Beschreibung Beschaltung für ein elektromagnetisches Schaltgerät Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschaltung für ein elektromagnetisches Schaltgerät mit mindestens einer An- triebsspule, die bei Beaufschlagung mit einem Anzugsstrom ei- ne Kontaktanordnung des elektromagnetischen Schaltgeräts be- tätigt und bei nachfolgender Beaufschlagung mit einem Halte- strom, der kleiner als der Anzugsstrom ist, die Kontaktanord- nung betätigt hält, mit einem Strombegrenzer, der eingangs- seitig mit einer Stromversorgung und ausgangsseitig mit der Antriebsspule verbunden ist und einen Begrenzerstrom ausgibt.

Derartige Beschaltungen sind allgemein bekannt.

Elektromagnetische Schaltgeräte, also Schütze und Relais, entnehmen einem Stromversorgung beim Einschalten einen hohen Anzugsstrom. Der Anzugsstrom ist unter anderem von der anlie- genden Versorgungsspannung abhängig. Im Stand der Technik ist bekannt, dem elektromagnetischen Schaltgerät einen Strombe- grenzer vorzuordnen, der den Anzugsstrom unabhängig von der anliegenden Versorgungsspannung auf den minimal möglichen Wert begrenzt. Dennoch aber wird nach wie vor dieser minimale Anzugsstrom benötigt, der einen sehr hohen Wert aufweist.

Insbesondere bei großen Schützen sind aufgrund der hohen Strombelastung sogar Netzrückwirkungen möglich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beschaltung für ein elektromagnetisches Schaltgerät zu schaf- fen, mit der einerseits die Antriebsspule mit dem benötigten Anzugsstrom versorgbar ist, andererseits aber der aus der Stromversorgung entnommene Strom erheblich geringer ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Begrenzerstrom klei- ner als der Anzugsstrom ist, daß zwischen dem Strombegrenzer und der Antriebsspule ein Energiespeicher angeordnet ist und

daß zwischen dem Energiespeicher und der Antriebsspule ein Durchschaltelement angeordnet ist, das den Energiespeicher nur dann auf die Antriebsspule durchschaltet, wenn der Ener- giespeicher mit einem für ein Betätigen der Kontaktanordnung ausreichenden Energieinhalt beaufschlagt ist.

Aufgrund der Begrenzung des Begrenzerstroms auf einen Wert kleiner als der Anzugsstrom ist die Belastung der Stromver- sorgung relativ gering. Aufgrund der Speicherung der Energie im Energiespeicher steht die zum Schalten des Schaltgeräts benötigte Energie zur Verfügung. Aufgrund des Durchschaltele- ments wird verhindert, daß die gespeicherte Energie zu einem Zeitpunkt auf die Antriebsspule durchgeschaltet wird, zu dem noch kein sicheres Schalten des Schaltgeräts gewährleistet ist.

Der Energiespeicher kann prinzipiell beliebiger Natur sein.

Beispielsweise kommen mechanische Schwungmassen oder Vorspan- nung von Federn durch kleine Elektromotoren in Frage. In der Regel wird aber ein elektrischer Energiespeicher verwendet, also ein Akkumulator oder insbesondere ein Kondensator.

Die Betriebssicherheit des elektromagnetischen Schaltgeräts wird deutlich erhöht, wenn der Energiespeicher einen maxima- len Energieinhalt aufweist und der maximale Energieinhalt für mindestens zwei aufeinanderfolgende Betätigungen der Kontakt- anordnung ausreicht.

Wenn der Begrenzerstrom einstellbar ist, ist die Beschaltung universell bei verschiedenen elektromagnetischen Schaltgerä- ten einsetzbar, welche verschiedene Halteströme benötigen.

Insbesondere ist in diesem Fall der Begrenzerstrom so ein- stellbar, daß er geringfügig größer als der Haltestrom ist.

Die Einstellbarkeit des Begrenzerstroms kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Strombegrenzer ein Lade- schaltelement mit einstellbarem Schaltverhältnis aufweist.

Das Einstellen des Schaltverhältnisses kann beispielsweise durch Pulsweitenmodulation erfolgen.

Wenn dem Ladeschaltelement eine Drossel mit einer antiparal- lel gegengeschalteten Freilaufdiode vorgeordnet ist, erfolgen versorgungsseitig keine abrupten Stromänderungen.

Wenn das Durchschaltelement den Energiespeicher bei Erreichen einer Schaltschwelle auf die Antriebsspule durchschaltet und die Schaltschwelle einstellbar ist, ist die Schaltung für verschiedene elektromagnetische Schaltgeräte mit verschiede- nen Anzugsströmen anpaßbar.

Wenn dem Durchschaltelement ein Durchschaltsignal zuführbar ist und das Durchschaltelement den Energiespeicher nur bei Anliegen des Durchschaltsignals auf die Antriebsspule durch- schaltet, ist es möglich, den Energiespeicher vorzuladen und bei Anliegen des Durchschaltsignals sofort die Kontaktanord- nung zu betätigen.

Wenn dem Strombegrenzer ein Gleichrichter vorgeordnet ist, ist die Beschaltung universell sowohl bei Versorgung mit Gleich-als auch bei Versorgung mit Wechselstrom einsetzbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Prinzipdarstellung der einzigen FIG 1 ein elektromagnetisches Schaltgerät mit vorgeordne- ter Beschaltung.

Gemäß FIG 1 weist ein elektromagnetisches Schaltgerät 1 eine Antriebsspule 2 und eine Kontaktanordnung 3 auf. Gemäß Aus- führungsbeispiel ist das elektromagnetische Schaltgerät 1 als Schütz ausgebildet. Es könnte aber auch als Relais ausgebil- det sein.

Wenn die Antriebsspule 2 mit einem Anzugsstrom IA beauf- schlagt wird, wird die Kontaktanordnung 3 betätigt. Nach dem Betätigen der Kontaktanordnung 3 kann die Antriebsspule 2 mit einem Haltestrom IH beaufschlagt werden, der kleiner als der Anzugsstrom IA ist, um die Kontaktanordnung 3 betätigt zu halten. Wird die Antriebsspule 2 mit einem Strom beauf- schlagt, der kleiner als der Haltestrom IH ist, so geht die Kontaktanordnung 3 in den unbetätigten Zustand über. Ein er- neutes Betätigen der Kontaktanordnung 3 ist dann nur durch Beaufschlagen der Antriebsspule 2 mit dem Anzugsstrom IA wie- der möglich.

Dem Schaltgerät 1 ist eine Spulenstromregelung 4 vorgeordnet, welche den durch die Antriebsspule 2 fließenden Strom auf den Anzugsstrom IA, den Haltestrom IH oder Null regelt. Ohne wei- tere Maßnahmen träte mit der bisher beschriebenen Schaltung aber dennoch beim Betätigen der Kontaktanordnung 3 eine hohe Strombelastung eines versorgenden Netzes mit dem Anzugsstrom IA auf.

Um diese hohe Spitzenbelastung zu vermeiden, ist der Spulen- stromregelung 4 ein Strombegrenzer 5 vorgeordnet. Der Strom- begrenzer 5 ist eingangsseitig mit einer Stromversorgung ver- bunden, die eine Versorgungsspannung U aufweist. Ausgangssei- tig ist der Strombegrenzer 5 über weitere Komponenten, auf die nachstehend näher eingegangen wird, mit der Spulenstrom- regelung 4 und damit indirekt mit der Antriebsspule 2 verbun- den.

Der Strombegrenzer 5 wird derart gesteuert, daß er einen Be- grenzerstrom IL ausgibt, der kleiner als der Anzugsstrom IA ist. Im Idealfall ist der Begrenzerstrom IL geringfügig grö- ßer als der Haltestrom IH, z. B. um fünf bis 10 Prozent grö- ßer.

Mit dem Begrenzerstrom IL wird ein Energiespeicher 6 geladen, der zwischen dem Strombegrenzer 5 und der Antriebsspule 2

bzw. der Spulenstromregelung 4 angeordnet ist. Der Energie- speicher 6 ist gemäß FIG 1 als Speicherkondensator 6 ausge- bildet.

Zwischen dem Energiespeicher 6 und der Antriebsspule 2 bzw. der Spulenstromregelung 4 ist ein Durchschaltelement 7 ange- ordnet. Mittels des Durchschaltelements 7 wird der Energiein- halt des Energiespeichers 6 erfaßt. Das Durchschaltelement 7 schaltet den Energiespeicher 6 nur dann auf die Antriebsspule 2 bzw. die Spulenstromregelung 4 durch, wenn der Energiespei- cher 6 mit einem Energieinhalt beaufschlagt ist, der für ein Betätigen der Kontaktanordnung 3 ausreicht.

Bei Ausbildung des Energiespeichers 6 als Speicherkondensator 6 ist der Energieinhalt des Energiespeichers 6 direkt durch die Kapazität des Speicherkondensators 6 und eine über dem Speicherkondensator 6 abfallende Speicherspannung Us gegeben.

In diesem Fall muß also lediglich die Speicherspannung Us mit einer extern vorgebbaren und damit einstellbaren Schalt- schwelle Us* verglichen werden. In diesem Fall schaltet das Durchschaltelement 7 den Energiespeicher 6 auf die Antriebs- spule 2 durch, wenn die Speicherspannung Us größer oder gleich der Schaltschwelle Us* ist.

Wie bereits erwähnt, wird die Beschaltung mit einer Versor- gungsspannung U versorgt. Der maximale Energieinhalt des E- nergiespeichers 6 ist bei Ausbildung als Speicherkondensator 6 somit durch seine Kapazität und die Versorgungsspannung U bestimmt. Vorzugsweise ist die Kapazität des Speicherkonden- sators 6 derart gemessen, daß der Energieinhalt des Speicher- kondensators 6 für mindestens zwei unmittelbar aufeinander- folgende Betätigungen der Kontaktanordnung 3 ausreicht.

Gemäß FIG 1 weist der Strombegrenzer 5 ein Ladeschaltelement 8 auf, das von einer Steuerschaltung 9 angesteuert wird. Das Ladeschaltelement 8 wird also abwechselnd durchgeschaltet und gesperrt. Das Verhältnis zwischen Durchschaltzeit und Sperr-

zeit gibt das Schaltverhältnis an. Durch Variation des Schaltverhältnisses kann der Begrenzerstrom IL auf einen Ma- ximalstrom IL* eingestellt werden. Das Einstellen des Schalt- verhältnisses kann beispielsweise durch Pulsweitenmodulation erfolgen.

Dem Strombegrenzer 5 ist eine Drossel 10 vorgeordnet. Der Drossel 10 ist eine Freilaufdiode 11 parallel gegengeschal- tet. Damit ergibt sich eine gleichmäßigere Strombelastung des Versorgungsnetzes, da die Drossel Stromänderungen begrenzt.

Es ist möglich, das Durchschaltelement 7 bei Erreichen der Schaltschwelle Us* stets und unbedingt zu betätigen. In die- sem Fall wird das Schaltgerät 1 durch Anlegen der Versor- gungsspannung U betätigt. Es ist aber auch möglich, die Ver- sorgungsspannung U permanent anzulegen und dem Durchschalt- element 7 ein separates Durchschaltsignal S zuzuführen. In diesem Fall schaltet das Durchschaltelement 7 den Energie- speicher 6 nur dann auf die Antriebsspule 2 bzw. die Spulen- stromregelung 4 durch, wenn sowohl der Energiespeicher 6 ei- nen hinreichenden Energieinhalt aufweist als auch das Durch- schaltsignal S anliegt. In diesem Fall ist es also möglich, den Energiespeicher 6 vorzuladen.

Gemäß FIG 1 ist dem Strombegrenzer 5 nebst Drossel 10 und Freilaufdiode 11 ein Gleichrichter 12 mit einem Stützkonden- sator 13 vorgeordnet. Damit ist die Beschaltung wahlweise mit Gleichspannung oder mit Wechselspannung versorgbar.

Bei geeigneter Dimensionierung der Beschaltung kann die in Verbindung mit FIG 1 beschriebene Spulenstromregelung 4 ent- fallen. Denn nach dem Entladen des Energiespeichers 6 fällt der der Antriebsspule 2 zugeführte Strom zwangsweise auf den Begrenzerstrom IL ab. Wenn also der Begrenzerstrom IL gering- fügig größer als der Haltestrom IH ist und der Energieinhalt des Energiespeichers 6 hinreichend klein bemessen ist, wirkt der Strombegrenzer 5 zugleich als Spulenstromregelung. Eine

separate Spulenstromregelung 4 ist dann nicht mehr erforder- lich.