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Stromrichtungsumkehrfähige elektronische Schaltanordnung Die Erfindung
bezieht sich auf eine stromrichtungsumkehrfähige,elektronische Schaltanordnung,
bestehend aus einer Brückenschaltung, an deren einer Brückendiagonalen eine speisende
Gleichspannungsquelle und an deren anderen Brückendiagonalen der Verbraucher liegt,
mit steuerbaren Ventilen in den Brückenzweigen, die so gesteuert werden, daß der
Strom jeweils nur über Ventile in gegenüberliegenden Brückenzweigen fließt.
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Derartige Schaltanordnungen werden bisher meist unter Verwendung einer
Reihe von elektromechanisch wirkenden Relais aufgebaut, die so gesteuert werden,
daß sie den Stromfluß in der einen oder in der anderen Richtung durch den Verbraucher
freigeben. Die erforderlichen Relais nehmen einen erheblichen Raum in . Anspruch,
der mit zunehmender Größe des Stromes, dessen Richtung zu steuern ist, anwächst.
Außer den Relais nehmen auch die Mittel, um sie zu steuern, verhältnismäßig viel
Platz in Anspruch. Ein weiterer Nachteil der bekannten Relaissteuerung besteht in
der Totzeit, mit der die Schaltvorgänge belastet sind, da die Relais nicht trägheitslos
arbeiten können.
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Für die Erzeugung von Doppelstromzeichen ist auch eine Röhrenschaltung
bekanntgeworden, die ebenfalls eine Umkehr der Stromrichtung durch einen Abnahmewiderstand
bewirkt. Zu diesem Zweck dient dabei eine Brückenschaltung, die in ihrem einen Querzweig
mit einer konstanten Spannung gespeist wird und in deren anderem Querzweig der Abnahmewiderstand
liegt. Als Brückenwiderstände sind elektrisch steuerbare Ventile so angeschaltet,
daß, wenn das eine der über Kreuz liegenden Ventilpaare für den Speisestrom durchlässig
gemacht wird, ein Strom in der einen und, wenn das andere Ventilpaar stromdurchlässig
ist, ein Strom in der entgegengesetzten Richtung durch den Abnahmewiderstand fließt.
Als Ventile werden dabei geheizte gittergesteuerte Gasentladungsröhren verwendet.
Die Zündelektroden des einen der über Kreuz liegenden Paares von Gasentladungsröhren
sind mit einer die Zündimpulse bei Transistoren und für Zündelektroden des anderen
Paares mit einer die Zündimpulse bei Zeichenstrom liefernden Leitung verbunden.
Dabei sind je ein Ventildes einen Paares von Gasentladungsröhren und des anderen
Paares in Form einer bistabilen Kippschaltung zusammengeschaltet. Bei derartigen
Gasent-Ladungsröhren ist eine Beendigung des Stromflusses jedoch nur bei denn. natürlichen
Nulldurchgang des Stromes möglich. Bei der bekannten Schaltung werden daher noch
besondere Schaltungsmaßnahmen geschaffen, um ein Löschen der Gasentladungsröhren
sicherzustellen. Ersetzt man die Gasentladungsröhren in dieser bekannten Schaltung
durch Transistoren, so müssen auch die Steuermittel den Eigenschaften der Transistoren
angepaßt werden. Das gilt besonders für den Fall, daß es sich um die Steuerung von
Strömen handelt, die einen Motor speisen, der dann die Transistoren nur in einem
Schaltbetrieb arbeiten läßt. Eine allen derartigen Anforderungen entsprechende stromrichtungsumkehrfähige
elektronische Schaltanordnung, bestehend aus einer Brückenschaltung, an deren einer
Brückendiagonalen eine speisende Gleichspannungsquelle und an deren anderen Brückendiagonalen
der Verbraucher liegt, mit steuerbaren Ventilen in den Brückenzweigen, die so gesteuert
werden, daß der Strom jeweils nur über Ventile in gegenüberliegenden Brückenzweigen
fließt, erhält man nach der Erfindung dadurch, daß zur Steuerung der Stromrichtung
in Elektromotoren oder anderen eine elektrische Leistung aufnehmenden Verbrauchern
elektrischer Energie als steuerbare Ventile Transistoren dienen, die im Schaltbetrieb
durch wenigstens einen in dem Steuerkreis jedes Schalttransistors angeordneten Hilfsschalttransistor,
der derart beeinflußt wird, daß bei leitendem Schalttransistor der Basisstrom über
ihn fließt, gesteuert werden, daß die Hilfsschalttransistoren mit Emitter und Kollektor
zwischen die Basis des zugehörigen Schalttransistors und einen. Pol der Spannungsquelle
geschaltet sind, und daß der Schalttransistor mit seinem Kollektor über einen Widerstand
an diesen Pol der Spannungsquelle geführt ist.
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Dabei ergibt sich eine vorteilhafte Steuerung, wenn zwei Hilfstransistoren
an zu an dem gleichen Pol der speisenden Spannungsquelle liegenden Schalttransistoren
gehören, mit Basis und Emitter an einer entsprechend der Stromrichtung durch den
Verbraucher einstellbaren Steuerspannung liegen und kollektorseitig mit den Basen
der zu den anderen Schalttransistoren gehörenden Hilfstransistoren verbunden
sind.
Der Verbraucher läßt sich kurzschließen, wenn zu zwei an dem gleichen Pol der Spannungsquelle
liegenden Schalttransistoren Gleichrichter mit der Stromflußrichtung durch die Schalttransistoren
entgegengesetzter Stromflußrichtung parallel geschaltet sind. Die Bemessung der
den Hilfsschalttransistoren zugeführten Spannungen erfolgt zweckmäßig derart, daß
das Kollektorpotential der Hilfsschalttransistoren, deren Basiskontakte an der Steuerspannung
liegen, wenn diese Steuerspannung so groß ist, daß die Hilfsschalttransistoren gesperrt
sind, größer und sonst kleiner ist als das Emitterpotential der anderen Hilfsschalttransistoren.
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Der Erfindungsgedanke sei an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es
sei angenommen, daß sich die Welle des Motors 1 jeweils in der einen oder der anderen
Richtung drehen soll. Der Motor wird in beiden Fällen von dem Gleichstromnetz 2,
3 gespeist. Das Gleichstromnetz speist gemäß der Erfindung die Brückenschaltung
aus den Transistoren 4 bis 7, in deren eine Brückendiagonale der Motor geschaltet
ist. Durch wahlweises Anlegen einer unterschiedlichen Spannung an die Steuerglieder
werden im Fall des Linkslaufes die Transistoren 4 und 7 und im Fall des Rechtslaufes
die Transistoren 5 und 6 leitend, so daß ein Stromfluß durch sie möglich ist.
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Zwischen Gleichstromnetz und Brückenschaltung ist dabei noch der Widerstand
9 geschaltet. Zur Einstellung der notwendigen Emitter- und Kollektorpotentiale dienen
darüber hinaus noch die Widerstände 10 und 11. Jedem der Schalttransistoren 4 bis
7 ist ein Hilfsschalttransistor zugeordnet. Die Hilfsschalttransistoren sind mit
14 bis 17 bezeichnet. Ihre Emitterkontakte sind mit den Basiskontakten der Schalttransistoren
verbunden. Auch hier dient zur Einstellung der zum Betrieb notwendigen Spannungen
eine Reihe von Widerständen. Diese Widerstände sind mit 18 bis 25 bezeichnet. Die
Steuerung der Hilfsschalttransistoren und der Schalttransistoren entsprechend der
gewünschten Motordrehrichtung erfolgt durch Änderung der an den Hilfsschalttransistoren
15 und 17 liegenden Basisspannung. Zu diesem Zweck kann an die Klemmen 26 und 27
bzw. 28 und 29 eine entsprechend bemessene Spannung gelegi werden. Man kann die
notwendige Steuerspannung aber auch über den Widerstand 30 bzw. 31 aus dem speisenden
Gleichstromnetz herleiten und durch wahlweise Betätigung des Schalters 32 oder des
Schalters 33 an den entsprechenden Hilfsschalttransistor legen.
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Es sei zunächst der Fall betrachtet, daß die beiden Schalter 32 und
33 geöffnet sind. Die Bemessung der in den einzelnen Transistoren liegenden Spannungen
wird dabei so getroffen, daß in diesem Fall die Transistoren 4 und 6 geschlossen
sind. Dies ist der Fall, wenn die Basisströme dieser beiden Transistoren über die
Hilfsschalttransistoren 14 und 16 fließen können. Um dies zu erreichen, müssen .auch
die Hilfsschalttransistoren 14 und 16 geschlossen sein, d. h., es muß erreicht werden,
daß deren Basisströme über die Widerstände 23 und 25 fließen können. -Im Gegensatz
zu den Schalttransistoren 4 und 6 sind bei dieser Stellung der Schaltkontakte 32
und 33 die Schalttransistoren 5 und 7 geöffnet. Zu diesem Zweck müssen auch die
Hilfsschalttransistoren 15 und 17 offen sein. Es ist also notwendig, die Widerstände
19 bis 21 so zu bemessen, daß die Basen der Schalttransistoren und Hilfsschalttransistoren
5, 15 und 7, 17 an einem positiven Potential liegen. Ein Stromfluß durch den Verbraucher
ist bei dieser Schaltstellung also nicht möglich. Schaltet man, wie in Fig. 3 dargestellt,
noch antiparallel zu den Schalttransistoren 4 und 6 die Gleichrichter 12 und 13,
so ist der Verbraucherstromkreis darüber hinaus kurzgeschlossen.
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Wird der Schalter 32 geschlossen, so kann der Basisstrom des Hilfsschalttransistors
15 über den Schalter 32 und den Widerstand 30 fließen. Der Hilfsschalttransistor
15 schließt also. Mit dem Schließen des Hilfsschalttransistors 15 fließt auch der
Basisstrom des Schalttransistors 5. Er nimmt seinen Weg über den Hilfsschalttransistor
15 und den Widerstand 23. Dadurch wird der Hilf sschalttransistor 14 geöffnet, weil
seine Basis auf ein gegenüber seinem Emitter positives Potential kommt. Es kann
somit auch der Basisstrom des Schalttransistors 4 nicht mehr fließen, so daß sich
dieser Schalttransistor öffnet. Da bei dieser Stellung des Schalters 32 somit die
Schalttransistoren 5 und 6 geschlossen sind, fließt ein Strom von dem Leiter 2 über
den Schalttransistor 5, den Widerstand 10, den Verbraucher 1, den Schalttransistor
6, den Widerstand 9 zum Gleichstromleiter 3. Da angenommen wurde, daß der Verbraucher
einen Elektromotor darstellt, wird sich der Läufer des Motors in einer bestimmten
Richtung drehen. Ein Öffnen des Schalters 32 führt wieder zu dem eingangs beschriebenen
Zustand.
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Ein entsprechender Stromfluß bildet sich aus, wenn der Schalter 33
geschlossen wird. In diesem Fall fließt der Strom von dem Gloichstromleiter 2 über
den Schalttransistor 7, den Widerstand 11, den Verbraucher 1, den Schalttransistor
4 und den Widerstand 9 zum Gleichstromleiter 3. Der Läufer des als Verbraucher angenommenen
Motors wird sich also in umgekehrter Richtung drehen. Das sichere Ansprechen des
Schaltwerkes in dem offenbarten Sinn wird durch die entsprechende Bemessung der
Widerstände erreicht. So muß beispielsweise der Widerstand 23 derart dimensioniert
werden, daß er bei den an dem Widerstand 9 und an dem Schalttransistor 4 .auftretenden
Spannungsabfällen gerade den richtigen Basisstrom des Hilfsschalttransistors 14
und, wenn der Hilfsschalttransistor 15 geschlossen ist, für den Schalttransistor
5 durchläßt. Bei der Bemessung des Widerstandes 10 ist wiederum zu beachten, daß
die Summe des Widerstandes des Schalttransistors 5, des halben Widerstandes des
Schalttransistors 4, des halben Widerstandes des Hilfsschalttransistors 14 und des
Widerstandes 19 größer ist als die Summe der Widerstände des Hilfsschalttransistors
15 und des halben Widerstandes des Schalttransistors 5. Es wird dann erreicht, daß
die Basis des Hilfsschalttransistors 14 bei geschlossenem Hilfsschalttransistor
15 mit Sicherheit an positivem Potential gegenüber dem Emitter liegt und damit der
Schalttransistor 4 geöffnet bleibt. Äquivalente Überlegungen gelten für die übrigen
Widerstände, so daß auf die Angabe weiterer Einzelheiten verzichtet werden kann.
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Die Schaltanordnung nach der Erfindung kann außerordentlich klein
ausgeführt werden und von einer einzigen Spannungsquelle aus gesteuert werden. Gegenüber
den bekannten Schaltungen bedeutet dies eine wesentliche Vereinfachung.