DE4418146B4

DE4418146B4 - Method and switching arrangement for operating an electromagnet

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.switching arrangement for operating one with an exciter coil and a movable armature provided electromagnets with direct current, one on the ac supply network connected protective separation transformer and a downstream Rectifier is provided, characterized in that the rectifier (2) is connected in charging arrangement with the capacitor (3), the Exciter coil (7) of the magnet in series with a thyristor (6) the capacitor (3) is connected and a zener diode (4) the a connection point of the capacitor (3) to the gate of the thyristor (6) connects, wherein after switching on the AC mains voltage that correspond to the no-load voltage of the isolating transformer (1) increased initial Charging voltage of the capacitor (3) the voltage value of the zener diode (4) reached, so that this and thus the thyristor (6) ignites.

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.The The invention relates to a switching arrangement and its application the patent claims 1 and 4. The invention is important in electromagnets which after switching on the exciter current initially increased power have to provide and their power requirement then drops, for example solenoid valves in the form of poppet valves, which are closed when not energized are and open an elevated one Have power requirements.

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.The publication DE 32 06 590 C2 relates to a surge generator which includes a capacitor and which is charged by means of a transistor Sperrschwingerschaltung to a relation to the input voltage greatly increased voltage. The one-time discharge current surge of this capacitor provides an increased instantaneous power to the solenoid valve, while the remaining required holding power is obtained directly from the DC voltage source.

Nachteilig bei diesem Stoßstromgenerator ist jedoch, daß die Sperrschwinger- oder Sperrwandlerschaltung zahlreiche Bauelemente umfaßt und somit vergleichsweise komplex und zugleich aufwändig herzustellen ist.adversely in this surge generator is however, that the Sperrschwinger- or flyback converter circuit numerous components comprises and thus relatively complex and at the same time expensive to manufacture is.

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.The publication DE 22 05 444 A discloses the use of Zener diodes in a circuit for the excitation of electromagnets, wherein in addition to a holding operation and a tightening operation is provided.

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.Compared to the In the prior art, the present invention has the object, a Switching arrangement that generates a pulsed increased inrush current and then sinks to a lower holding current to suggest the opposite The prior art is significantly simplified.

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.According to the invention comprises the circuit arrangement with a on AC power supply connected protective separation transformer and a downstream Rectifier continues that the Rectifier in the charging arrangement connected to the capacitor is in contact with the exciting coil of the magnet in series with a thyristor the capacitor is connected and a zener diode at a connection point of the Condenser connects to the gate of the thyristor, wherein after the Switching on the AC mains voltage corresponding to the open circuit voltage of the isolation transformer increased initial Charging voltage of the capacitor reaches the voltage value of the zener diode, so that this and thus also the thyristor ignites.

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.The in the circuit according to the DE 32 06 590 C2 The flyback or flyback circuit used in the present invention is comparable to the series resistor zener diode in combination with the protection isolation transformer in the present invention. Consequently, the present invention is much simpler in construction and thus significantly easier to produce. As a result, corresponding production costs are substantially reduced and the reliability significantly increased compared to the prior art.

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.According to the invention on the other hand, the electromagnet is connected to the AC supply network Protective separation transformer and a rectifier upstream. This Rectifier is connected in Ladeordnung with the capacitor. The exciter coil of the magnet is in series with a thyristor connected to the capacitor and a zener diode connects the a connection point of Capacitor to the gate of the thyristor, wherein after switching on the AC line voltage corresponding to the open circuit voltage of Isolation transformer increased initial Charging voltage of the capacitor reaches the voltage value of the zener diode, so that this and thus also the thyristor ignites (Permeable becomes). about the thyristor and the field coil now flows the discharge current of the capacitor, after discharge to the normal operating current of the isolation transformer decreases. If then the mains AC voltage is turned off, the Thyristor again non-conductive and the switching arrangement is again for the next Switch-on impulse prepared.

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.Of the advantage over the known DC operation of an electromagnet with an upstream protective separation transformer is that in a increased initial power requirement the magnet mentioned Ballast components not for this increased Initial performance must be designed, but only for the very much lower holding power, but during a much longer period is required and actually decisive.

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%.The Extent of increase the initial amperage also depends from the rating of the protective separation transformer, which preferably has a "soft" characteristic and its open circuit voltage under the so-called low voltage of 42V is. The required holding power of the magnet is in many make only a fraction of the initial ones Performance, for example about 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.A preferred application of the described switching arrangement results in a solenoid valve which is opened in an excited state and which is cultivated in the household area on a water pipe, for example a valve for protection against water damage when the connecting hose burst ner water-bearing household machine. Such valves are currently usually operated with mains AC voltage, it being necessary to overmold the valves to protect against contact voltages very carefully with plastic, that is consuming to isolate. If such valves are operated with a protective separation transformer and low voltage, so reduce the cost of the valve, but there are the costs for the transformer added. The invention offers the possibility here, by a small dimensioning of the transformer to reduce its costs so far that the extra-low voltage operation is economically promising. An additional advantage is the increased security against contact voltages. In addition, the DC operation of such valves is interesting because the hum is eliminated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Schaltbildes erläutert, wobei die Maßangaben sich auf den zuletzt erwähnten Anwendungsfall beziehen.One embodiment The invention is explained below with reference to a circuit diagram, wherein the dimensions to the last mentioned application Respectively.

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.With a protective separation transformer 1 For low voltage, the AC line voltage is transformed to an open circuit voltage of at most 42 V (instantaneous value). About a bridge rectifier 2 becomes an electrolytic capacitor 3 (about 470 μF / 63 V) charged. To the capacitor 3 is in series with a thyristor 6 the excitation winding 7 connected to a solenoid valve. The gate of the thyristor is via a current limiting resistor 5 and a zener diode 4 with the positive connection point of the capacitor 3 connected. The protective isolating transformer has a rated voltage of 12 V, a nominal power of 1.5 VA and an open circuit voltage of 16.7 V. It has a "soft characteristic", that is its output voltage is greatly reduced under load. It is short-circuit proof up to an ambient temperature of 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.Exceeds after switching on the mains AC voltage, the charging voltage of the capacitor 3 , which in the example reaches 23 V, the voltage value of the Zener diode 4 , this becomes conductive and ignites across the current limiting resistor 5 the thyristor 6 , This then also becomes conductive and discharges the capacitor 3 about the excitation winding 7 , where the solenoid valve opens. The holding power is only about 20% of the opening power, which is why the transformer is designed only for this power. Due to the design of the transformer, depending on the resistance of the excitation coil, a voltage is applied to the coil which lies between the opening voltage and the holding voltage.

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.When switching off the mains AC voltage is the capacitor 3 over the magnetic coil 7 and the thyristor 6 immediately discharged until it finally becomes non-conductive after the current has subsided.

Claims

Switching arrangement for operating a direct-current electromagnet provided with an exciting coil and a movable armature, wherein a protective separation transformer connected to the alternating current supply network and a downstream rectifier are provided, characterized in that the rectifier ( 2 ) in charging arrangement with the capacitor ( 3 ), the exciter coil ( 7 ) of the magnet in series with a thyristor ( 6 ) on the capacitor ( 3 ) and a zener diode ( 4 ) one connection point of the capacitor ( 3 ) to the gate of the thyristor ( 6 ), wherein after switching on the AC line voltage according to the open circuit voltage of the isolation transformer ( 1 ) increased initial charge voltage of the capacitor ( 3 ) the voltage value of the Zener diode ( 4 ), so that these and thus also the thyristor ( 6 ) ignites.

Switching arrangement according to Claim 1, characterized in that the protective separation transformer ( 1 ) has an open circuit voltage that is below the low voltage of 42V.

Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the required holding power of the solenoid valve whose exciter coil ( 7 ) is fed by the arrangement, in the open position only a fraction, for example about 20%, the opening power constitutes.

Application of the switching arrangement according to one of the preceding claims when opened in an excited state Solenoid valve, which is mounted in the household area on a water pipe is.