE 101 55 969 A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Stellgliedes, insbesondere eines Relais bekannt, das eine reduzierte Verlustleistung ermöglicht. Die herkömmliche Vorrichtung weist eine Regelvorrichtung auf, die eine Spannung am elektromagnetischen Stellglied in Abhängigkeit einer Versorgungsspannung einstellt. Die Regelvorrichtung stellt dabei eine für das elektromagnetische Stellglied vorgegebene spezifische Spannung am elektromagnetischen Stellglied ein. Aus dieser Druckschrift ist es bereits bekannt, Dioden als Spannungsbegrenzungselemente einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht, verbesserte Ansteuereigenschaften besitzt und eine stabile Leistungsfähigkeit ermöglicht. Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Leistungsschaltvorrichtung anzugeben, die eine derartige Schaltung verwendet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe anzugeben, welche die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Leistungsschaltvorrichtung ist im Anspruch 9 definiert.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Eine derartige Schaltung findet insbesondere Anwendung bei einem Betätigungsmechanismus zum Ausführen eines Öffnung- und Schließvorganges. Mit einer derartigen Schaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Betriebseffizienz des Betätigungsmechanismus wesentlich zu verbessern und auch die Spulen der Schaltung davor zu schützen, in einen Überspannungszustand zu gelangen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Betätigungsmechanismus einer erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;

3(a) und (b) Schnittdarstellungen jeweils eines inneren Teils zur Erläuterung eines Öffnungszustands des Betätigungsmechanismus der erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;

4 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Beispiels der erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;

5 eine Schnittdarstellung eines inneren Teils der in 4 gezeigten Leistungsschaltvorrichtung;

6 eine Schnittdarstellung eines inneren Teils zur Erläuterung eines Schließzustands des Betätigungsmechanismus der erfindungsgemäßen Leistungsschaltvorrichtung;

7 ein Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

8(a) und 8(b) Simulationsbeispiele einer Schaltung zur Erläuterung der jeweiligen technischen Effekte der Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

9 ein Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

10 ein Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

11 ein Schaltbild einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

12 ein Musterdiagramm des die Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe durchfließenden Stroms sowie der Verlagerung eines beweglichen Elements gemäß der Erfindung; und

13 ein Musterdiagramm des die Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe durchfließenden Stroms sowie der Verlagerung eines beweglichen Elements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im folgenden werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

1 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe. Eine erfindungsgemäße Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe 1 ist gebildet aus Öffnungsspulen 2 bis 4, Schließspulen 5 bis 7, einem Öffnungskondensator 8, bei dem es sich um eine Stromquelle zum Veranlassen eines Öffnungsvorgangs handelt; einem Schließkondensator 9, bei dem es sich um eine Stromquelle zum Veranlassen eines Schließvorgangs handelt; einer Gleichstromversorgung 10 zum Laden der Kondensatoren und von Konvertern 11, 12 zum Gleichrichten einer Ladespannung der Kondensatoren; einem Entladeschalter 13 zum Entladen von elektrischer Energie der Öffnungsspule; einem Entladeschalter 14 zum Entladen von elektrischer Energie der Schließspule; einer Diode 15, die die Öffnungsspulen davor schützt, in einen Überspannungszustand zu gelangen, der beim Anlegen von elektrischer Energie an die Öffnungsspulen zum Ausschalten derselben unter Verwendung des genannten Schalters 13 erzeugt wird; einer Diode 16, die die Schließspulen davor schützt, in einen Überspannungszustand zu gelangen, der beim Anlegen von elektrischer Energie an die Schließspulen zum Ausschalten derselben unter Verwendung es genannten Entladeschalters 14 erzeugt wird; einem Schalter 17, der einen Strompfad der Diode 15 zum Zeitpunkt der Erregung in den Einschaltzustand bringt; sowie einem Schalter 18, der einen Strompfad der Diode 16 zum Zeitpunkt der Nichterregung in den Ausschaltzustand bringt.

Als Stromquelle 8, 9 wird zum Beispiel ein Kondensator verwendet.

Ferner sind in der Zeichnung die Diode 16 und der Schalter 18 den Spulen parallelgeschaltet sowie miteinander in Reihe geschaltet, und zwar als Einrichtung zum Unterdrücken der Überspannung beim Unterbrechen eines Erregerstroms für die Schließspulen 5 bis 7 sowie zum Unterbrechen eines Induktionsstroms, der durch die Schließspulen 5 bis 7 zum Zeitpunkt der Erregung der Öffnungsspulen 2 bis 4 erzeugt wird.

In gleicher Weise sind die Diode 15 und der Schalter 17 parallel zu den Spulen geschaltet sowie miteinander in Reihe geschaltet, und zwar als Einrichtung zum Unterdrücken der Überspannung beim Unterbrechen eines Erregerstroms für die Öffnungsspulen 2 bis 4 sowie zum Unterbrechen eines Induktionsstroms, der durch die Öffnungsspulen 2 bis 4 zum Zeitpunkt der Erregung der Schließspulen 5 bis 7 erzeugt wird.

2 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Beispiels eines Betätigungsmechanismus 19 zum Ausführen eines Öffnungs- und Schließvorgangs unter Verwendung der genannten Schaltung 1. 3(a) zeigt eine Schnittdarstellung eines inneren Teils dieser Perspektivansicht entlang der Linie B-B' der 3(b), während 3(b) eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A' der 3(a) zeigt.

In den Zeichnungen sind die Öffnungsspule und die Schließspule derart angeordnet, daß sie an einem äußeren Umfangsbereich von einem Joch in Axialrichtung einer Verbindungsstange 21 umgeben sind sowie im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei dazwischen über das Joch 20 ein Raum gebildet ist, sowie derart, daß sie die Außenseite dieser Verbindungsstange 21 koaxial zu dieser in einer zu einer Achse dieser Verbindungsstange senkrechten Richtung umgeben.

Zusätzlich dazu ist ein bewegliches Element 22 an einem Außenumfangsbereich der Verbindungsstange 21 derart angebracht, daß es eine hin- und hergehende Bewegung in Axialrichtung dieser Verbindungsstange ausführen kann.

Ein Permanentmagnet 23 zum Halten des vorstehend genannten beweglichen Elements 22, wenn sich der genannte Betätigungsmechanismus 19 im Öffnungszustand oder im Schließzustand befindet, ist derart angeordnet, daß er an dem Innenbereich des genannten Jochs plaziert ist, wobei ein Raum gegenüber dem beweglichen Element 22 unmittelbar außenseitig von diesem beweglichen Element gebildet ist.

Ferner bewegt der in dieser Weise ausgebildete Betätigungsmechanismus 19 das beschriebene bewegliche Element 22 unter Verwendung der genannten Betätigungsschaltung 1 antriebsmäßig in den Öffnungszustand oder den Schließzustand.

Ferner zeigen die 3(a) und 3(b) Zustände, in denen das bewegliche Element 22 mittels der genannten Schaltung 1 unter Verwendung des Betätigungsmechanismus 19 in den Öffnungszustand bewegt ist und in diesem Zustand gehalten ist.

4 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Leistungsschaltvorrichtung 24, die unter Verwendung des Betätigungsmechanismus 19 zum Unterbrechen von Strom und Anlegen von Strom ausgebildet ist. 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines inneren Teils der Leistungsschaltvorrichtung 24, an der der genannte Betätigungsmechanismus 19 angebracht ist.

Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist der genannte Betätigungsmechanismus 19 über einen Isolator 25 mit einer Vakuumschaltröhre 26 verbunden.

Ferner sind unter Bezugnahme auf die 4 und 5 drei Betätigungsmechanismen 19a, 19b, 19c jeweils relativ zu einer jeweiligen Phase einer Dreiphasen-Schaltvorrichtung angebracht. Auch im Fall der Anordnung einer Dreiphasen-Verbindungseinrichtung und Anbringung von einem Betätigungsmechanismus 19 relativ zu den drei Phasen arbeitet die Vorrichtung jedoch ebenfalls in effektiver Weise als Leistungsschaltvorrichtung zum Ausführen der Operationen der Stromunterbrechung und der Stromführung.

Unter Bezugnahme auf die 1, 3(a) und 3(b) wird nun ein Öffnungsvorgang beschrieben.

Die Ladespannung des Kondensators 8 wird durch eine Gleichstromversorgung 10 auf einen vorgegebenen Wert geladen.

Bei dem Entladeschalter 13 handelt es sich um einen Schalter, der sich von außen steuern läßt, beispielsweise durch einen Thyristorschalter, der synchron mit einem Öffnungsbefehl eingeschaltet wird, so daß Strom zu den Öffnungsspulen 2 bis 4 entladen wird, die zu dem Kondensator 8 parallelgeschaltet sind. Das bewegliche Element 22 bewegt sich dann aufgrund einer elektromagnetischen Kraft von dem Schließzustand in den Öffnungszustand und wird durch die Kraft des durch den Permanentmagneten 23 erzeugten Magnetflusses in dem Öffnungszustand gehalten.

Um zu diesem Zeitpunkt die Öffnungsspulen 2 bis 4 davor zu schützen, in einen Überspannungszustand Vo zu gelangen, der auf der Basis der nachfolgend genannten Gleichung (1) beim Ausschalten des Entladestroms mittels des Entladeschalters 13 erzeugt wird, sind auf der Seite der Öffnungsspulen 2 bis 4 die Diode 15 und der Induktionsunterbrechungsschalter 17 für den Stromkreislauf parallel zu den Öffnungsspulen angeordnet. Der Schalter 17 befindet sich im Ein-Zustand. Vo = Lcoil·di/dt(1).

Dabei bezeichnen Lcoil die Induktivität der Spule, und di/dt bezeichnet die Rate des Stromabfalls in dem Moment des Ausschaltens des Stroms.

Bei einem Thyristorschalter zum Beispiel erreicht aufgrund der Tatsache, daß der Strom unmittelbar den Wert Null erreicht, di/dt einen extrem hohen Wert, und die zwischen den Spulenanschlüssen erzeugte Spannung Vo wird beträchtlich hoch, so daß die Möglichkeit besteht, daß ein dielektrischer Durchbruch der Spulen auftritt. Aus diesem Grund wird der Induktionsunterbrechungsschalter 17 eingeschaltet.

Gleichermaßen sind bei den Schließspulen 5 bis 7, die mit dem anderen Schließkondensator 9 in Reihe geschaltet sind, die Diode 16 und der Schalter 18 für den Stromkreislauf parallel zu den Schließspulen angeordnet. Außerdem befindet sich der Schalter 18 im Ein-Zustand.

Durch das Ausschalten des genannten Schalters 18 vor dem Einschalten des Entladeschalters 13 für den Öffnungsvorgang besteht zu diesem Zeitpunkt die Möglichkeit, einen Induktionsstrom zu unterbrechen, der durch die Schließspulen 5 bis 7 erzeugt wird, die aufgrund von magnetischer Kopplung mit den Öffnungsspulen 2 bis 4 gekoppelt sind.

Da dieser Induktionsstrom einen Magnetfluß zum Veranlassen eines Öffnungsvorgangs aufhebt, kann die Betriebseffizienz durch Unterbrechen des genannten Induktionsstroms enorm verbessert werden.

Ferner ist jeweils ein Kondensator entsprechend der Erregungsseite und der Nichterregungsseite vorgesehen, so daß ein individueller Betrieb jeweils relativ zu der Öffnungsseite und der Schließseite möglich wird.

Im folgenden wird ein Schließvorgang unter Bezugnahme auf die 1 und 6 erläutert.

Die Ladespannung des Schließkondensators 9 wird durch die Gleichstromversorgung 10 auf einen vorgegebenen Wert geladen.

Bei dem Entladeschalter 14 handelt es sich um einen von außen steuerbaren Schalter, beispielsweise einen Thyristorschalter, der synchron mit einem Schließbefehl eingeschaltet wird, so daß der Strom an die Schließspulen 5 bis 7 entladen wird, die mit dem Schließkondensator 9 in Reihe geschaltet sind. Das bewegliche Element 22 bewegt sich dann aufgrund von elektromagnetischer Kraft aus dem Öffnungszustand in den Schließzustand und wird durch die Kraft des durch den Permanentmagneten 23 erzeugten Magnetflusses in dem Schließzustand gehalten.

Zum Schützen der Schließspulen 5 bis 7 davor, daß diese in einen Überspannungszustand Vo gelangen, der gemäß der genannten Gleichung (1) beim Ausschalten eines Entladestroms mittels des Entladeschalters 14 erzeugt wird, sind die Diode 16 und der Schalter 18 für den Stromkreislauf auf der Seite der Schließspulen 5 bis 7 parallel zu den Schließspulen 5 bis 7 angeordnet. Der Schalter 18 befindet sich im Ein-Zustand.

Wie bereits erwähnt, bezeichnet in der vorstehenden Gleichung (1) Lcoil die Induktivität der Spule, und di/dt bezeichnet die Rate des Stromabfalls beim Ausschalten des Stroms.

Da bei einem Thyristorschalter zum Beispiel der Strom unmittelbar den Wert Null erreicht, erreicht di/dt einen extrem hohen Wert, und die zwischen den Spulenanschlüssen erzeugte Spannung Vo wird beträchtlich hoch, so daß ein Durchbruch der Isolierschicht der Spule entstehen kann. Aus diesem Grund wird der Schalter 18 eingeschaltet.

Gleichermaßen sind an den Öffnungsspulen 2 bis 4, die dem anderen Öffnungskondensator 8 parallelgeschaltet sind, die Diode 15 und der Schalter 17 für den Stromkreislauf parallel zu den Öffnungsspulen angeordnet. Ferner befindet sich der Schalter 18 im Ein-Zustand.

Durch das Ausschalten des genannten Schalters 17 vor dem Einschalten des Entladeschalters 14 zum Schließen besteht zu diesem Zeitpunkt die Möglichkeit, einen Induktionsstrom zu unterbrechen, der an den Öffnungsspulen 2 bis 4 entsteht, die aufgrund magnetischer Kopplung mit den Schließspulen 5 bis 7 gekoppelt sind.

Da dieser Induktionsstrom einen Magnetfluß zum Veranlassen eines Schließvorgangs aufhebt, kann die Betriebseffizienz durch Unterbrechen des genannten Induktionsstroms enorm verbessert werden. Die übrigen Effekte sind die gleichen, wie die in Verbindung mit dem Öffnungsvorgang beschriebenen.

Wie ferner unter Bezugnahme auf 1 erkennbar ist, wird durch die Anordnung von nur einer Ladeschaltung, die die Gleichstromversorgung 10 beinhaltet, in Bezug auf den Öffnungskondensator 8 und den Schließkondensator 9 eine Kostenreduzierung ermöglicht.

Wie weiterhin unter Bezugnahme auf 1 erkennbar ist, führt die serielle Verbindung zwischen den Schließspulen 5 bis 7 dazu, daß im Fall eines Auftretens irgendeiner Störung an den genannten Schließspulen 5 bis 7 oder an der Verdrahtung zu den genannten Schließspulen keinerlei Stromzufuhr zu irgendeiner der Schließspulen 5 bis 7 erfolgt. Auf diese Weise läßt sich eine Situation verhindern, in der eine beliebige der drei Phasen nicht geschlossen ist.

Ferner macht die Reihenschaltung die Impedanz in der Schaltung größer und den Stromfluß niedriger, und somit wird eine Beschleunigung vermindert, so daß wiederum auf die Vakuumschaltröhre 26 zum Zeitpunkt des Schließens ausgeübte Stöße vermindert werden können.

Jeder der genannten Vorteile ermöglicht Verbesserungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit als Leistungsschalter.

Obwohl vorliegend eine Verbindung der Schließspulen in Reihenschaltung dargestellt ist, ermöglicht auch eine Reihenschaltung der Öffnungsspulen eine Erzielung der gleichen Vorteile, wie diese vorstehend beschrieben worden sind.

Es ist zwar bei diesem ersten Ausführungsbeispiel nicht eigens beschrieben worden, jedoch kann die Ladeschaltung eines Kondensators zum Zeitpunkt der Entladung von elektrischer Energie an die Spulen mittels eines Schalters sich entweder in einem angeschlossenen Zustand oder in einem getrennten Zustand befinden. Hinsichtlich der beiden Zustände gibt es bei den Vorteilen der Erfindung keinen Unterschied.

Ausführungsbeispiel 2

Bei dem vorstehenden ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel einer Verbindung der Schließspulen in Reihe dargestellt worden, jedoch ermöglicht auch die Reihenschaltung der Öffnungsspulen in gleicher Weise eine Erzielung der gleichen Vorteile, wie diese vorstehend beschrieben worden sind.

Ausführungsbeispiel 3

Durch Verbinden der Öffnungsspulen 2 bis 4 parallel zueinander, wie dies in 1 gezeigt ist, läßt sich eine Gesamtimpedanz der Schaltung reduzieren, und es können eine geringere Kapazität des Kondensators 8 sowie ein Öffnungsvorgang erzielt werden, der einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit erforderlich macht, so daß sich eine Kostenreduzierung der Stromversorgung sowie eine höhere Leistungsfähigkeit des Öffnungsvorgangs erzielen lassen. Obwohl vorstehend eine parallele Schaltung der Öffnungsspulen dargestellt ist, ermöglicht auch die parallele Schaltung der Schließspulen die gleichen Vorteile, wie diese vorstehend beschrieben worden sind.

Ausführungsbeispiel 4

Wie in 7 dargestellt, sind ein Kondensator 27 und ein Widerstand 28 parallel zu der Öffnungsspule 2 angeordnet, und ein Kondensator 29 und ein Widerstand 30 sind parallel zu der Schließspule 5 angeordnet. In Abhängigkeit von jeglicher Stromänderung mit steilem Abfall im Fall des Ausschaltens eines Erregerstroms unter Verwendung des Entladeschalters 13 oder des Entladeschalters 14 (nicht gezeigt) werden die zusammengesetzte Impedanz des Kondensators 27 und des Widerstands 28 und die zusammengesetzte Impedanz des Kondensators 29 und des Widerstands 30 geringer als Impedanzen der genannten Öffnungsspule bzw. Schließspule.

In dem Moment, in dem zum Beispiel der Entladeschalter 13 ausgeschaltet wird, fließt somit ein Strom zwischen der Öffnungsspule 2 und somit dem Kondensator 27 und dem Widerstand 28, wobei dies eine allmähliche Dämpfung des Stroms in Abhängigkeit von der Impedanz der Umlaufschaltung hervorruft.

Infolgedessen kann zwischen eine über den beiden Anschlüssen der Öffnungsspule 2 erzeugte Spannung in Abhängigkeit von der Gleichung (1) unterdrückt werden.

Hinsichtlich eines Induktionsstroms durch die Schließspule 5 auf der gegenüberliegenden Nichterregungsseite dagegen erfolgt die Stromänderung so langsam wie bei dem Erregerstrom. Da in diesem Fall eine zusammengesetzte Impedanz des Kondensators 29 und des Widerstands 30 größer wird als die Impedanz der genannten Schließspule, fließt kein Strom in die Umlaufschaltung. Daher kommt es zu keiner Entstehung von Induktionsstrom.

Als Einrichtung zum Unterdrücken der Überspannung in dem Moment der Unterbrechung eines Erregerstroms der Öffnungsspule sowie zum Unterbrechen eines Induktionsstroms, der durch die Öffnungsspule zum Zeitpunkt der Erregung der Schließspule erzeugt wird, sind gemäß der Zeichnung der Kondensator 27 und der Widerstand 28 vorgesehen, die parallel zu der Spule geschaltet sind und in Reihe miteinander verbunden sind.

Ferner ist in der Zeichnung dargestellt, daß der Kondensator 29 und der Widerstand 30 parallel zu den Spulen geschaltet sind sowie miteinander in Reihe geschaltet sind, um als Einrichtung zum Unterdrücken der Überspannung in dem Moment der Unterbrechung eines Erregerstroms der Schließspule sowie zum Unterbrechen eines Induktionsstroms zu wirken, der durch die Schließspule zum Zeitpunkt der Erregung der Öffnungsspule erzeugt wird.

Die 8(a) und (b) zeigen Resultate, die man bei Wirkungstests durch eine Schaltungsanalyse erzielt.

Zum Beispiel zeigt 8(a) Wellenformen der Spannung zwischen den Anschlüssen der Öffnungsspule 2 sowie zwischen den Anschlüssen der gegenüberliegenden Schließspule 5 im Fall der Entladung von elektrischer Energie an die Öffnungsspule 2. 8(b) zeigt den Leitungsstrom durch die Öffnungsspule 2 und die gegenüberliegende Schließspule 5.

Aus 8(a) ist erkennbar, daß bei Empfang eines Notunterbrechungsbefehls und einer unmittelbaren Unterbrechung des Stroms durch die Öffnungsspule 2 eine Spannung 31 zwischen den Anschlüssen der Öffnungsspule 2 auf ein Ausmaß von etwa –100 V unterdrückt wird, so daß die Öffnungsspule 2 vor Überspannung geschützt ist.

Ferner ist aus 8(b) erkennbar, daß ein Strom 34 durch die Schließspule 5 während der Stromführung durch die Öffnungsspule 2 auf im wesentlichen Null unterdrückt wird, so daß ein Induktionsstrom aufgrund magnetischer Kopplung eliminiert ist.

In der vorstehenden Erläuterung sind zwar eine Öffnungsspule bzw. eine Schließspule dargestellt, jedoch versteht es sich, daß die gleichen Effekte auch im Fall von mehreren Spulen erzielt werden, wie dies in 1 dargestellt ist.

Ausführungsbeispiel 5

Im Fall der 1 sind die Entladeschalter 13, 14 jeweils sowohl auf der Öffnungsseite als auch auf der Schließseite vorgesehen. Selbst wenn die Entladeschalter einzeln beispielsweise bei jeder Phase und bei jeder Elektrode angeordnet sind, wie dies bei den Entladeschaltern 13a bis 13c und 14a bis 14c in 9 dargestellt ist, gibt es keinen Unterschied in den Wirkungen zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen 1 bis 3.

Ferner ermöglicht die Anordnung der einzeln bei jeder Phase und bei jeder Elektrode vorgesehenen Entladeschalter die Steuerung eines individuellen Öffnens oder Schließens jeder Phase, woraus sich der Vorteil ergibt, daß die Anwendung dieser Vorrichtung bei einem Phasenregelungsschalter möglich wird.

Ausführungsbeispiel 6

10 zeigt eine Anordnung, bei der Dioden 35 bis 40 in Reihe zu jeder der Öffnungsspulen 2 bis 4 bzw. der Schließspulen 5 bis 7 angeordnet sind.

Durch diese Anordnung wird es zum Beispiel möglich, das Zirkulieren eines Induktionsstroms in den Drei-Phasen-Spulen aufgrund von Differenzen bei den Eigenimpedanzen der Öffnungsspulen 2 bis 4 zu verhindern, so daß sich der Vorteil ergibt, daß Betriebsschwankungen zwischen den drei Phasen unterdrückt werden können.

Ausführungsbeispiel 7

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen 1 bis 5 wird ein Kondensator als Erregereinrichtung für eine Spule verwendet. Eine direkte Erregung von einer Gleichstromversorgung erbringt jedoch die gleichen Wirkungen.

Ausführungsbeispiel 8

Wie in 7 gezeigt, ist jeweils ein Kondensator auf jeder der gesamten Öffnungsseite und der gesamten Schließseite mit den zugehörigen Konstruktionseinrichtungen vorgesehen, wobei nur eine Ladeschaltung für die Einheit der beiden Seiten vorgesehen ist, so daß sich eine Reduzierung der Anzahl von Teilen der Schaltung erzielen läßt und sich dadurch wiederum eine Verbesserung der Zuverlässigkeit ergibt.

Ausführungsbeispiel 9

11 zeigt eine Ausbildung von Gemeinschaftseinrichtungen 41a, 41b, 41c, 42a, 42b, 42c einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in 11 gezeigt, sind die Gemeinschaftseinrichtungen auf der Seite einer positiven Elektrode der Entladeschaltung angeordnet, so daß eine Isolierung der Gemeinschaftsschaltung überflüssig wird. Dies erbringt eine Reduzierung der Anzahl von Teilen, wobei dies wiederum zu dem Vorteil einer höheren Zuverlässigkeit und Kostenreduzierung führt.

Ausführungsbeispiel 10

Als ein Beispiel für die Bedingungen der Änderungen im Verlauf der Zeit jeder Komponente der vorliegenden Schaltvorrichtung zum Zeitpunkt eines Schließvorgangs veranschaulicht 12 eine Änderung 43 bei der Verlagerung des beweglichen Elements 22, eine Leitungsstrom-Wellenform 44 der Schließspulen 5 bis 7, ein Zeitsteuerungsdiagramm 45 des Entladeschalters 14 sowie ein Zeitsteuerungsdiagramm des Induktionsunterbrechungsschalters 18.

In der Zeichnung bezeichnet t1 eine Leitungszeitperiode; t2 bezeichnet eine Zeitperiode ab Beendigung des Schließvorgangs bis zum Ausschalten des Entladeschalters 14; und t3 bezeichnet eine Zeitperiode ab dem Ausschalten des Entladeschalters 14 bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ladestrom einen Wert von im wesentlichen Null (einen als Null betrachteten Wert) erreicht.

Wenn die Leistungsschaltvorrichtung 24 einen Schließbefehl empfängt, wird der Induktionsunterbrechungsschalter 18, der den Schließspulen 5 bis 7 parallelgeschaltet ist, eingeschaltet und gleichzeitig oder im Anschluß daran wird der Entladeschalter 14 eingeschaltet und Strom wird von dem Schließkondensator 9 zu den Schließspulen 5 bis 7 entladen. Da dieser Strom jedoch allmählich ansteigt, läßt sich das Auftreten einer Überspannung an den Spulen verhindern.

Das Entladen von Strom zu den Schließspulen 5 bis 7 veranlaßt das bewegliche Element 22, sich durch eine elektromagnetische Kraft aus dem Öffnungszustand in den Schließzustand zu bewegen, wobei es aufgrund des durch den Permanentmagneten 23 erzeugten Magnetflusses in dem Schließzustand gehalten wird.

Da jedoch hierbei in der Schaltung 1 eine Einrichtung zum Ausschalten des Stroms nach einer vorbestimmten Zeitdauer vorgesehen ist, wie zum Beispiel ein Zeitgeber oder ein Verzögerungsschalter mit einer zum Abschließen des Schließvorgangs ausreichenden Zeitdauer, wird der Entladeschalter 14 ausgeschaltet, und der Leitungszustand durch die Schließspulen wird in den Aus-Zustand gebracht. Das Ausschalten des Entladeschalters 14 läßt sich somit ohne jeglichen speziellen Stromdetektor ausführen.

In dem Moment, in dem der genannte Entladeschalter 14 ausgeschaltet wird, befindet sich der Schalter 18 im Ein-Zustand, und aus diesem Grund fließt der Ausschaltstrom auf die Seite des Schalters 18 und der Diode 16 und wird allmählich gedämpft. Somit entsteht keine Überspannung zwischen den Anschlüssen der Schließspulen 5 bis 7, so daß sich ein dielektrischer Durchbruch der Schließspulen 5 bis 7 verhindern läßt.

Andererseits wird dann, wenn der Schalter 18 während eines Stromabfalls zum Zeitpunkt des Ausschaltens der Schließspulen 5 bis 7 in den Aus-Zustand gebracht wird, der Strom in dem Moment des Ausschaltens der Schließspulen unmittelbar auf den Wert Null gebracht. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Überspannung zwischen den Anschlüssen der Schließspulen 5 bis 7 stattfindet.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungsschaltung wird der Schalter 18 mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung ab dem Ausschalten des Entladeschalters 14 in den Aus-Zustand gebracht, bis der Strom durch die Schließspulen 5 bis 7 einen Wert von im wesentlichen Null (einen als Null betrachteten Wert) erreicht. Eine Überspannung der Schließspulen 5 bis 7 läßt sich somit verhindern.

Diese vorbestimmten zeitlichen Verzögerungen lassen sich durch Prüfung zum Zeitpunkt des Versands von Produkten in einfacher Weise berechnen.

Der Schalter 18 ist derart eingestellt, daß er nach Beendigung der gesamten Leitungssequenz immer noch im Aus-Zustand gehalten ist, so daß sich das Fließen eines Induktionsstroms durch die Schließspulen 5 bis 7, die sich auf der Seite der Nichterregung befinden, verhindern läßt, ohne daß eine Notwendigkeit besteht, den Schalter 18 zum Zeitpunkt des nächsten Unterbrechungsvorgangs auszuschalten. Somit läßt sich die Effizienz zum Zeitpunkt des Öffnungsvorgangs verbessern.

Für eine manuelle Betätigung der Unterbrechung zum Zeitpunkt eines Stromausfalls ist es ferner möglich, daß sich der Magnetfluß des Permanentmagneten 23 aufgrund einer Bewegung des beweglichen Elements verändert und ein Induktionsstrom durch die Schließpulen 5 bis 7 hervorgerufen wird. Da sich jedoch der Schalter 18 in dem Aus-Zustand befand, wenn kein Leitungszustand nach Beendigung des letzten Schließvorgangs vorliegt, fließt kein Induktionsstrom durch die Schließspulen 5 bis 7, so daß sich ein manueller Unterbrechungsvorgang glatt sowie zuverlässig ausführen läßt.

Ausführungsbeispiel 11

13 veranschaulicht eine Änderung 47 bei der Verlagerung des beweglichen Elements 22 sowie eine Leitungsstrom-Wellenform 48 der Schließspulen 5 bis 7 zu dem Zeitpunkt des Schließvorgangs.

Im allgemeinen wird ein starker Stoß auf die Vakuumschaltröhre 26 zum Zeitpunkt des Schließvorgangs ausgeübt, so daß es bei dem normalen Leistungsschalter erforderlich ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements 22 zu dem Zeitpunkt des Schließvorgangs derart zu unterdrücken, daß diese nicht mehr als einen vorbestimmten Wert erreicht, um eine hohe Lebensdauer des Vakuumschaltröhre 26 zu gewährleisten.

Andererseits wird in dem Betätigungsmechanismus 19 eine auf das bewegliche Element ausgeübte elektromagnetische Kraft größer, und die Beschleunigung des beweglichen Elements bei dessen Annäherung an den Schließzustand nimmt wahrscheinlich zu.

Zum Überwinden des Problems wird in der in 13 dargestellten Weise der Entladeschalter 14 einmal ausgeschaltet, und der Leitungsstrom wird nach ausreichender Beschleunigung des beweglichen Elements unterbrochen, um dadurch die Beschleunigung aufgrund von elektromagnetischer Kraft zu unterdrücken. Anschließend wird der Entladeschalter 14 wieder eingeschaltet, und die Stromzufuhr wird vor dem Schließen unmittelbar wieder aufgenommen, so daß sich ein Klappern verhindern läßt, bei dem es sich um eine Begrenzungseffekt zum Zeitpunkt des Schließens handelt.

Somit lassen sich die auf die Vakuumschaltröhre 26 ausgeübten Stöße auf ein Minimum unterdrücken, so daß eine längere Nutzungsdauer des Schalters sowie eine höhere Zuverlässigkeit gewährleistet sind.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist in erster Linie eine Schaltung für eine Leistungsschaltvorrichtung als Beispiel beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel begrenzt, und es versteht sich, daß die Erfindung auch bei jeder anderen Schaltung für einen Betätigungsmechanismus, wie zum Beispiel eine Ventilsteuerung, eine Kraftstoffpumpensteuerung oder einen linearen Oszillator zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.

Ferner ist in den Ausführungsbeispielen auf einen Betätigungsmechanismus Bezug genommen, der in seiner Anordnung von den herkömmlichen Ausführungsformen verschieden ist. Ein Zielbetätigungsmechanismus kann jedoch eine beliebige andere Konfiguration aufweisen. Soweit es sich um einen Betätigungsmechanismus handelt, der von einer Vielzahl von Spulen mit magnetischer Kopplung durch die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft angesteuert wird, kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch bei einem beliebigen anderen Mechanismus Anwendung finden.

1
Schaltung zur Steuerung mehreres Magnetantriebe
2 bis 4
Öffnungsspulen
5 bis 7
Schließspulen
8
Öffnungskondensator
9
Schließkondensator
10
Gleichstromversorgung
11, 12
Konverter
13, 14
Entladeschalter
15, 16
Dioden
17, 18
Schalter
19
Betätigungsmechanismus
20
Joch
21
Verbindungsstange
22
bewegliches Element
23
Permanentmagnet
24
Leistungsschaltvorrichtung
25
Isolator
26
Vakuumschaltröhre
27, 29
Kondensatoren
28, 30
Widerstände
35–40
Dioden
41a bis 41c, 42a bis 42c
Gemeinschaftseinrichtungen


Anspruch[de]
Schaltung (1) zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe (19a, 19b, 19c), die jeweils ein Spulenpaar (25, 36, 47) aufweisen und mit einem beweglichen Antriebselement (22) versehen sind, welches zwischen den Spulen (2, 5; 3, 6; 4, 7) eines Spulenpaars (25, 36, 47) bewegt wird, wenn ein Erregerstrom durch eine Spule (2, 3, 4, 5, 6, 7) der Spulenpaare (25, 36, 47) fließt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Spulengruppe und eine zweite Spulengruppe, welche jeweils alle Spulen (2 bis 4; 5 bis 7) gleicher Aufgabe der die Magnetantriebe (19a, 19b, 19c) bildenden Spulenpaare (25, 36, 47) umfassen, parallel an eine stromführende Leitung angeschlossen sind, welche den Erregerstrom zuführt, und daß eine Einrichtung (15, 17; 16, 18; 27, 28; 29, 30) zum Unterbrechen oder Unterdrücken eines Stromes, welcher in dem Moment der Erregung der ersten Spulengruppe oder der zweiten Spulengruppe in der jeweils anderen Spulengruppe induziert wird, an die erste Spulengruppe und die zweite Spulengruppe angeschlossen ist. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15, 17; 16, 18) parallel zu den Spulengruppen (2 bis 4; 5 bis 7) geschaltet ist und aus Dioden (15, 16) und Schaltern (17, 18) besteht. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27, 28; 29, 30) parallel zu den Spulengruppen (2 bis 4; 5 bis 7) geschaltet ist und aus Kondensatoren (27, 29) und Widerständen (28, 30) besteht. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer von den Kondensatoren (27, 29) als Einrichtung vorgesehen ist, die den durch die jeweilige Spulengruppe fließenden Erregerstrom aufnimmt, und daß eine gemeinsame Ladungsschaltung für sämtliche Kondensatoren (8, 9, 27, 29) vorgesehen ist. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß jede Spulengruppe mit Entladungsschaltern (13, 14) versehen ist, um die elektrische Energie aus den Spulen zu entladen,

und daß die Entladungsschalter (13, 14) der ersten Spulengruppe oder der zweiten Spulengruppe synchron mit dem Einschalten oder nach dem Einschalter der Schalter (17, 18) der ersten Spulengruppe oder der zweiten Spulengruppe eingeschaltet werden.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Ausschalten der Einrichtung, die den durch eine der Spulengruppen fließenden Erregerstrom aufnimmt, die Schalter (17, 18) der Spulengruppe ausgeschaltet werden. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (17, 18) ausgeschaltet sind, während kein Strom durch die Spulengruppen (2 bis 4; 5 bis 7) fließt. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erregerstrom zum antriebsmäßigen Bewegen des beweglichen Antriebselementes (22) durch eine Spulengruppe hindurchgeführt wird, anschließend nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer ausgeschaltet wird und dann nach einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer vor der Beendigung der Betätigung des beweglichen Antriebselementes (22) wieder eingeschaltet wird. Leistungsschaltvorrichtung, bei der eine Schaltung zur Steuerung mehrerer Magnetantriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.






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