DE19535211A1 - Schaltungsanordnung zur Regelung eines elektromagnetischen Antriebes in einem Schaltgerät - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Regelung eines elektromagnetischen Antriebes in einem SchaltgerätInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur
Regelung eines elektromagnetischen Antriebs in einem Schaltge
rät, der im Anspruch 1 näher spezifizierten Art.
Elektromagnetische Schaltgeräte lösen in vielen Industrie zwei
gen die Aufgabe des willkürlichen oder selbsttätigen Öffnens
und Schließens elektrischer Stromkreise, wobei über elektri
sche Kontakte eine Verbindung zwischen Leitern hergestellt
bzw. unterbrochen wird. Bei der Öffnung stromdurchflossener
Kontaktstücke entsteht in der Regel ein Lichtbogen, durch den
der Stromfluß weiter aufrechterhalten wird. Das führt auch bei
angepaßten Kontaktwerkstoffen zu elektrischem und mechanischem
Verschleiß und letztendlich zu Verlust an Kontaktmaterial, wo
durch die Lebensdauer des Schaltgerätes begrenzt wird. Dieser
als Abbrand bezeichnete Verschleiß, wird durch das Schmelzen
und Verdampfen von Kontaktmaterial im Lichtbogen, den Trans
port des Kontaktmaterials von einem Kontakt zum anderen und
die thermische und mechanische Erosion der Kontaktoberfläche
während der Schaltphasen hervorgerufen. Besonders kritisch
hinsichtlich des Abbrandes ist die Kontaktgabe, wenn zuvor ei
ne Lichtbogensäule zwischen den Kontaktstücken stand, weil ge
gebenenfalls das Kontaktmaterial an der Oberfläche geschmolzen
ist. Das kann bei Kurzschlußströmen zu einem Verschweißen der
Kontaktstücke führen. Wenn das Kontaktmaterial aufgebraucht
ist, kann kein zuverlässiger elektrischer Kontakt mehr aufge
baut werden, so daß damit die Funktion des Gerätes nicht mehr
gewährleistet ist. Durch den Hersteller wird eine Anzahl von
Schaltspielen anhand durchgeführter elektrischer Lebensdauer
prüfungen an Mustern für bestimmte Gebrauchskategorien angege
ben.
In der sehr oft auftretenden Gebrauchskategorie AC-3 (Schalten
von Käfigläufermotoren) entsteht der Abbrand fast ausschließ
lich beim Einschalten, weil der Einschaltstrom das sechs- bis
achtfache des Nennstromes beträgt. Ausgeschaltet werden muß
bei laufendem Motor nur der Nennstrom bei einer um die Motor
induktionsspannung verminderten Netzspannung über den Kontak
ten. Aus diesen Gründen ist ersichtlich, daß die Lichtbogen
energie und damit der Abbrand während des Einschaltens wesent
lich höher als beim Ausschalten ist. Da der Kontaktapparat ein
schwingfähiges Feder-Masse-System darstellt, tritt beim Ein
schalten ein Prellen der Kontakte auf. Die Kontaktstücke öff
nen sich nach einer ersten Berührung noch ein oder mehrere Ma
le. Fließt dabei Strom, wird bei Netzspannung normalerweise
ein Lichtbogen gezogen. Der von dem Lichtbogen verursachte Ab
brand nimmt mit steigendem Strom zu. Die Größe dieses Stromes
im Lastkreis hängt vom augenblicklichen Phasenwinkel und von
dem transienten Einschwingvorgang, der durch die elektrische
Zeitkonstante der Last bestimmt wird, ab. Besonders kritisch
sind späte Öffnungen der Kontakte, die z. B. durch starkes An
kerprellen hervorgerufen werden können, weil die Lichtbogen
energie und damit der Abbrand durch den großen Strom um ein
Vielfaches höher ist als kurz nach der ersten Kontaktgabe.
Allgemein kann man sagen, daß mit Zunahme der Prellgesamtdauer
und der mechanischen Prellamplitude der Abbrand überproportio
nal zunimmt.
Daraus kann geschlußfolgert werden, daß eine Halbierung der
Prellgesamtzeit den Abbrand auf weniger als die Hälfte ver
kleinert.
Ein Weg zur Verringerung des Einschaltprellens besteht in der
Absenkung der Geschwindigkeit der Kontaktstücke bei Kontaktga
be, im folgenden Kontaktgabegeschwindigkeit genannt, auf einen
dem Kontaktapparat angepaßten Wert. Diese Geschwindigkeit geht
über die kinetische Energie in alle üblichen Dimensionierungs
ansätze für die Kontaktkraft quadratisch ein. Die Kontaktgabe
geschwindigkeit wird von der Amplitude und der Startphasenlage
der Steuerspannung, der Umgebungstemperatur, den Toleranzen
der Kontakt- und Rückholfedern, der örtlichen Verschiebung des
Kraftsprunges bei Kontaktgabe aufgrund von Abbrand und verän
derten Lastkräften durch angebaute Zusatzeinrichtungen sowie
durch Verschleiß bzw. Alterung steigende Reibkräfte beein
flußt. Der Schaltgeräteantrieb ist immer so dimensioniert, daß
auch noch unter den schlechtesten Einsatzbedingungen ein siche
rer Anzug gewährleistet wird. Das hat aber ein breites Spek
trum der Kontaktgabegeschwindigkeiten (z. B. von 1,3 bis 2,8
m/s) mit oft überhöhten Werten zur Folge, die zu besagtem
starkem Kontaktprellen führen und eine entsprechend lange
Brenndauer des Lichtbogens verursachen. Die Auslegung des
Kontaktapparates kann aber nur für eine Geschwindigkeit opti
mal sein, für die dann ein minimiertes Prellen erreicht wird.
Eine untere Grenze für die Kontaktgabegeschwindigkeit wird
durch die maximal zulässige Schließverzugszeit, die Stabilität
des Anzugsvorganges und die zu gewährleistende Funktions
sicherheit des Gerätes vorgegeben.
Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das
Schaltgerät in einen geeigneten Regelkreis einzubinden, der in
der Lage ist, den Anzugsvorgang im gesamten zulässigen Be
triebsbereich mit einer auf den Kontaktapparat zugeschnittenen
Kontaktgabegeschwindigkeit, die auf minimales Prellen opti
miert ist, durchzuführen. Die Größe der bei Kontaktgabe er
reichten Geschwindigkeit wird wesentlich durch Höhe und
Schwankungen der Steuerspannung, die Spulentemperatur, Verän
derungen der Lastkräfte durch angebaute Zusatzgeräte und Fer
tigungs- und Montagetoleranzen beeinflußt. Besonders die ört
liche Verschiebung der Kontaktgabe, die sich durch den zuneh
menden Abbrand in Richtung Anker-Stator-Berührung (Luftspalt =
0) verschiebt, erschwert eine Regelung. Dabei ist eine vorge
gebene maximale Schließverzugszeit einzuhalten.
Um ein eventuelles Sekundärprellen zu vermeiden soll zusätzlich
die Geschwindigkeit des Zusammenstoßes von Anker und Stator
begrenzt werden. Damit wird die Prellzeit der Kontakte auf ein
sicheres Maß beschränkt und die Lebensdauer der Kontaktmateria
lien wird überproportional erhöht. Das Gerät kann ohne Ände
rung der mechanischen Konstruktion mehr Schaltspiele verkraf
ten und eine höhere Leistung schalten.
Aus der Offenlegungsschrift DE 30 47 488 A1 ist es bereits be
kannt, zum Zwecke eines universelleren Einsatzes von Schaltge
räten den Spulenstrom zu messen und mittels einer geeigneten
Regelschaltung auf einen Festwert zu begrenzen. Diese Begren
zung solle zu einer Verringerung der Kontaktgabegeschwindig
keit führen. Bei näherer Betrachtung stellt sich jedoch her
aus, daß die Kontaktgabegeschwindigkeit immer noch einen rela
tiv breiten Bereich überstreicht und diese einfache Begrenzung
ungenügende Ergebnisse liefert. Der Spulenstrom in einem elek
tro-magneto-mechanischem System gibt nur bedingt das tatsäch
liche mechanische Verhalten wieder.
Dem Stromverlauf sind nur Schwankungen der Betriebsspannung
und der Umgebungstemperatur entnehmbar. Damit können nur diese
beiden auf die gewünschte Anzugsbewegung für prellarmes Schal
ten wirkenden Störgrößen ausgeregelt werden.
In der oben genannten Offenlegungsschrift ist auch eine Zwei
punktregelung mit Induktionswertrückführung beschrieben wor
den. Mittels Hallsonde, die in einer dem Eisenkern einge
schnittenen Nut plaziert ist, wird die Induktion gemessen, mit
einem Sollwert verglichen und entsprechend des Vorzeichens der
Differenz aus beiden Werten die Spulenspannung des Antriebes
an- oder abgeschalten.
Die in DE 30 47 488 A1 vorgeschlagene Begrenzung des magneti
schen Flusses ist aus verschiedenen Gründen problematisch. Zum
einen wird durch den Eingriff im Eisenkern für die Plazierung
des Hallsensors der Eisenkreis verletzt. Es entstehen zusätz
liche Luftspalte, die die Eigenschaften des Antriebes verän
dern. Zum anderen ist das vom Hallsensor generierte Signal
nicht proportional dem tatsächlichen Fluß im Eisen, denn der
Hallsensor mißt die Induktion im Luftspalt. Aufgrund der Mate
rialabhängigkeit der Induktion, die über die magnetische Per
meabilität gegeben ist, unterscheidet sich das Meßsignal des
Hallsensors vom magnetischen Fluß im Eisen. Die Permeabilität
der Luft ist konstant, währenddessen die Permeabilität im Ei
sen in Abhängigkeit von der wirkenden Flußdichte nichtlinearen
Veränderungen unterliegt. Eine Aussage über den die Magnet
kraft erzeugenden Fluß im Eisen ist mit dem Hallsensor nicht
möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan
ordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die
min einfachen Mitteln relevante Ergebnisse hinsichtlich dem
Regelungsziel angepaßte Kontaktgabegeschwindigkeit liefert.
Damit kann das Kontaktprellen minimiert werden, so daß sich
der Abbrand verringert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, in dem mittels eines
Sensors der Istwert des Magnetflusses im Eisenkreis detektiert
und mit geeigneten Sollwertfolgen verglichen wird, so daß bei
positiver Differenz zwischen Soll- und Istwert die Steuerspan
nung an die Erregerwicklung gelegt wird. Diese Sollwertfolgen
zwingen den Antrieb zu einem auf den Kontaktapparat zuge
schnittenen Geschwindigkeits-Weg-Verlauf. Der im Regelkreis
stattfindender Vergleich zwischen Sollmagnetfluß und Istwert
veranlaßt den Zweipunktregler, die an der Spule anliegende Be
triebsspannung (Gleich- oder pulsierende Gleichspannung) mit
tels geeignetem Schaltelement zu- oder abzuschalten. Die da
durch hervorgerufene Unterbrechung der Energiezuführung im
elektrischen Teil des Schaltgerätes überträgt sich auf den
Magnetkreis und damit auf den Magnetfluß. Die Veränderung des
magnetischen Flußes erhöht oder vermindert die Magnetkraft,
die direkt die Beschleunigung der mechanischen Teile des An
triebes bewirkt. Eine Verringerung der Magnetkraft hat eine
Verkleinerung der Ankerbeschleunigung zur Folge. Dadurch wird
die Geschwindigkeit bei Kontaktgabe so einstellbar, daß zu je
der Zeit die Funktionssicherheit des Schaltgerätes innerhalb
der zulässigen Einsatzbedingungen gegeben ist und gleichzeitig
das Kontaktprellen minimiert wird, was eine überproportionale
Erhöhung der elektrischen Lebensdauer des Kontaktapparates mit
sich bringt. Außerdem verringert sich die Belastung der kon
struktiven Teile des Schaltgerätes entsprechend den geminder
ten Anker-Stator-Stößen. Dies mündet in eine Erhöhung der me
chanischen Lebensdauer.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Sensor als Induktions
spule um einen Magnetschenkel ausgeführt, so daß damit die Än
derung des Magnetflusses erfaßt wird, wobei durch Integration
der Istwert des Magnetflusses ermittelt wird.
In weiterer Ausgestaltung sind die Sollwertfolgen aus einem
Sollwertspeicher abrufbar, in dem über Zeitabschnitte konstan
te Sollwerte abgelegt sind. Diese Sollwerte und ihre Dauer
wurden mit Hilfe von Simulationsrechnungen mit dem Ziel einer
angepaßten Geschwindigkeit bei Kontaktgabe und einer Begren
zung der Stoßgeschwindigkeit von Stator und Anker ermittelt.
Die Wirksamkeit der beschriebenen Flußregelung hinsichtlich
der Kontaktgabegeschwindigkeit basiert letztendlich auf der
geeigneten Ausgestaltung des Sollverlaufes für den Magnetfluß.
Ein Vergleich mit mehreren Festwerten oder einem kurvenähnli
chem Verlauf ist zwingend notwendig, um die angestrebten Ziele
im gesamten zulässigen Betriebsbereich zu erreichen.
Vorteilhaft wird der Vergleich von Soll- und Istwert mit einen
Komparator ausgeführt, der eine Hysterese aufweist, wobei bei
positiver Differenz zwischen Soll- und Istwert mit dem Puls
steller die Spannung an die Erregerwicklung gelegt wird und
bei negativer Differenz zwischen Soll- und Istwert der Puls
steiler öffnet, so daß der Strom in der Erregerwicklung über
die Freilaufdiode weiterfließt.
Alternativ kann die Integration der Änderung des Magnetflusses
dΦ/dt, das Speichern und Abrufen der Sollwertfolgen und der
Vergleich von Soll- und Istwert durch einen Algorithmus in ei
nem Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgeführt werden.
Weiterhin kann der Pulssteller mit einem Power-MOSFET ausge
führt sein.
Nach einer besonders universellen Ausführung wird die Steuer
spannung an einen Zweiweggleichrichter gelegt, so daß wahlwei
se ein Betrieb mit Gleich- oder Wechselspannung möglich ist.
Vorteilhafterweise weist der letzte Wert der Sollwertfolge den
für den Haltevorgang des Schalters erforderlichen magnetischen
Fluß auf und wird bis zum Abschalten des Gerätes als Sollwert
zur Haltepulsregelung verwendet.
Bei einem E-Magnetsystem ereicht man mit einer um einen Außen
schenkel gelegten Induktionsspule besonders gute Ergebnisse
bei der Regelung.
Aufgrund der Einfachheit des als Induktionsspule ausgeführten
Magnetflußsensors braucht der konstruktive Aufbau des Schalt
gerätes nicht verändert werden und die ursprünglichen Eigen
schaften des Systems bleiben erhalten. Eine Integration dieses
Regelungsaufbaues in bereits bestehende Schaltapplikationen
ist mit minimalem Aufwand möglich. Die Kosten des Magnetfluß
sensors, wenn eine Induktionsspule angewendet wird, sind ge
ring. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung führt mit einem
einfachen Magnetflußsensor zu ähnlich guten Eigenschaften des
Schaltgerätes, wie sie die Verwendung einer bekannten Regelung
mit relativ teuren mechanischen Bewegungssensoren (z. B. Be
schleunigungs-, Geschwindigkeits- oder Wegsensor) zur Messung
der Ankerbewegung mit sich bringen würde. Desweiteren ist die
Sollwertvorgabe für den Flußsollverlauf bei der Verwendung ei
ner Treppenfunktion mit Hilfe einer kleinen elektronischen
Schaltung oder bei einem Mikrocontroller durch eine approxi
mierte Funktion einfach realisierbar. Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung ist in elektromagnetischen Schaltgeräten
einsetzbar, welche sowohl mit Gleich- als auch mit Wechsel
spannung betrieben werden. Ihre Wirksamkeit ist in jedem Fall
unabhängig von der Einschaltphasenlage der Steuerspannung des
elektromagnetischen Antriebes. Der Anzugsvorgang wird unverzö
gert ausgelöst und die Schließverzugszeit des Schaltgerätes
wird nicht durch üblicherweise benötigte Totzeiten verlängert.
Durch die Zweipunktregelung, die die Steuerspannung an der
Spule an- oder abschaltet, wird die elektrische Verlustlei
stung deutlich gesenkt. Vor allem im Haltezustand des Schalt
gerätes, wenn auf einen für die Haltephase ausreichenden Mag
netfluß begrenzt wird, kann die elektrische Halteleistung un
ter Berücksichtigung entsprechender Sicherheitszugaben auf ein
Minimum eingestellt werden. Damit entfallen aufwendige und
teilweise störanfällige Lösungen wie Zweispulantriebe, Spar
widerstand mit Umschaltung durch voreilende Hilfskontakte, Zu
satzbeschaltungen und Strombegrenzungen. In der vorgeschlage
nen Schaltungsanordnung ist diese Zusatzaufgabe integriert.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Blockschaltbild der Zweipunktregelung des Magnetflusses
Fig. 2 Prinzipielle Schaltungsanordnung für die Regelung
Fig. 3 Geregelter Anzugsvorgang mit Magnetflußverlauf für eine
dem Kontaktapparat zugeschnittene Kontaktgabegeschwindigkeit
mit vorteilhafter Sollkurve (Approximation durch Treppenfunk
tion)
Fig. 4 Prellvorgang mit und ohne Regelung
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Zweipunktregelung des
magnetischen Flusses dargestellt. Mit einem Sensor 1 für den
magnetischen Fluß wird im Stator 2 oder Anker 3 der Istwert
eines Teilflusses Φist gemessen, der zur Erzeugung der An
triebskraft beiträgt. Ein von einem Sollwertgeber 4 in Abhän
gigkeit von der Zeit vorgegebener Sollwert Φsoll wird mit dem
gemessenen Istwert Φist auf eine Summationsstelle 5 gegeben.
Der dabei ermittelte Differenzwert ΔΦ = Φsoll - Φist wird auf
einen Zweipunktregler 6 gegeben. Bei positivem Differenzwert
ΔΦ schaltet der Zweipunktregler 6 den Halbleiterschalter 7
durch, so daß die Steuerspannung an die Erregerwicklung 8 ge
legt wird.
Ist der Differenzwert ΔΦ negativ, wird durch den
Zweipunktregler 6 der Halbleiterschalter 7 geschlossen, so daß
der Strom in der Erregerwicklung 8 durch die Freilaufdiode 9
weiterfließt. Um eine wahlweise Ansteuerung durch Gleich- oder
Wechselspannung zu ermöglichen, wird ein Zweiweggleichrichter
10 verwendet.
In Fig. 2 ist die prinzipielle Schaltungsanordnung für die
vorgeschlagene Regelung dargestellt, wobei in Fig. 2a die Re
gelung mit diskreten Bauelementen realisiert ist und in Fig.
2b die Regelung durch einen Mikroprozessor oder Mikrocontrol
ler übernommen wird. Als Sensor für den magnetischen Fluß
dient eine Induktionsspule 11, deren Induktionsspannung Ui
nach Integration mit einem Integrator 12 oder Integrationsal
gorithmus 13 zum Fluß Φist führt. Der Sollwert wird von einem
Sollwertspeicher 14 bzw. 15 in Abhängigkeit von der Zeit zur
Verfügung gestellt. In einem Komparator 16 mit einstellbarer
Hysterese bzw. einem Regelalgorithmus 17 wird das Stellsignal
für den Halbleiterschalter 18 ermittelt.
In Fig. 3 ist ein geregelter Anzugsvorgang im Diagramm darge
stellt. In Fig. 3a ist die Spannung an der Erregerwicklung zu
sehen, die durch den Halbleiterschalter in Abhängigkeit von der
Regelschaltung an- bzw. abgeschalten wird. Sollverlauf und
Istwert des geregelten Magnetflusses in einem Außenschenkel
des E-Magneten sind in Fig. 3b zu sehen. Dieser Sollkurvenver
lauf für den Magnetfluß ist darauf optimiert, daß das Schalt
gerät unter den zulässigen Betriebsbedingungen, wie Span
nungs-, Last- und Temperaturschwankungen optimal arbeiten
kann. Der Geschwindigkeitssollwert bei Kontaktgabe und die An
kergeschwindigkeit sind in Fig. 3c aufgetragen. Durch die Re
gelschaltung wird die Geschwindigkeit im Vergleich zu einem
ungeregelten Anzugsvorgang wesentlich herabgesetzt und bleibt
auch bei stark unterschiedlichen Einsatzbedingungen wie Effek
tivwert der Steuerspannung, Umgebungstemperatur, angebaute Zu
satzgeräte und Abbrand der Kontakte weitestgehend konstant.
Damit wird die Prelldauer und -amplitude der Kontakte stark
herabgesetzt, wodurch sich das Abbrandgewicht pro Schaltspiel
überproportional verringert, was für die Verlängerung der Ge
rätelebensdauer, eine Erhöhung des Schaltvermögens oder eine
Verringerung des eingesetzten Kontaktmaterials genutzt werden
kann.
Durch die herabgesetzte Geschwindigkeit beim Zusammenstoß von
Anker 3 und Stator 2 verringert sich die gesamte mechanische
Belastung des Gerätes, insbesondere der Polflächen, deutlich.
In Fig. 4 sind zur Verdeutlichung der Vorteile der Erfindung
noch einmal ein ungeregelter (Fig. 4a) und ein geregelter An
zugsvorgang (Fig. 4b) gegenübergestellt. Bereits bei dem 1,1fachen
der Nennspannung unterscheiden sich die maximalen Ge
schwindigkeiten von ungeregeltem Anzug mit mehr als 3 m/s zum
geregelten Anzug mit dem Sollwert von 0,6 m/s deutlich. Ent
sprechend unterschiedlich ist auch die Schwingweite des ge
schlossenen Magnetsystems.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zur Regelung eines Erregerwicklung,
Stator und Anker aufweisenden elektromagnetischen Antriebs für
ein Schaltgerät, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines
Sensors (1) der Istwert des Magnetflusses (Φist) im Eisenkreis
(2 bzw. 3) detektiert, mit Sollwertfolgen aus einem Sollwertge
ber (4) verglichen und bei positiver Differenz zwischen Soll- und
Istwert die Steuerspannung an die Erregerwicklung (8) ge
legt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Sensor (1) als Induktionsspule (11) um einen Ma
gnetschenkel ausgeführt ist und damit die Änderung des Magnet
flusses (dΦ/dt) erfaßt wird, wobei durch Integration mit dem
Integrator (12) der Istwert (Φist) des Magnetflusses ermittelt
wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Sollwertfolgen (Uref1, Uref2 . . . ) aus einem Soll
wertspeicher (14 ) abrufbar sind, in dem über Zeitabschnitte
(T1, T2 . . . ) konstante Sollwerte (Φsoll) abgelegt sind und die
durch Simulation mit dem Ziel einer angepaßten Geschwindigkeit
bei Kontaktgabe und einer Begrenzung der Stoßgeschwindigkeit
von Stator (2) und Anker (3) ermittelt wurden.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Vergleich von Sollwert (Φsoll) und Istwert (Φist)
mit einen Komparator (16) ausgeführt wird, der vorteilhafter
weise eine Hysterese aufweist, wobei bei positiver Differenz
zwischen Soll- und Istwert mit dem Halbleiterschalter (7,18)
die Spannung an die Erregerwicklung (8) gelegt wird und bei
negativer Differenz zwischen Soll- und Istwert der Halbleiter
schalter (7,18) öffnet, so daß der Strom in der Erregerwick
lung (8) über die Freilaufdiode (9) weiterfließt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Integration der Änderung des Magnetflusses
(13), das Speichern und Abrufen der Sollwertfolgen (15) und
der Vergleich von Soll- und Istwert durch einen Algorithmus
(17) in einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgeführt
wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Halbleiterschalter (7) als Power-MOSFET ausge
führt ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Steuerspannung an einen Zweiweggleichrichter (10)
gelegt wird.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der letzte Sollwert der Sollwertfolge den für
den Haltevorgang des Schaltgerätes erforderlichen Wert auf
weist und bis zum Abschalten des Schaltgerätes zur Haltepuls
regelung mit einer minimalen Halteleistung verwendet wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Induktionsspule (11) um einen Außenschenkel
eines E-Magneten (1, 3) gelegt ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000060220A1 (de) * | 1999-03-30 | 2000-10-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum bestimmen der position eines ankers |
| WO2001039228A1 (de) * | 1999-11-25 | 2001-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromagnetisches schaltgerät |
| EP1049114A3 (de) * | 1999-04-27 | 2001-11-21 | Siemens Automotive Corporation | Verfahren zur Steuerung eines Ankers eines elektromagnetisches Hochgeschwindigkeitsbedienungselement |
| DE10029828C1 (de) * | 2000-06-16 | 2002-01-24 | Gruner Ag | Gepoltes bistabiles Relais |
| EP1069284A3 (de) * | 1999-07-13 | 2003-02-05 | Siemens Automotive Corporation | Methode zur Bestimmung einer Ankerposition in einem Elektromagnet mittels Induktivität |
| DE10332595A1 (de) * | 2003-07-17 | 2005-02-24 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern elektrischer Schaltgeräte |
| DE102008046374B3 (de) * | 2008-09-09 | 2009-12-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät |
| WO2012038221A1 (de) * | 2010-09-22 | 2012-03-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät sowie verfahren zur steuerung eines schaltgeräts |
| DE102012106922A1 (de) | 2012-07-30 | 2014-01-30 | Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Regeln des elektromagnetischen Antriebs eines Schaltgeräts, insbesondere eines Schützes |
| US8688391B2 (en) | 2005-09-21 | 2014-04-01 | Siemens Aktiengelleschaft | Method for determining contact erosion of an electromagnetic switching device, and electromagnetic switching device comprising a mechanism operating according to said method |
| WO2014096410A3 (de) * | 2012-12-20 | 2014-11-20 | Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung und verfahren zum betrieb eines elektromagnetischen schaltgeräteantriebs |
| WO2015082171A1 (de) * | 2013-12-02 | 2015-06-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromagnetischer aktuator |
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|---|---|---|---|---|
| DE3047488A1 (de) * | 1980-12-17 | 1982-07-22 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Elektronische schaltungsanordnung fuer ein elektromagnetisches schaltgeraet |
| GB2112213B (en) * | 1981-12-21 | 1985-12-11 | Gen Electric | Electromagnetic contactor with flux sensor |
| US4608620A (en) * | 1985-11-14 | 1986-08-26 | Westinghouse Electric Corp. | Magnetic sensor for armature and stator |
| DE4314009A1 (de) * | 1993-04-23 | 1994-11-03 | System Elektronik Gmbh Berlin | Schaltung |
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1995
- 1995-09-22 DE DE1995135211 patent/DE19535211C2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000060220A1 (de) * | 1999-03-30 | 2000-10-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum bestimmen der position eines ankers |
| US6518748B2 (en) | 1999-03-30 | 2003-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining the position of an armature |
| EP1049114A3 (de) * | 1999-04-27 | 2001-11-21 | Siemens Automotive Corporation | Verfahren zur Steuerung eines Ankers eines elektromagnetisches Hochgeschwindigkeitsbedienungselement |
| EP1069284A3 (de) * | 1999-07-13 | 2003-02-05 | Siemens Automotive Corporation | Methode zur Bestimmung einer Ankerposition in einem Elektromagnet mittels Induktivität |
| US6657847B1 (en) | 1999-07-13 | 2003-12-02 | Siemens Automotive Corporation | Method of using inductance for determining the position of an armature in an electromagnetic solenoid |
| WO2001039228A1 (de) * | 1999-11-25 | 2001-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromagnetisches schaltgerät |
| DE10029828C1 (de) * | 2000-06-16 | 2002-01-24 | Gruner Ag | Gepoltes bistabiles Relais |
| DE10332595B4 (de) * | 2003-07-17 | 2008-02-14 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern elektrischer Schaltgeräte |
| DE10332595A1 (de) * | 2003-07-17 | 2005-02-24 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern elektrischer Schaltgeräte |
| US8688391B2 (en) | 2005-09-21 | 2014-04-01 | Siemens Aktiengelleschaft | Method for determining contact erosion of an electromagnetic switching device, and electromagnetic switching device comprising a mechanism operating according to said method |
| DE102008046374B3 (de) * | 2008-09-09 | 2009-12-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät |
| WO2012038221A1 (de) * | 2010-09-22 | 2012-03-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät sowie verfahren zur steuerung eines schaltgeräts |
| EP2538429B1 (de) | 2011-06-24 | 2019-10-16 | Tavrida Electric Holding AG | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs von Schutzschaltern |
| DE102012106922A1 (de) | 2012-07-30 | 2014-01-30 | Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Regeln des elektromagnetischen Antriebs eines Schaltgeräts, insbesondere eines Schützes |
| WO2014019973A1 (de) | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum regeln des elektromagnetischen antriebs eines schaltgeraets, insbesondere eines schuetzes |
| WO2014096410A3 (de) * | 2012-12-20 | 2014-11-20 | Eaton Electrical Ip Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung und verfahren zum betrieb eines elektromagnetischen schaltgeräteantriebs |
| WO2015082171A1 (de) * | 2013-12-02 | 2015-06-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromagnetischer aktuator |
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