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Schutzeinrichtung für Schalttransistoranordnungen
Die nachstehend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für Schalttransistor- a. n. ordnungen, die es ermöglicht, auch bei Verbrauchern, die Überströme hervorrufen können, die Schalt- transistoren fast bis zur Grenze ihrer Leistungsfähigkeit auszunutzen.
Will man grössere Leistungen stufenlos mittels Schalttransistoranotdnungen steuern oder regeln, so wird die Leistung durch die Strom-Spannungsbelastbarkeit der Transistoren begrenzt. Die heute verfügbaren
Transistoren zwingen daher zu einer sparsamen Auslegung der Leistung. Besondere Schwierigkeiten treten auf, wenn die Verbraucher Überströme hervorrufen können. Das ist beispielsweise bei Gleichs) iomneben- scb. 1ussmatoren im Ankerkreis der Fall.
Fig. l zeigt vereinfacht ein entsprechendes Schaltbild. Der Ankerkreis eines fremderregten Gleich- stromnebenschlussmotors 1 ist über die Drosselspule 2 mit zwei Schalttransistoren 3 und 4 verbunden. Diese werden aus den Batterien 5 und 6 gespeist. Durch die Steuereinrichtung 7 werden die Schalttransistoren 3 und 4 abwechselnd geöffnet und geschlossen. Entsprechend dem Umschaltrhythmus wechselt die Spannung zwischen den Punkten 8 und 9 ihre Polarität. Durch Veränderung der Länge der Zeitintervalle, in denen die Schalttransistoren geöffnet bzw. geschlossen sind, lässt sich stufenlos die mittlere Spannung an den
Punkten 8 und 9 zwischen einem positiven und negativen Maximalwert verändern. Ein Beispiel für einen derartigen Spannungsverlauf ist in Fig. 2 dargestellt.
Wird nun die maximale Spannung auf den stillstehenden Motoranker geschaltet, so tritt ein Strom bei dem in Fig. 2 dargestellten Spannungsverlauf auf, der der strichpunktierten Kurve 23 in Fig. 3 entspricht. Dabei wird der Maximalstrom, der für die Schalttransistoren zulässig ist, weit überschritten. In Fig. 3 ist die Grösse dieses Maximalstromes durch die Gerade 24 angedeutet. Die Überschreitung dieses Maximalstromes wird in den meisten Fällen zur Zerstörung der Schalttransistoren führen.
Diese Gefahr wird durch die Schutzeinrichtung für Schalttransistoranordnungen nach der Erfindung vermieden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen Steuerglied und Schalttransistoren stromabhängig gesteuerte Schaltglieder gelegt sind, die den Steuerfluss unterbrechen und damit die Schalttransistoren öffnen, sobald der für die Schalttransistoren zulässige Maximalstrom überschritten wird.
In der Schaltung nach Fig. 1 sind diese Schaltglieder mit 12 und 13 bezeichnet. Sie messen beispielsweise die Spannungen an den Widerständen 10 und 11 und unterbrechen den Steuerfluss zwischen der Steuereinrichtung 7 und dem Schalttransistor, wenn er einen zu grossen Strom führt. Die Unterbrechung des Steuerflusses führt zum Öffnen des Schalttransistors und damit zur Unterbrechung des Stromes durch ihn.
Dies ist in Fig. 3 durch die ausgezogene Linie 14 angedeutet. Hat das Schaltglied eine Hysterese, so entsteht in Verbindung mit der Drosselspule 2 ein periodisches Ein- und Ausschalten, Diese Periode überlagert sich der normalerweise gewollten Schaltperiode und bewirkt so ein von der übrigen Regelung völlig unabhängiges Begrenzen des Stromes auf einen gewünschten Maximalwert. Die dabei entstehende Spannungskurve ist in Fig. 4 dargestellt.
Würde man denselben Zweck regelungstechnisch erreichen wollen, indem man den Strom im Motor misst und auf die gemeinsame Steuervorrichtung 7 wirken lässt, so liesse sich infolge der auftretenden grossen Zeitkonstanten eine schnelle Regelung kaum erreichen. Das unmittelbare Eingreifen an der Quelle des Stromes bewirkt daher eine wesentliche Verbesserung der bisherigen Möglichkeiten.
Die Schaltglieder zum Unterbrechen des Steuerflusses können beispielsweise aus bistabilen Kipp- stufen bestehen. Insbesondere kann auch die als Smitt-Trigger bekannte Schaltung in Verbindung mit der
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an sich bekannten Torschaltung der Zähltechnik als Schaltglied zum Unterbrechen des Steuerflusses dienen, Dabei ist es zweckmässig, dass die Schaltglieder zum stromabhängigen Unterbrechen des Steuerflusses unabhängig von dem Schaltsatz zur Spannungsregelung sind.
. Die Batterien 5 und 6 sind bei dem Beispiel nach Fig. 1 als Akkumulatoren angenommen. In der praktischen Ausführung ist dies nicht zweckmässig, da man den Verbraucher an das Netz anschliessen will.
Akkumulatoren haben jedoch gegenüber Gleichrichtergeräten den Vorteil, dass sie auch Strom aufnehmen können. Dies ist bei der Schaltung nach Fig. 1 jeweils beim Abbremsen der Fall. Es ist gerade ein besonderer Vorteil dieser Schaltung, dass durch die Strombegrenzungssteuerung ein Abbremsen mit der maximal gewünschten Stromstärke bei jeder Spannung erfolgen kann.
In Fig. 5 ist nun eine Gleichrichterschaltung dargestellt, die durch einen zurückfliessenden Strom nicht zerstört wird und daher an die Stelle der Batterien 5 und 6 treten kann. Eine Wechselspannung. 15 speist über einen Gleichrichter 16 einen Verbraucher, der an den Klemmen 17 angeschlossen wird. Ein Kondensator 18 dient zur Glättung. Kommt nun Strom im Rücklieferungsfall in umgekehrter Richtung auf die Gleichrichteranordnung, so könnte der Gleichrichter 16 beschädigt werden. Die Spannung am Kondensator 18 würde stetig steigen. Dies wird nun durch den Transistor 19 und den Widerstand 20 verhindert. Der Widerstand muss so bemessen sein, dass er den höchstvorkommenden Rückstrom bei der Nennspannung führen kann.
Beim Überschreiten der normalen Leerlaufspannung wird nun der Transistor 19 über den Widerstand 21 durch die monostabile Kippstufe 22 so gesteuert. dass er Strom hindurchlässt. Jetztwird inähnlicher Weise, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, der Strom entsprechend der Entladungszeitkonstante des Kondensators 18 in Verbindung mit dem Widerstand 20 sinken. Kommt er unter die untere Spannungsansprechschwelle der Kippstufe 22, so wird der Transistor 19 wieder ausgeschaltet. Es wird also ein Pendeln um den normalen Betriebszustand vorkommen, Die untere Ansprechschwelle der Kippstufe 22 wird dabei natürlich über die normale Leerlaufspannung des Gerätes gelegt.
Die in Fig. 1 gezeigte Gegentaktschaltung ist nur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
Besondere zweckmässige Anwendungen findet der Erfindungsgedanke bei Brückenschaltungen. Bei solchen Brückenschaltungen kann man je zwei diagonal gegenüberliegende Transistoren im gleichen Sinne speisen.
Es sind deshalb auch die Widerstände 10 und 11 nur je einmal erforderlich. Wichtig ist dabei, dass bei dieser Schaltung Kommutierungsstromspitzen vermieden Werden. Abhilfemassnahmen dagegen sind schon an anderer Stelle vorgeschlagen worden.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Schutzeinrichtung für Schalttransistoranordnungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Steuerglied und Schalttransistoren stromabhängig gesteuerte Schaltglieder gelegt sind, die den Steuerfluss unterbrechen und damit die Schalttransistaren öffnen, sobald der für die Schalttransistoren zulässige Maximalstrom überschritten wird.