A M RT AG BER DIE INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES PATENTWESENS (PCT)

(51) Internationale Patentklassifikation 3 (11) Internationale Veröffentlichungsnummer. WO 82/

H01H 47/32; H01F 7/18 AI H03K 17/64 (43) Internationales

Veröffentlichungsdatum 24. Juni 1982 (2

(21) Internationales Aktenzeichen: PCT/DE81/00221 (74) Anwalt: KEMPE, Wolfgang; Postfach 12 73, Mannheim 1 (DE).

(22) Internationales Anmeldedatum:

16. Dezember 1981 (16.12.81)

(81) Bestimmungsstaaten: AT, BE (europäisches CH, DE, FR (europäisches Patent), GB, JP,

(31) Prioritätsaktenzeichen : P 3047488.5 SE, US.

(32) Prioritätsdatum: 17. Dezember 1980 (17.12.80)

Veröffentlicht

(33) Prioritätsland: DE Mit internationalem Recherchenbericht. Vor Ablauf der für Änderungen der Ansprüche senen Frist. Veröffentlichung wird wiederholt

(71) Anmelder (für alle Bestimmungsstaaten ausser US): derungen eintreffen.

BROWN, BOVERI & CIE [DE/DE]; Aktiengesell¬ schaft, Kallstadter Strasse 1, D-6800 Mannheim 31 (DE).

(72) Erfinder ;und

(75) Erfinder/Anmelder (nur für US): PETSCHENKA, Ed¬ win [DE/DE]; Am Sonnenhang 23, D-7524 Tiefen¬ bach (DE). BEULEN, Winfried [DE/DE]; Kirchen- bergweg 6, D-6900 Heidelberg (DE). ROTHMEIER, Erich [DE/DE]; Gartenstrasse 66, D-6920 Sinsheim (DE).

(54) Title: ELECTRONIC DEVICE FORTHE ENERGIZATION OF AN ELECTROMAGNETIC ELE MENT

(54) Bezeichnung: ELEKTRONISCHE SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR ANSTEUERUNG EINES ELE MAGNETISCHEN BAUELEMENTES

is taken nto aecount.

usammen assung

Elektronische Schaltungsanordnung für ein elektromagnetisches Bauelement (2), insbesondere eine Drossel oder ei¬ ne Spule eines einen magnetischen Kreis mit Spule, Joch und Anker aufweisenden elektromagnetischen Schaltgerätes. Ei¬ nem Komparator (5) werden ein vorgegebener Stromsollwert U(I _soI ) und ein gemessener Stromistwert U(I _ist ) zugeleitet Unterschreitet der Stromistwert den Stromsollwert, so steuert der Komparator (5) über ein monostabiles Kippglied (6) ei¬ nen im Hauptstromkreis des elektromagnetischen Bauelements (2) liegenden, mit Versorgungsspannung U _v beaufschlagten Schalttransistor (1) durch. Nach Ablauf der konstanten Einschaltdauer t _ein sperrt der Transistor (1). Bei variabler Ein- schaitdauer t _eιn des Schalttransistors (1) erfolgt eine differenzierte Stromsollwertvorgabe in Abhängigkeit der ermittelten Einschaltdauer. Für die sichere Betriebsweise eines elektromagnetischen Schaltgerätes mit Spule wird ein hoher Anzugs¬ stromsollwert und nach erfolgtem Anziehen des Schaltgerätes ein reduzierter Haltestromsollwert vorgegeben. Zur Auswer¬ tung des unterschiedlichen Schaltzustandes des Schaltgerätes wird die Induktivität der Spule herangezogen.

LEDIGLICH ZUR INFORMAπON

Code, die zurldentifizierung vonPCT-Vertragsstaaten auf den Kopfbögen der Schriften, die internationale

Anmeldungen gemäss dem PCT veröffentlichen.

AX Österreich KP Demokratische Volksrepublik Korea

AU Australien u Liechtenstein

1» Brasilien U Luxemburg

CF Zentrale Afrikanische Republik MC Monaco

CG Kongo MG Madagaskar

CH Schweiz MW Malawi

CM Kamerun NL Niederlande

DE Deutschland, Bundesrepublik NO Norwegen

DK Dänemark RO umania

FI Finnland SE Schweden

FS Frankreich SN Senegal

GA Gabun SU Soviet Union

GB Vereinigtes Königreich TD Tschad

HU Ungarn TG Togo

JP Japan US Vereinigte Staaten von Amerika

Elektronische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes .

Technisches Gebiet:

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schal- tungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes, insbesondere einerDrossel oder einer Spule eines einen magnetischen Kreis mit Spule, Joch und Anker aufweisenden elektromagnetischen Schaltgerätes.

Zugrundeliegender Stand der Technik:

Elektromagnetische Bauelemente, wie Schaltrelais und Schütze sind in zahlreichen Ausführungsvarianten allge¬ mein bekannt. Derartige Schaltgeräte bestehen aus einem Joch mit einer oder mehreren Spulen und aus einem Anker, der nach Anlegen einer Steuerspannung an die Spule vom Joch magnetisch angezogen wird und hierdurch Schaltkon¬ takte betätigt.

Ein Nachteil der bekannten elektromagnetischen Schalt-

O PI V/IPO

gerate ist in der großen Typenvielfalt, bedingt durch die unterschiedlichen Erregerspannungen bei gleicher Schaltleistung, dem großen Bauvolumen und der großen notwendigen Steuerleistung zu sehen. Die bekannten elektromagnetischen Schaltgeräte sind in der Regel entweder nur für Gleichstrom oder nur für Wechselstrom einsetzbar. Außerdem kann eine Spule nur für einen engen Erregerspannungsbereich eingesetzt werden, um ein sicheres Anziehen des Ankers zu gewährleisten.

Offenbarung der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektro¬ nische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elek- tromagnetischen Bauelements zu schaffen, die einen uni¬ versellen Einsatz des elektromagnetischen Bauelements ermöglicht, d.h. einen Betrieb für Gleich- und Wechsel¬ strom erlaubt, der in weiten Grenzen unabhängig von der Höhe der Spannung ist und außerdem die Baugrδße und die Leistungsaufnahme des Bauelementes reduziert.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Variante erfin¬ dungsgemäß dadurch gelöst, daß einem Komparator ein vorgegebener Stromsollwert sowie ein gemessener, dem Strom im elektromagnetischen Bauelement entsprechender Stromistwert eingangsseitig anliegen und der Komparator ausgangsseitig in Abhängigkeit der Regelabweichung zwischen Stromsollwert und Stromistwert einen im Haupt¬ stromkreis des elektromagnetischen Bauelementes liegen- den, mit der Versorgungsspannung zur Ansteuerung des elektromagnetischen Bauelementes beaufschlagten Schal¬ ter, insbesondere einen Schalttransistor, ansteuert.

Diese Aufgabe wird gemäß einer zweiten Variante erfin- dungsgemäß dadurch gelöst, daß einem Zweipunktregler die Regelabweichung zwischen einem Induktionssollwert und

OMPI

einem Induktionsistwert des magnetischen Kreises des elektromagnetischen Bauelementes zugeführt wird und daß der Zweipunktregler einen mit dem elektromagnetischen Bauelement verbundenen Schaltverstärker so ansteuert, daß sich der Induktionswert innerhalb vorgebbarer Grenz¬ werte bewegt', wobei der Schaltverstärker eingangsseitig mit der Versorgungsspannung zur Ansteuerung des elektro¬ magnetischen Bauelementes beaufschlagt ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbe¬ sondere darin, daß die Regelung den Einfluß der Versor¬ gungsspannung auf den Spulenstrom unterdrückt, so daß eine weitgehende Unabhängigkeit von der Versorgungs¬ spannung erreicht wird. Im theoretischen Fall gilt als untere Spannungsgrenze für die Versorgungsspannung nur die Minimalspannung der Elektronikversorgung, z.B. ca. 5V Gleichspannung und als obere Spannungsgrenze die maximale Spannungsbelastbarkeit der elektronischen Bauelemente, z.B. ca. 1000V Gleichspannung. Hierdurch kann die aufgrund der verschiedenen Versorgungsspan¬ nungen (Erregerspannungen, Steuerspannungen) hervorge¬ rufene Typenvielfalt bei elektromagnetischen Bauelemen¬ ten, insbesondere Schaltgeräten, drastisch reduziert werden. Für den gesaraten Spannungsbereich zwischen 5V und 1000V kann beispielsweise das gleiche Schaltgerät eingesetzt werden, wobei stets ein sicheres Anziehen des Ankers gewährleistet ist.

An den Anschlüssen für die Versorgungsspannung tritt keine induktive Schaltspannung auf. Die Leistungsauf¬ nahme im eingeschalteten Zustand des Schaltgerätes im Falle eines gleiσhstrombetätigten Schaltgerätes mit der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung wird deutlich reduziert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

O PI

Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

>

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. 0

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 elektronische Schaltungsanordnungen zur

Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes, wobei der magnetische Fluß ₅ im Bauelemen 'auf einen konstanten Wert geregelt wird, Fig. 3 und 4 elektronische Schaltungsanordnuπgen zur

Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes, wobei zwischen einem erhöhten Anzugsstrom und einem niedrige¬ ren Haltestrom umgeschaltet wird, Fig. 5A,B,C,D die zeitlichen Verläufe der interessie¬ renden Ströme und Spannungen zur Anord¬ nung gemäß Fig. 1 , _ Fig. 6 eine elektronische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes mit einem Zweipunktregler und Stromerfassung, Fig. 7A,B,C die zeitlichen Verläufe der interessie- 0 renden Ströme und Spannungen zur Anord¬ nung gemäß Fig. 6 , Fig. 8 eine detailierte Ausführungsform zur

Anordnung gemäß Fig. 6, Fig. 9 eine elektronische Schaltungsaπordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes mit einem Zweipunktregler

O PI wσo

und Induktionswerterfassung,

Fig. 10A,B,C die zeitlichen Verläufe der interessie¬ renden Ströme und Spannungen zur Anord¬ nung gemäß Fig. 9, Fig. 11 eine zur Induktionswerterfassung einge¬ setzte Hallsonde,

Fig. 12 eine detaillierte Ausführungsform zur

Anordnung gemäß Fig. 9,

Fig. 13 eine prinzipielle Darstellung zur Anord- nung gemäß Fig. 12,

Fig. 14 eine mechanische Ausbildung einer Anord¬ nung gemäß Fig. 9, 11, 12, 13.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung:

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer elektro¬ nischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Ein Schalttransistor 1 (pnp-Typ) ist über seinen Emitter mit der Eingangsklemme E1 der Schaltungsanordnung verbunden. An der Eingangsklemme E1 liegt als Steuerspannung die Versorgungsspannung +U _V an. Die Versorgungsgungsspannung ₊ U _V ist über einen externen Schalter S schaltbar. Der Kollektor des Schalttransistors 1 ist mit einem elek- tromagnetischen Bauelement 2 (z.B. Spule eines Schalt¬ relais, Drossel usw.) verbunden. Das elektromagnetische Bauelement 2 weist einen ohmschen Widerstand R-| und eine Induktivität L auf.

Das elektromagnetische Bauelement 2 ist über seine weitere Klemme mit einem steuerbaren Widerstand 3 (z.B. Feldeffekttransistor) verbunden. De ohmsche Widerstand des steuerbaren Widerstandes 3 ist mit R _w bezeichnet. Der weitere Anschluß des steuerbaren Widerstandes 3 liegt über einem Meßwiderstand R2 (Shunt) an der Ein¬ gangsklemme E2 und damit an Masse. Der Kollektor des

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Schalttransistors 1 ist ferner mit der Kathode einer Freilaufdiode 4 verbunden, deren Anode an Masse liegt.

Die beiden Anschlußpunkte des steuerbaren Widerstandes 3 sind mittels eines Spannungsteilers, bestehend aus den hochohmigen Widerständen Rg und Rij, überbrückt. Der Widerstand R3 ist dabei mit dem elektromagnetischen Bauelement 2 und der Widerstand Rj _j mit dem Meßwiderstand R2 verbunden. Das Widerstandsverhältnis R3/R entspricht dabei dem Verhältnis R1/R2. Damit ist zu jedem Wider¬ standswert R _w des steuerbaren Widerstandes 3 der Span¬ nungsabfall über R + R4 proportional zum Spannungsab¬ fall über den gesamten ohmschen Widerstand R-| + R2 + Rw Am gemeinsamen Verbiπdungspunkt der Widerstände R3, Rj- wird der Stromistwert Ii _s t) als Spannungswert abge¬ griffen und dem ersten Eingang eines Komparators 5 zugeführt.

Der zweite Eingang des Komparators 5 wird mit einem Stromsollwert U(I _so n- 2 beaufschlagt. Der Komparator 5 ist ausgangsseitig mit einem monostabilen Kippglied 6 verbunden und steuert das Kippglied 6 immer dann an, wenn der Stromistwert U(I _ist ) kleiner oder gleich dem Stromsollwert U(I _so τ_χ ist. Das monostabile Kippglied 6 seinerseits steuert ausgangsseitig den Schalttraπsi- stor 1 über dessen Basis an. Die Einschaltdauer t _e __ _n des monostabilen Kippgliedes 6 ist dabei konstant.

Der Stromistwert U(I- _S t) wird desweiteren dem ersten. Eingang eines Subtrahierers 7 zugeführt. Der zweite

Eingang des Subtrahierers 7 wird mit dem Stromsollwert ^u ---soll 2 beaufschlagt. Der Subtrahierer 7 bildet die Differeπzspanπung ^ü (i), also den Wechselstromanteil des über das elektromagnetische Bau¬ element 2 fließenden Stromes U(Ii _s t). Die Ausgangsspaπ- nung U(i) des Subtrahierers 7 wird einem Glättungsglied

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8 (z.B. PT- _j -Glied) zugeleitet. Das Glättungsglied 8 bil¬ det den Mittelwert U(i) des Wechselstromanteiles U(i) und führt diesen Wert dem ersten Eingang eines Subtra¬ hierers 9 zu. Der zweite Eingang des Subtrahierers 9 wird mit einem Stromsollwert U(I _S0 - * ) beaufschlagt. Der Subtrahierer 9 bildet den Differenzwert

^∑soll 2) = U^soll 1 •" ~ ^ü ( ^* - ^{* unc} - leitet diesen Strom¬ sollwert Ud _g oii 2^ ^den zwei en Eingängen des Kompara¬ tors 5 und des Subtrahierers 7 zu.

Ein aus zwei Widerständen R5, R bestehender Spannungs¬ teiler 10 wird mit seinem durch Widerstand R5 gebildeten Anschluß mit der Versorgungsspannung +U _V beaufschlagt und liegt mit seinem durch Widerstand R6 gebildeten Anschluß auf Masse. Das Widerstandsverhältnis R5/R6 entspricht dabei dem Verhältnis 1/ 2. Am gemeinsamen Verbindungspunkt beider Widerstände R5/R6 st somit der Spannungswert R2/ -) + 2) * ^ü v abgreifbar und dieser Spannungswert wird dem ersten Eingang eines Subtrahie- rers 11 zugeleitet.

Dem zweiten Eingang des Subtrahierers 11 liegt wiederum der Stromsollwert U(I _so n - ^{1 an} « ^Der Subtrahierer 11 bildet den Differenzwert U _D = R ₂ /(Rι + H ₂ ) ^• U _v - 0(I _so n ₂ > und gibt die Differenzspannung Ό-Q als Sollwert einem PI-Regler 12 vor.

Der Ausgangswert ü(i) des Subtrahierers 7 wird einem Scheitelwertmesser 13 zugeleitet. Der Scheitelwertmesser 13 bildet den Scheitelwert U(i) des Wechselstromanteiles U(i) und führt diesen Scheitelwert dem PI-Regler 12 als Istwert zu. Der PI-Regler 12 steuert ausgangsseitig den steuerbaren Widerstand 3 über dessen Steuereingang an und verändert auf diese Weise den ohmschen Widerstands¬ wert R _w des Widerstandes 3 in Abhängigkeit des Scheitel-

OMPI

wertes U(- ) und der Differenzspannung Up.

Zur nachfolgenden Beschreibung der Funktionsweise der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird auf die Figuren 5A,B,C,D verwiesen. In Fig. 5A ist der zeit¬ liche Verlauf des Stromistwertes U(Ij_ _S fc) dargestellt. Der Stromsollwert U(I _so χι 2) ist als konstanter Wert eingetragen. Die Einsσhaltdauer des monostabilen Kipp¬ gliedes ^* ,6 bzw. des Schalttransistors 1 ist mit t _e -£ _π bezeichnet. In Fig. 5B ist der zeitliche Verlauf des Wechselstromanteiles U(i) = - U(I _S oll 2 _. ) des Stromistwertes dargestellt. Der Scheitelwert des Wech¬ selstromanteiles beträgt U^) . Der Mittelwert des Wech¬ selstromanteiles ist mit U(T) bezeichnet. In Fig. 5C ist der zeitliche Verlauf des über den Schalttransistor 1 fließenden Stromes I-j dargestellt. In Fig. 5D Ist der zeitliche Verlauf des über die Freilaufdiode 4 während der Sperrzeiten des Schalttransistors 1 fließendenStroπε

Il gezeigt. Die Ströme I-| und I4 sowie der über das elektromagnetische Bauelement 2 fließende Surπmenstrom

I-j + Ii sind jeweils in den Figuren 1, 2, 3, 4 eingetra¬ gen.

In der Schaltung der Fig. 1 wird der Schalttransistor 1 wird mittels des monostabilen Kippgliedes 6 abwechselnd durchgesteuert bzw. gesperrt, wobei die Einschaltdauer t _β in ^c - ^es Schalttransistors stets konstant ist. Die Sperrdauer des Transistors 1 ist nicht konstant. Bei durchgesteuertem Schalttransistor 1 ergibt sich ein Stromfluß I-j von der Eingangsklemme über die Emit¬ ter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors 1, das elektromagnetische Bauelement 2, den steuerbaren Wider¬ stand 3 und den Meßwiderstand R2- Bei gesperrtem Schalt¬ transistor 1 ergibt sich ein Stromfluß Ii _j über die Freilaufdiode 4, das elektromagnetische Bauelement 2, den steuerbaren Widerstand 3 und den Meßwiderstand . .-

OMPI WIPO

Über das elektromagnetische Bauelement 2 fließt ein Summenstrom I-| + Ii _\ . Der Stromistwert d^t entspricht diesem Summenstrom I- _j + Ijj.

Zwischen dem magnetischen Fluß φ im elektromagnetischen Bauelement 2 und dessen Induktivität L besteht folgende Beziehung: φ = L • I/n .

Hierbei ist mit n die Windungsanzahl im elektromagneti¬ schen Bauelement 2 (Spule, Drossel) bezeichnet, die einen konstanten Faktor darstellt. Mit Hilfe der elek¬ tronischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird durch meßtechnische Erfassung der Induktivität L der Strom I- _{j +} I4 durch das Bauelement 2 so geregelt, daß unab¬ hängig von der Versorgungsspannung U _v der magnetische Fluß ψ konstant bleibt. Für den den Sumraenstr0m.I1 + I14 nachbildenden Stromistwert gilt zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors 1: ü ⁽ Iist) = Udsoll 2) ^* + Ü _D /R _ges ⁽ 1 - e - ^fe '"- ) , d.h. der Wechselstromanteil U(i) = U _D /R _ges (1. - e -t/ tr ) für den Einschaltvorgang, wobei mit Rg _es = R-j + 2 + der gesamte Widerstand des Stromkreises und mit r die Zeitkonstante f = L/Rg _es bezeichnet sind.

Für den Stromanstieg zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalttransistors 1 ist die Differenzspannung U _j -> von Bedeutung, die der Spannung U _v abzüglich dem ohmschen Spannungsabfall über den Widerständen -|, _W , 2 zum Einschaltmoment des Schalters 1 entspricht. Der Einfluß der Differenzspannung Un läßt sich in großem Maße eliminieren, indem der Scheitelwert U( ) des Wechsel¬ stromanteils U(i) auf eine Größe ausgeregelt wird, die proportional zur Differenzspannung UD ist. Dies erfolgt durch den PI-Regler 12, der den ohmschen Widerstand R _w des steuerbaren Widerstandes 3 und damit ^ entspre¬ chend verändert.

Aufgrund der Ausregelung des Scheitelwertes UCi) propor¬ tional zur Differenzspannung Up hängt die Anstiegszeit des Stromes U(i) nur noch von der Zeitkonstanten f = L/R _geg ab. Da eine sich ändernde Induktivität L durch die Veränderung des Gesamtwiderstandes R _ges über R _w schaltungstechnisch ausgeglichen wird, bleibt die Zeitkoπstante ^ konstant. Die Induktivität L ändert sich, je nachdem ob der Anker des als Schaltgerät ausgeführten Bauelementes 2 angezogen ist oder nicht. Die Induktivität ändert sich ferner bei Sättigung des

Magnetwerkstoffes von Joch und Anker des Bauelementes 2.

Wird der Strorasollwert U(I _S oll ? umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand Rg _es geändert, so gilt T *~ L • U(I _so ιι 2 ^υnd damit ist f ~ φ . Über das Verhältnis UCI /UD und eine vorgegebene Zeltkonstante 1? läßt sich die Zeitdauer bestimmen, die der Strom I-j bei vorgegebenem magnetischen Fluß benötigt, um zum Maximalwert anzusteigen. Diese Zeitdauer entspricht der Einschaltdauer t _e j _n des Schalttransistors 1 und wird vom monostabilen Kippglied 6 vorgegeben und konstant gehal¬ ten. Die elektronische Schaltungsanordnung regelt über den PI-Regler 12 und den steuerbaren Widerstand 3 die Zeitkonstante f so aus (hält t" konstant) , daß der Strom I-j durch das elektromagnetische Bauelement 2 bei gegebener Einschaltdauer t _eiπ des Schalttransistors 1 den durch die Differenzspannung Up vorgegebenen Maximal¬ wert erreicht.

Um den Fluß ψ auf einen Mittelwert auszuregeln, muß der vorgegebene Sollwert U(I _so χι -|) um den Mittelwert U(T) des Wechselstromanteiles U(i) verringert werden. Der Wechselstromanteil U(i) wird durch den Subtrahierer 7 gebildet. Dieser zieht vom Stromistwert U(I^ _S ^) den Strorasollwert U(I _SO ^* 2- ^{1 a} b* ^Der Mittelwert U(T) des Wechselstromanteils U(i) wird durch das Glättungsglie 8

OMPI

gebildet und auf den Subtrahierer 9 gegeben, dem ein¬ gangsseitig ferner der Stromsollwert U(I _S oll l anliegt. Der ausgangsseitige Stromsollwert U(I _so χ 2 ^ des Subtra¬ hierers 9 ist um den Mittelwert U(i) von U(i) kleiner als der Stromsollwert U(I _so χχ -j) . Wenn der Fluß φ auf einen Minimalwert ausgeregelt werden soll und nicht auf einen Mittelwert, entfällt die Korrektur des Stromsoll¬ wertes U(I _S oil 1) um den Mittelwert U(i), d.h. der Stromsollwert U(I _goll * ) wird direkt dem Komparator 5 zugeleitet.

Der Scheitelwert U( ) des Stromes U(i), der nach dem Einschalten des Schalttransistors 1 erreicht wird, hängt von der Zeitkonstante ^* und,der Differenzspannung üπ ab. Bei konstanter Zeitkonstante ^* f und konstanter Einschaltdauer t _e i _n erreicht der Strom U(i) einen Scheitelwert ü(f), der immer proportional zur Differenz¬ spannung Un ist. Diese Differenzspannung UD wird als Sollwert auf den PI-Regler 12 gegeben. Als Istwert wird der Scheitelwert UC$ ^* ) des Wechselstromanteils U(i) auf den Regler 12 gegeben. Der zur Bildung des Scheitelwer¬ tes UC ) dienende Scheitelwertraesser 13 gibt dabei den Scheitelwert UCi*) in Form einer Gleichspannung an den Regler 12.

Zur Ermittlung der Differenzspannung Up wird die Span¬ nung, die über den Widerständen R-| + R + 3 + R4 im Einschaltaugeπblick des Transistors 1 anliegt, von der Versorgungsspannung U _v abgezogen. Da die Spannung über den Widerständen R-j + R2 + R + R4 zum Zeitpunkt des Einschaltens des Transistors 1 proportional zu ^u(I soll 2) , wird dieser Wert U(I _{soll 2} ) m Hilfe des Subtrahierers 11 von der bewerteten (angepaßten) Versorgungsspannung R2/(R-j + R ₂ ) • U _v abgezogen. Der Spannungsteiler 10 dient dabei zur Anpassung der Versor¬ gungsspannung U _v an den Wert U(I _so n 2)-

OMPI

Im eingeschwungenen Zustand bietet der Spannungsabfall über dem Meßwiderstaπd R2 die Möglichkeit, eine Aussage über den momentanen Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 zu machen und elektronisch auszuwerten (Induktivitätsauswertung). Bei Verwendung eines Schalt¬ relais als elektromagnetisches Bauteil 2 kann beispiels¬ weise auf diese Weise der Schaltzustand des Relais festgestellt werden, d.h. ob der Anker angezogen ist oder nicht.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer elektro¬ nischen Schaltungsanordung zur Ansteuerung eines elek¬ tromagnetischen Bauelementes.,dargestellt. Der Schalt¬ transistor 1 liegt wiederum über seinen Emitter an der Versorgungsspannung U _v und ist über seinen Kollektor mit dem elektromagnetischen Bauelement 2 sowie mit der Freilaufdiode verbunden. Das elektromagnetische Bauelement 2 ist andererseits jedoch direkt an den Meßwiderstand R2 angeschlossen.

Der Stromistwert U(Ij. _s t) wird am gemeinsamen Verbin¬ dungspunkt von elektromagnetischem Bauelement 2 und Meßwiderstand R2 als Spannungswert abgegriffen und dem ersten Eingang des Komparators 5 zugeleitet. Der zweite Eingang des Komparators 5 wird wiederum mit dem Strom¬ sollwert U(I _soll ) beaufschlagt. Der Komparator 5 vergleicht Stromsollwert und Stromistwert und steuert ausgangsseitig direkt den Schalttransistor 1 Immer dann an, wenn der Stromistwert U Ii _s ) den Stromsollwert U(I _SO - } unterschreitet.

Es ist wiederum ein Spannungsteiler 10 mit Widerständen R5, _. _ vorgesehen, der zwischen Versorgungsspannung +U _V und Masse geschaltet ist. Am gemeinsamen Verbindungs¬ punkt der Widerstände R5, B. _ wird der Spannungswert

OIv-PI

2 (R-| + 2) * U _v abgegriffen und dem ersten Eingang eines Subtrahierers 14 zugeleitet. Der zweite Eingang des Subtrahierers 14 wird mit dem Stromsollwert U(I _SO - -j) beaufschlagt. Der Subtrahierer 14 bildet die Differenzspannung Un = /( ι + R2) * U _v - U(I _so n 1) und leitet diesen Wert dem ersten Eingang eines steuer¬ baren Addierers 15 zu. Die Differenzspannung H- _Q ent¬ spricht dabei der Spannung U _v abzüglich dem ohmschen Spannungsabfall über den Widerständen R-|,R2 im Ein¬ schaltmoment von Schalter 1.

Der zweite Eingang des steuerbaren Addierers 15 wird mit dem Stromsollwert U(I _so n - _j ) beaufschlagt. Der Steuer¬ eingang des Addierers 15 ist.mit dem Ausgang des Kompa¬ rators 5 verbunden. Der steuerbare Addierer 15 gibt immer dann einen Stromsollwert U(I _SO I-L 2 - Udsoll 1 ausgangsseitig ab, wenn der Schalttransistor 1 sperrt, d.h., wenn U ⁽ l-£ _st ) größer als U(I _so H 2) ^{ist unα} " gibt immer dann einen Strorasollwert

U ⁽ I _soll2 ) = U(I _β oiι 1 ⁾ + u _D ausgangsseitig ab, wenn der Schalttransistor 1 leitet, d.h. wenn U(I _ist ) kleiner als U(I _so n 2) ist.

Das Ausgangssignal des Komparators 5 wird dem Eingang einer Zeiterfassungseinrichtung 16 zugeleitet. Die Zeiterfassungseinrichtung 16 ermittelt die variable Einschaltdauer t _eiπ des Schalttransistors 1 und führt diesen Wert einem Sollwertgeber 17 zu. Der Sollwertgeber 17 gibt ausgangsseitig den Stromsollwert U(I _so n -j) in Abhängigkeit der Einschaltdauer t _e in ^des Schalttransi¬ stors 1 ab. Dieser Stromsollwert U(I _SO - *, ) wird, wie bereits erwähnt, dem Subtrahierer 14 und dem steuerbaren Addierer 15 zugeleitet.

Zwischen Zeiterfassungseinrichtung 16 und Sollwertgeber 17 kann gegebenenfalls ein Glättungsglied (z.B.

PT-j-Glied) zur Mittelwertbildung geschaltet werden.

Während bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 die Einschaltdauer _e _ _n des Schalttransistors 1 konstant gehalten und die Zeitkonstante ^* durch Verän¬ derung des Gesamtwiderstandes Rg _es geregelt wird, um den Scheitelwert U( ^* ) des Wechselstrσraanteils proportional zu Vn zu halten, verändert sich bei der elektronischen Schaltungsanordπung gemäß Fig. 2 die Zeitkonstante f in Abhängigkeit von und die Einschaltdauer t _e £ _n des Schalttransistors 1 wird nachgeführt.

Der Sollwertgeber 17 gibt dabei einen hohen Strorasoll¬ wert U(I _so χι 1 ab, wenn die ,Einschaltdauer t _e i _π des Schalttransistors 1 klein ist und er gibt einen kleinen Stromsollwert Udsoll -j) ab, wenn die Einschaltdauer ^* fcein S ^rσß ist, d.h. der Sollwertgeber 17 verändert kontinuierlich oder in einzelnen Stufen den Stromsoll¬ wert U(I _soll ** ) in Abhängigkeit von der über die Zeiter¬ fassungseinrichtung 18 ermittelten Einschaltdauer t _e i _n .

Der Stromsollwert Ud _so n •-) wird dem Komparator 5 Über den steuerbaren Addierer 15 während der Sperrzeiten des Schalttransistors 1 direkt vorgegeben, d.h. während der Sperrzeiten.des Transistors 1 gilt

"(Isoll 2) = Udsoll 1>- Der Transistor 1 wird über den Komparator 5 durchge¬ steuert, wenn

U(I _isfc ) U(I _soll «,). Nach dem Einschalten des Transistors 1 wird der dem Komparator 5 zugeführte Stromsollwert U(I _sol ) mittels des steuerbaren Addierers 15 erhöht und es gilt

U(I _{soll 2} = Udsoll 1 ⁾ + "D- Erreicht der Stromistwert Udist- ^{1 ύen} ^höhten Strom¬ sollwert U(I _soll -j) + U _D , so wird der Transistor 1 gesperrt und gleichzeitig wird der Stromsollwert

U(I _so n 2) wieder auf den geringeren Wert U(I _so ll 1 ⁾ umgeschaltet. .Auf diese Weise ergibt sich eine Regel¬ charakteristik, mit Hysterese.

In Fig. 3 ist. eine dritte Ausführungsform einer elektro¬ nischen Schaltuhgsanordπung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Der Schalttransistor 1 wird wiederum über seinen Emitter mit der Versorgungsspannung +U _y beaufschlagt und ist über seinen Kollektor mit dem elektromagnetischen Bauelement 2 sowie mit der Freilaufdiode 4 verbunden. Das elektro¬ magnetische Bauelement 2 ist über den Meßwiderstand R2 wiederum direkt an Masse angeschlossen.

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Der Stromistwert U(Iis ) wird am gemeinsamen Verbin¬ dungspunkt von elektromagnetischem Bauelement 2 und Meßwiderstand R2 als Spannungswert abgegriffen und dem ersten Eingang eines Komparators 18 zugeführt. Der zweite Eingang des Komparators 18 wird mit dem Strom¬ sollwert U(I _soll ) beaufschlagt. Der Komparator 18 vergleicht die Werte U(Ii _s ) und U(I _so n) und steuert ausgangsseitig das monostabile Kippglied 6 immer dann an, wenn U(I st) ^** *- U(I _so n).

Das monostabile Kippglied 6 steuert nach Triggerung durch den Komparator 18 ausgangsseitig den Schalttran¬ sistor 1 mit einer konstanten Einschaltdauer t _e ^ _n an.

Es ist wiederum ein zwischen +U _V und Masse geschalteter Spannungsteiler 10 mit den Widerständen R5, 6 vorgese¬ hen. Am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände R5 , Rδ wird die Spannung R2/(R-j + R ) * U"v abgegriffen und dem ersten Eingang eines Subtrahierers 19 zugeleitet. Der zweite Eingang des Subtrahierers 19 wird mit dem Stromsollwert U(I _so n) beaufschlagt. Der Subtrahierer 19 bildet die Differenzspannung

OMPI WIPO

U _D = R ₂ /(R ₁ + R ₂ ) ' U _v - U(I _soll ) und leitet diesen Wert an den ersten Eingang eines Sollwertgebers 20.

Der zweite Eingang des Sollwertgebers 20 wird mit dem Scheitelwert UC ) des Wechselstromanteiles des Stroraist- wertes beaufschlagt. Der Sollwertgeber 20 vergleicht die beiden Eingangssignale und gibt immer dann einen Strom¬ sollwert U(I _so n) = Udsoll l) ausgangsseitig ab, wenn U( ) > U _» sowie immer dann einen Stromsollwert U(I _S0] _ι) = U(I _so n 2 ausgangsseitig ab, wenn U(-_) < U]}. Der Stromsollwert U(I _S oll-* wird dem Kompara¬ tor 18, dem Subtrahierer 19 sowie dem ersten Eingang eines Subtrahierers 21 zugeführt.

Der zweite Eingang des Subtrahierers 21 wird mit dem Stromistwert U Ii _s t) beaufschlagt. Der Subtrahierer 21 bildet die Differenz U(i) = U(I _ist ) - U(I _so n) und führt diesen Wechselstromanteil U(i) des Stromistwertes dem Scheitelwertmesser 13 zu.

Bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 wird der magnetische Fluß ψ im elektromagnetischen Bauelement 2 nicht mehr auf einen konstanten Wert ausgeregelt, sondern es wird der augenblickliche Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 (Schaltzustand des Schaltrelais) erfaßt und der Stromsollwert d _g ^^) wird entsprechend dem Zustand des Bauelementes 2 zwischen zwei verschieden hohen Werten umgeschaltet. Dabei wird die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes im elektromagnetischen Bauelement 2 ausgewertet, die ein Maß für die Induktivität des Bauelementes 2 ist und damit eine Aussage über den augenblicklichen Zustand des elektromagnetischen Bauelementes 2 erlaubt. Die Einflüs¬ se einer sich ändernden Versorgungsspannung U _v und eines sich ändernden ohmschen Spannungsabfalles über R-] und R2

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infolge eines sich ändernden Stromsollwertes oder einer Widerstandsäπderung aufgrund einer Teraperaturänderung werden vorteilhaft ausgeschaltet. Der Einfluß einer Widerstandsänderung von R-| aufgrund einer Temperaturän¬ derung wird bei der Festlegung des Referenzwertes für den Sollwertgeber 20 berücksichtigt.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist die Ein¬ schaltdauer t _e i _n des über den Komparator 18 getriggerteπ raonostabilen Kippgliedes 6 konstant. Die Bewertung des Zustandes (Schaltzustandes) des elektromagnetischen Bauelementes (Schaltrelais) 2 erfolgt über den Scheitel¬ wert UCi-) des Wechselstromanteiles U(i) des erfaßten Stromistwertes U(Ii _s )« Dabei wird davon ausgegangen, daß bei konstanter Einschaltdauer t _e ^ _n des Schalttran¬ sistors 1 der Scheitelwert U( ^* ) des Wechselstromanteils U(i) abhängig von der Induktivität des Bauelementes 2 und der Differenzspannung UD ist. Die Differenzspanπung Uj), die wiederum der Spannung U _v abzüglich der Span- • nungsabfälle über R-j, 2 entspricht, geht dabei propor¬ tional in die Höhe des Scheitelwertes Hit) ein.

Für die Auswertung des Zustandes des Bauelementes 2 gibt die Differenzspannung Up die Referenz für den Scheitel¬ wert UC^) vor. Der Sollwertgeber 20 vergleicht die beiden Größen Up und U( ). Ist das elektromagnetische Bauelement (Schaltrelais) 2 nicht angezogen, so ist die Induktivität L gering, d.h. der Scheitelwert UC ) groß und überschreitet die Differenzspannung Up. Deshalb wird ein hoher Stromsollwert U(I _so ]_χ 1) als Anzugsstrom vom Sollwertgeber 20 vorgegeben. Ist das elektromagnetische Bauelement (Schaltrelais) 2 angezogen, so ist die Induktivität L groß, d.h. der Scheitelwert UCi ¹ ) gering. Der Referenzwert U^ wird vom Scheitelwert U( ^* ι ^* ) nicht mehr erreicht und der Sollwertgeber 20 gibt einen reduzierten Stromsollwert (I _so n 2 als Haltestrom vor.

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In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform einer elektro¬ nischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Diese Ausführungsform ist im wesentlichten gleichartig aufge¬ baut wie die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 , nur ist bei der Anordnung gemäß Fig. 4 der Sollwertgeber 17 ersetzt durch einen Sollwertgeber 22.

Der erste Eingang des Sollwertgebers 22 wird mit der von der Zeiterfassungseinrichtung 16 ermittelten Einschalt¬ dauer t _e i _n des Schalttransistors 1 beaufschlagt. Der zweite Eingang des Sollwertgebers 22 wird mit einer Referenzzeit t _re f beaufschlagt. Der Sollwertgeber 22 vergleicht die Werte von t _re f und t _ejπ und gibt immer dann einen Stromsollwert Udsoll = U ⁽ I _so ll 1 ¹ ') ausgangsseitig ab, wenn t _e ^ _n > t _re . Der Sollwertgeber 22 gibt immer- dann einen Strorasollwert ^α ^ ^I soll 1 ⁾ = UCIgoii 1* ^{) ab} > ^weπn tein < t _re f.

Bei der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 wird ebenfalls der magnetische Fluß im elektromagne¬ tischen Bauelement 2 nicht auf einen konstanten Wert ausgeregelt, sondern es wird der augenblickliche Zustand des elektromagnetischen Bauelements 2 erfaßt und der Stromsollwert wird entsprechend dem Zustand des Bauele¬ ments 2 zwischen zwei verschieden hohen Werten umge¬ schaltet. Dabei wird der Scheitelwert U(i) des Wechsel¬ stromanteils U(i) fest vorgegeben und die Bewertung des Zustandes des elektromagnetischen Bauelementes 2 erfolgt über die Einschaltdauer t _e i _n des Schalttransistors 1.

Die Differenzspannung U _D zum Zeitpunkt des Einschaltens ^' es Schalttransistors 1 gibt die Referenz für den Scheitelwert UC^ des Wechselstromanteiles vor. Da der Scheitelwert ud bei konstantem Gesamtwiderstand

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R- _j + R2 _} konstanter Induktivität L und konstanter Ein¬ schaltdauer t _e i _n proportional zur Differenzspannung Un ist, sind damit die Einflüsse einer sich verändernden Versorgungsspannung U _v und eines sich verändernden _g Spannungsabfalls über R-j, R2 durch Veränderung des Stromsollwertes ausgeschaltet. Bei einer derartigen Änderung von U _v und I _g0 ll ändert sich ebenfalls die Differenzspannung Up und damit porportional hierzu der Scheitelwert UC^). Der Einfluß einer Widerstandsänderung ₀ von R-j aufgrund einer Temperaturerhöhung wird bei der Festlegung des Referenzwertes für den Sollwertgeber 22 berücksichtigt.

Bei noch nicht angezogenem elektromagnetischen Bauele¬ ment (Schaltrelais) 2 ist die Induktivität L klein. 5 Damit steigt der Strom ira Bauelement 2 stark an und die _. Einschaltdauer t _e i _n des Schalttransistors 1 ist gering. Die Einschaltdauer t _e i _n erreicht die vorgegebene Refe¬ renzzeit t _re f nicht und der Sollwertgeber 22 gibt folglich einen erhöhten Stromsollwert U(I _SO - -J ' ) als Anzugsstrom ab. Bei angezogenem elektromagnetischen Bauelement (Schaltrelais) 2 steigt der Strom im Bauele¬ ment 2 wegen der großen Induktivität L nur schwach an und die Einschaltdauer t _e i _n des Schalttransistors 1 ist groß. Die Einschaltdauer t _e - _n überschreitet die vorge¬ gebene Referenzzeit t _re f und der Sollwertgeber 22 gibt folglich einen reduzierten Stromsollwert U(I _so n -j ' ' ) als Haltestrom ab. Die Einschaltdauer _{Q n} des Schalt¬ transistors 1 wird also jeweils über die Zeiterfassungs¬ einrichtung 16 ermittelt und der Sollwertgeber 22 gibt je nach momentan vorliegender Einschaltdauer t _e i _n einen dem Schaltzustand des elektromagnetischen Bauelements 2 angepaßten Stromsollwert vor.

Dieser vom Sollwertgeber 22 vorgegebene Stromsollwert Udsoll 1 ■* ^w i ^rd jeweils dem Subtrahierer 14 und dem

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steuerbaren Addierer 15 zugeleitet. Der Subtrahierer 14 subtrahiert den Stromsollwert üd _g ^^ -j ) von der bewer¬ teten Versorgungsspannung ( ι + R2) * ^ ^unc * bildet auf diese Weise die Differenzspannung -3 im Einsσhalt- augenblick des Schalttraπsistors 1 Bei durchgeschalte¬ tem Schalttransistor 1 wird dem Komparator 5 ein erhöh¬ ter Stromsollwert (I _go n 2- ¹ **■ ^^soll 1 •" ^{+ Ü} D zugelei¬ tet. Dieser erhöhte Stromsollwert von U(I _SO LI 2) be¬ stimmt den Scheitelwert UCi) des Wechselstromanteiles, d.h. der Scheitelwert UCi") ist proportional der Diffe¬ renzspannung Up.

Erreicht der Strom U(Ii _s ) den Wert-. σciβoii = u _S oiι 1 ⁾ + u _D , so sperrt der Komparator 5 den Schalttransistor 1 und der steuerbare Addierer 15 gibt dem Komparator 5 gleich¬ zeitig den reduzierten Stromsollwert

U(I _so ιι - U^soll 1 -* ^ ^{r de} n folgenden Einschaltau¬ genblick des Sσhalttransistors 1 vor.

Zusammenfassend Ist zu den elektronischen Schaltungs¬ anordnungen gemäß Figuren 3 und 4 festzustellen, daß bei diesen Anordnungen der zum sicheren Anziehen eines Schaltrelais notwendige hohe Anzugsstrom nach Anzug des Relais auf einen niedrigeren Haltestrom abgesenkt wird. Dies ermöglicht das Betreiben eines Wechselstrom-Schalt¬ relais an Gleichstrom, sowie einen verlustleistungsarmen Betrieb des Schaltrelais. Für eine sichere Betriebsweise erfolgt die Absenkung von Anzugsstrom auf den Haltestrom nur dann, wenn das Schaltrelais sicher angezogen hat. Die Erfassung des Schaltzustandes des Relais erfαlgt in beiden Fällen (Fig. 3,-0 durch Auswertung der unter¬ schiedlichen magnetischen Induktion der Relaisspule (= elektromagnetisches Bauelement 2) im angezogenen und im nichtangezogenen Zustand durch meßtechπische Erfas¬ sung der Zeitkonstanten der Relaisspule.

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Eine weitere Möglichkeit, den Schaltzustand des elektro¬ magnetischen Bauelementes zu erfassen, besteht in der Verwendung eines mechanischen Hilfskontaktes. Die Umschaltung vom hohen Anzugsstrom auf den niedrigeren Haltestrom erfolgt dann in Abhängigkeit der Hilfskon- taktstellung.

In Fig. 6 ist eine fünfte Ausführungsform einer elektro¬ nischen Schaltungsanordπung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Bauelementes dargestellt. Einem Zeitglied 23 liegt eingangsseitig die Versorgungsspan¬ nung U _v an. Das Zeitglied 23 gibt ausgangsseitig einen Stromsollwert U(I _SO -Q) ab, der mit einem Stromistwert üClist) verglichen und danach einem Zweipunktregler 24 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Zweipunktreglers 24 wird einem Schaltverstärker.25 zugeführt, dessen weiterer Eingang mit der Versorguπgsspannung U _v beauf¬ schlagt ist. Der Schaltverstärker 25 gibt ausgangsseitig die Spannung U für das elektromagnetische Bauelement 2 ab. Der Stroraistwert Ud^ _g -.) des elektromagnetischen Bauelements 2 wird ermittelt und der vor dem Zweipunkt¬ regler 24 angeordneten Vergleichsstelle zugeleitet.

in Fig. 7A,B,C sind die zeitabhängigen Verläufe der Versorgungsspannung U _VJ des Stromsollwertes U(I _so n) _. sowie des Stromistwertes U(Ii _s ) zur Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 dargestellt. Nach Anlegen der Versorgungs¬ spannung U _v zum Zeitpunkt t = 0 gibt das Zeitglied 23 im Zeitraum 0 < t < o ausgangsseitig einen erhöhten Strom¬ sollwert U(I _go - •)) vor. Zum Zeitpunkt tg wird der Stromsollwert U(I _so n) auf einen niedrigeren Wert Udsoll 2- ¹ umgeschaltet. Dem hysteresebehaf eten Zwei¬ punktregler 24 wird die Differenz aus Stromsollwert und Stromistwert zugeleitet. Je nach Höhe des eingangsseitig anliegenden Wertes gibt der Zweipunktregler 24

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Ein/Aus-Befehle an den Schaltverstärker 25 ab. Auf diese Weise wird die konstante Versorgungsspannung U _v in eine pulsdauermodulierte Spannung U umgeformt und dem elek¬ tromagnetischen Bauelement 2 zugeführt. Aus wirtschaft- liehen Gründen wird diese selbstschwingende Schaltung eingesetzt, die die natürliche Induktivität des Erreger¬ kreises ausnutzt.

Durch diese Regelung mit Hilfe des Zweipunktreglers 24 wird der Spulenstrom im elektromagnetischen Bauelement zwischen zwei vorgebbaren Grenzwerten gehalten. Dies ermöglicht vorteilhaft eine wirtschaftliche Auslegung des magnetischen Kreises, insbesondere bei gleiσhstrora- betätigten Schaltern, deren magnetischer Kreis mindes¬ tens auf die Baugrδße eines vergleichbaren wechselstrora- betätigten Schalters reduziert werden kann.

Der ira elektromagnetischen Bauelement 2 fließende, in Fig. 7cdargestellte Stromistwert U Ij _.s t) steigt vom Zeitpunkt t -j), fällt dann nach Eingreifen des Zweipunktreglers 24 auf einen Wert U(I^ _s t 2) ab, steigt wieder zum Maximalwert an usw. Es ergibt sich in diesem vom Zeitglied 23 vorgegebenen ersten Zeitbereich ein mittlerer Stromist¬ wert von Udi _s t 3). Zum Zeitpunkt to fällt der Strom auf einen Minimalwert U(I _ist 5) ab, steigt dann nach Ein¬ greifen des Zweipunktreglers 24 auf einen Wert U(Ii _s 4) an, fällt wieder ab usw. Es ergibt sich in diesem zweiten vom Zeitglied 1 vorgegebenen Zeitbereich ein mittlerer Stromistwert von U(Ii _s t 5).

Durch Vorgabe eines erhöhten Sollwertes für eine kurze Dauer mitHilfe des Zeitgliedes 23 wird somit der zum Anziehen erforderliche Stoßstrom erzwungen, wobei nach Ablauf dieser Zeit ein Strom vorgegeben wird, der gerade noch die zum Halten des angezogeneneπ Ankers notwendige

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Kraft erzeugt.

In Fig. 8 ist eine detaillierte elektronische Schal¬ tungsanordnung zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 gezeigt. Zwischen der positiven und der negativen

Eingangsklemme liegt die Versorgungsspannung U _v an. Zwischen beiden Eingangsklemmen ist ein Kondensator 26 geschaltet. An der positiven Klemme liegen ferner ein Widerstand 27, eine Diode 28 und eine positive Ausgangs- klemme. Widerstand 27 ist einerseits über eine Zener- diode 29 mit der negativen Eingangsklemme, andererseits mit dem Zeitglied 23 und dem Versorgungseingang eines Verstärkers 30 verbunden. An der negativen Eingangsklem¬ me liegen ferner das Zeitglied 23, der weitere Versor¬ gungseingang des Verstärkers 30 und der Emitter eines Transistors 31 (npn-Typ). Der Kollektor des Transistors 31 ist einerseits mit der Diode 28, andererseits über ein Strommeßgerät 32 mit einer negativen Ausgangsklemme beschaltet. Vom Strommeßgerät 32 führt eine Verbindungs¬ leitung zum negativen Eingang des Verstärkers 30, d.h. dem negativen Eingang des Verstärkers 30 wird der Stromistwert U(Ii _s ) zugeleitet. Der positive Eingang des Verstärkers 30 ist mit dem Zeitglied 23 verbunden und empfängt den Stromsollwert U(I _so ll)-

Der Ausgang des Verstärkers 30 ist mit der Basis des Transistors 31 beschaltet. Zwischen den Ausgangsklemmen der elektronischen Schaltungsanordnung liegt die Span¬ nung U an.

Der Verstärker 30 entspricht in seiner Funktionsweise dem Zweipunktregler 24 mit Vergleichsstelle und der Transistor 31 dem Schaltverstärker 25. An die Ausgangs¬ klemmen der elektronischen Schaltungsanordnung ist das elektromagnetische Bauelement 2, bestehend aus einer Spule 33 mit Joch sowie Anker und Schaltkontakten 34

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angeschlossen.

In Fig. 9 ist in einem weiteren Ausführugnsbeispiel eine elektronische Schaltungsanordnung mit Zweipunktregelung und Induktionswertrückführung dargestellt. In einer

Addi ionsstelle 35 werden dabei ein vorgegebener Induk¬ tionssollwert B _SO IJL und ein mit einem Faktor K multipli¬ zierter Induktionsistwert K • B^gt verglichen und die Differenz einem Zweipunktregler 24 zugeführt. Der Zweipunktregler 24 gibt Ein/Aus-Befehle an den Schalt¬ verstärker 25 ab. Der Schaltverstärker 25 empfängt eingangsseitig ferner die Versorguπgsspannung U _v und gibt ausgangsseitig die Spulenspannung U an das elektro¬ magnetische Bauelement 2 ab.,Der im magnetischen Kreis des elektromagnetischen Bauelements 2 auftretende Induktioπsistwert Bi _g -fc wird erfaßt und einer Bewerter¬ stufe 36 zugeleitet. Der dieser Bewerterstufe 36 ent¬ nehmbare, mit dem Faktor K multiplizierte Induktioπsist¬ wert K * Bi _S t wird der Additionsstelle 35 zugeführt. Mittels des Faktors K wird berücksichtigt, daß nur ein Teilwert des Induktionswertes meßtechnisch erfaßt wird.

A.B.C In Fig. 10 feind die zeltabhängigen Verläufe der Versor¬ gungsspannung U _v , des Spulenstromistwertes Iist ^und ^ ^er Spulenspannung U dargestellt. Im Zeitraum 0 ^ t ^ ti liegt die Versorgungsspannung U _v am Schaltverstärker 25 an. Der Spulenstromistwert Ii _S steigt im Zeitraum 0 - t * t-j bis zum einem Scheitelwert an und ist zum Zeitpunkt t-| auf einen Wert I abgefallen, der einem vorgebbaren Induktionswert entspricht und der Zweipunkt¬ regler 24 gibt einen Aus-Befehl an den Schaltverstärker 25 ab, d.h. die Ausgangsspannung des Schaltverstärkers 25, die gleich der Spulenspannung ist, wechselt vom Wert U _v während des Zeitraumes 0 ^*■■ - t ^*• *- t-j auf den Wert 0. Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Spulenstrom den Wert I3. Gleichzeitig ist der Induktionswert B^ _g ^ auf einen

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minimalen Wert abgesunken, der einen EIn-Befehl des Zweipunktreglers 24 an den Schaltverstärker 25 zur Folge hat. Folglich wird dem elektromagnetischen Bauelement 2 wiederum die Versorguπgsspannung U _v als Spulenspannung zugeführt. Zum Zeitpunkt tg erreicht der Spulenstrom Iist wieder den Wert Iγ, während gleichzeitig der Induktionsistwert Bj _st einen maximalen Wert erreicht, was einen Aus-Befehl des Zweipunktreglers 24 zur Folge hat.

Dieser beschriebene Regelvorgang wiederholt sich ira folgenden, wobei der Schaltverstärker 25 abwechselnd die Versorgungsspannung U _v und die Spannung 0 als Spulen¬ spannung U auf das elektromagnetische Bauelement schal¬ tet, so daß der Spulenstromistwert Ij: ₃ innerhalb der Grenzwerte I und 18 abwechselnd ansteigt und abfällt, was einem mittleren Stromwert Ig entspricht. Nach Abschalten der Versorgungsspannung U _v zum Zeitpunkt t4 fällt der Strom I _ist bis auf den Wert 0 zum Zeitpunkt ₅ ab.

In Fig. 11 ist die zur Regelung des Induktionsistwertes Bj. _s eingesetzte Hallsonde prinzipiell dargestellt. An eine Hallsonde 37 mit nachgeschaltetem Transistor 38 ist eine Versorgungsspannung U _v -| angelegt. Der Emitter des Transistors 38 liegt an Masse, während sein Kollektor über einen Widerstand 39 mit einer Versorgungsspannung U _V 2 beaufschlagt ist. Wird die Hallsonde 37 in ein magnetisches Feld gebracht, so liegt an der Basis des Transistors 38 je nach Höhe der magnetischen Induktion Bist des Feldes eine verschieden hohe Spannung an, d.h. je nach Induktionsistwert Bi _st wird die Kollektor-Emit¬ ter-Strecke des Transistors 38 durchgeschaltet oder gesperrt. Im gesperrten Zustand beträgt die Ausgangs¬ spannung O_\ zwischen Kollektor des Transistors 8 und Masse Up_ = U _V 2 _> i ^m durchgeschalteten Zustand beträgt

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_Ä = 0. Die Kennlinie U^ (Bist) weist eine Hysterese Δ B und einen Induktionsraittelwert BQ auf.

In Fig. 12 ist eine detaillierte elektronische Schal¬ tungsanordnung zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 dargestellt. Zwischen der positiven und der negativen Eingangsklemme liegt die Versorgungsspannung U _v an. Mit der positiven Eingangsklemme sind der Kondensator 26, der Widerstand 27, der weitere Widerstand 39 und die Diode 38 verbunden. Die positive Eingangsklemme bildet gleichzeitig die positive Ausgangsklemme der Schaltungs¬ anordnung. An der negativen Eingangsklemme liegen der Kondensator 26. die Zenerdiode 29 sowie die Hallsonde 37 mit Transistor 38. Desweiteren Ist die negative Ein¬ gangsklemme mit dem Emitter des Transistors 38 verbun¬ den. Die Hallsonde 37 mit Transistor 38 ist eingangs¬ seitig ferner mit dem gemeinsamen Verbinduπgspunkt von Zenerdiode 29 und Widerstand 27 beschaltet. Dieser Signaleingang führt die Versorgungsspannung U _y -j zu. Die gestrichelte Verbindungslinie in Flg. 12 zeigt, daß die Hallsonde 37 mit Transistor 38 im Joch 41 des elektro¬ magnetischen Bauelementes (Schaltgerät) angeordnet ist und dort deφ magnetischen Istwert K • Bi _s t ausgesetzt wird.

Der Ausgang von Hallsonde 37 mit Transistor 38 weist die Ausgangsspannung U^ auf und ist mit dem Widerstand 39 sowie der Basis des Transistors 31 beschaltet. Dabei ist die am Widerstand 39 anliegende Spannung mit U _V 2 be¬ zeichnet. Der Kollektor des Transistors 31 ist mit der negativen Ausgangsklemme der Schaltungsanordnung verbun¬ den. Zwischen den beiden Ausgangsklemmen ist die Spule 33 des elektromagnetischen Bauelementes 2 angeschlossen. Die Schaltkontakte des elektromagnetischen Bauelementes sind mit Bezugsziffer 3 und der zu ihrer Betätigung vorgesehene Anker mit Bezugsziffer 43 bezeichnet. Der -

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Transistor 3 entspricht im wesentlichem dem Schaltver¬ stärker 25 gemäß Fig. 9, während der Zweipunktregler 24 mit Additionsstelle 35 durch die Anordnung Hallson¬ de 37/Transistor 38 - Widerstände 27 und 39 realisiert wird.

In Fig. 13 Ist die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 12 in vereinfachter prinzipieller Darstellung gezeigt. Über den Eingangskleraraen liegt an einem Schaltverstärker 44 die Versorgungsspannung U _v an. Der Ausgang des Schalt¬ verstärkers 44 bildet die positive Ausgangsklemme, während die negative Ausgangsklemme mit der negativen Eingangsklemme verbunden ist. Zwischen den Ausgangsklera- men ist die Spule 33 des elektromagnetischen Bauelemen¬ tes 2 mit Joch 41 angeschlossen. Desweiteren sind die Schalterkontakte 3 mit Anker 43 dargestellt. Zwischen den Ausgangsklemmen liegt die Spulenspannung U an. In die Spule 33 des elektromagnetischen Bauelementes 2 fließt der Spulenstromistwert Ii _S - Der im Joch 41 und Anker 43 fließende Induktionsistwert beträgt Bi _S f Der durch die im Joch 41 angeordnete Hallsonde 37 fließende Teilwert des magnetischen Induktionsistwertes beträgt K • Bi _s t und wird dem Schaltverstärker 44 eingangsseitig zugeleitet.

In Fig. 14 ist die mechanische Ausbildung einer elektro¬ nischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9 bis 13 gezeigt. Die Spule 33 des elektromagnetischen Bauelementes 2 mit Joch 41 und Anker 43 sind vom Schaltergehäuse 45 um¬ schlossen. Die ebenfalls im Gehäuse eingebaute elektro¬ nische Schaltungsanordnung gemäß den Fig. 9 bis 13 ist auf einer Leiterplatte 46 aufgebaut. Die mit der Leiter¬ platte 46 verbundene Hallsonde 37 ist im Joch 41 ange¬ ordnet.

Durch Vorschalten einer Graetz-Brückenschaltung können .

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alle beschriebenen elektronischen Schaltungsanordnungen auch mit einer WechselSpannung als Versorgungsspannuπg U _v betrieben werden, wodurch sich der Nachteil der Anschlußpolarität aufhebt und sich weitere Vorteile _ ergeben. Der magnetische Kreis weist keine Kurzschlu߬ ringe mehr auf, wodurch sich das Bauvolumen verkleinert. Der Anker weist auch bei Steuerspannungsnulldurchgang (Versorgungsspannung) eine konstante Anzugskraft auf, so daß der übliche Brummton verschwindet. Schließlich wird _t0 die durch die Unterscheidung gleichstrombetätigte

Schaltgeräte - wechselstrombetätigte Schaltgeräte nötige Typenvielfalt um die Hälfte reduziert.

Mit den erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsan¬

15 ordnungen Ist es weiterhin in einfacher Weise möglich, gewünschte Zeitfunktionen, wie z.B. Einschaltverzöge¬ rungen oder Ausschaltverzδgerungen zu realisieren.

Gewerbliche Verwertbarkeit:

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Die Erfindung wird verwendet zur Ansteuerung von Schalt¬ relais und Drosseln und zur Überwachung des Schaltzu¬ standes von Schaltrelais, ferner zur meßtechnischen Ermittlung der augenblicklichen Induktivität von elek¬ tromagnetischen Bauelementen bei Gleichstrombelastung,

25 wie z.B. Sättigung von Drosseln.

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