DE1135042B

DE1135042B - Magnetfeldempfindliches elektronisches Schaltgeraet mit einem Hallspannungserzeuger unter Verwendung eines Halbleiterstromtores als Schaltorgan

Info

Publication number: DE1135042B
Application number: DES72723A
Authority: DE
Inventors: Dr Julius Brunner; Dipl-Phys Dr Friedrich Kuhrt; Erich Rainer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-02-25
Filing date: 1961-02-25
Publication date: 1962-08-23
Also published as: US3158756A

Description

Für verschiedene Steuer- und Regelaufgaben werden Annäherungs- bzw. Endschalter benötigt, die in Abhängigkeit von der relativen Bewegung zwischen einem Geber und einem Empfänger Schaltvorgänge auslösen bzw. durchführen. Zu diesem Zweck eignen sich Hallspannungserzeuger besonders gut, da ihre.Signalgabe nur von der wirksamen Induktion selbst, nicht aber von der Änderungsgeschwindigkeit der Induktion abhängig ist.

Die Ausgangsleistung von Hallspannungserzeugern ist nun aber relativ klein, so daß bisher aufwendige Verstärkungsmittel erforderlich waren, um das vom Haispannungserzeuger gebildete Signal für industrielle Schaltvorgänge auswerten zu können.

Der Erfindung liegt die. Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein einfaches Schaltgerät zu schaffen, das mit geringem Aufwand die Aussteuerung eines Halbleiterstromtores durch das Ausgangssignal eines Hallspannungserzeugers gestattet. Halbleiterstromtore sind als Schaltorgane bekannt und können schon heute Leistungen in der Größenordnung von Kilowatt beherrschen, was für die meisten industriellen Anwendungen völlig ausreicht.

Das Schaltgerät nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zündimpulse für das Halbleiterstromtor die Hallspannung in Reihe mit einer Tunneldiode und einer Hilfswechselspannung geschaltet ist, deren Amplitude unter dem Kippunkt des Tunneldiodenkreises liegt.

Solange auf den Hallspannungserzeuger kein Magnetfeld einwirkt, wird der Kippunkt nicht überschritten. Sobald jedoch eine Hallspannung bestimmter Größe vorliegt, kippt die Tunneldiode, so daß das Halbleiterstromtor einen Zündimpuls erhält. Das Problem einer möglichst hohen Leistungsverstärkung und der richtigen Anpassung des Hallspannungserzeugers ist durch die Anordnung nach der Erfindung besonders einfach gelöst.

Es kann zweckmäßig sein, einen Impulsübertrager zu verwenden, der zur galvanischen Trennung zwischen Tunneldiode und Halbleiterstromtor und gegebenenfalls zur Transformierung der Spannung dient. Man kann die Hilfswechselspannung und den Steuerstrom des Hallspannungserzeugers einem Transformator entnehmen, der am gleichen Netz wie das Halbleiterstromtor liegt, so daß sich eine besonders einfache Stromversorgung ergibt. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Hilfswechselspannung gegenüber der Netzspannung in der Phase zu verschieben, um eine vollständige Halbwellenaussteuerung herbeizuführen.

Magnetfeldempfindliches elektronisches

Schaltgerät mit einem Hallspannungserzeuger unter Verwendung eines Halbleiterstromtores

als Schaltorgan

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Julius Brunner,
Dipl.-Phys. Dr. Friedrich Kuhrt, Nürnberg,

und Erich Rainer, Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 ein Verbraucher bezeichnet, beispielsweise die Wicklung eines Schaltschützes, der durch das Halbleiterstromtor 2 gesteuert wird. Verbraucher und HaIbleiterstromtor liegen in Reihe an der Netzwechselspannung.

An das gleiche Netz, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Phasenschiebers bekannter Ausführung, ist ein Transformator 3 angeschlossen, der zwei Sekundärwicklungen 4 und S aufweist. Die Sekundärwicklung 4 liefert über einen Vorwiderstand 6 den Steuerstrom für den Hallspannungserzeuger 7. Die an den Elektroden 8 und 9 des Hallspannungserzeugers abgenommene HaIlspannung U_H ist in Reihe mit der Hilfsspannung i/₀ an der Wicklung 5 und einer Tunneldiode 10 geschaltet. Im gleichen Kreis liegt ferner die Primärwicklung 11 eines Impulstransformators 12, dessen Sekundärwicklung 13 den Zündstrom für das Stromtor 2 liefert.

In Fig. 2 ist die Kennlinie des Tunneldiodenkreises schematisch dargestellt. Auf der Abszissenachse ist die EMK im Tunneldiodenkreis aufgetragen, die gleich der Summe aus Hallspannung U_H und Hilf s-

wechselspannung U₀ ist. Bei fehlender Haispannung erreicht die Hilfsspannung mit dem Scheitelwert U^ den Kippunkt λ der Kennlinie nicht.

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Erst bei Vorhandensein eines steuernden Magnetfeldes, d.h. mit einer HaHspannungUp, kann der Spannungswert U_K am Kippunkt α überschritten werden.

Fig. 3 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Größen des Gerätes nach Fig. 1. In Zeile α ist die Hafflspannung U_a, die Hilfsspannung U_Q und die Summenspannung U dargestellt. Da der Steuerstrom des HaHgenerators dem Wechselstromnetz entnommen wird, ist auch die HaHspannung U_H sinusförmig.

In Zeile b ist der Strom durch die Tunneldiode veranschaulicht, in Zeile c die Zündspannungsimpulse auf der Sekundärseite des Transformators 12 und in Zeile d der Laststrom im Verbraucher 1. Wenn die Spannung J7_ft mit der Netzwechselspannung phasengleich ist, so kann eine Zündung des Stromtores 2 nur im Bereich des Scheitelwertes der Netzspannung erfolgen, da ja der Kippunkt α der Kennlinie in Fig. 2 überschritten werden muß. Die früher bereits erwähnte Phasenverschiebung zwischen Hüfswechselspannung und Netzwechselspannung gestattet es jedoch, dem Verbraucher ganze Halbwellen der Netzspannung zuzuführen.

Eine andere Möglichkeit hierzu besteht darin, durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses und Spannungsbegrenzung eine annähernd rechteckförmige Transformatorspannung zu erzwingen. Dies kann, wie Fig. 4 zeigt, mittels zweier Zenerdioden 14 und 15 geschehen, die mit entgegengesetzter Richtung in Reihe an der Primärwicklung des Transformators 3 liegen. Die überschüssige Spannung wird von einem Widerstand 16 aufgenommen. Man erhält bei dieser Ausführung noch zusätzlich eine Stabilisierung des Kippunktes gegenüber Netz-Spannungsschwankungen.

Für die praktische Anwendung des Schaltgerätes nach der Erfindung bestehen verschiedene Möglichkeiten, die im allgemeinen auch die Ausbildung der Stromversorgung bestimmen werden. Das Halbleiterstromtor kann beispielsweise auch an Gleichspannung liegen und ist dann mit einer Löschschaltung zu versehen. In der Regel wird jedoch eine reine Wechselstromversorgung am vorteilhaftesten sein.

Claims

Patentansprüche :

1. Magnetfeldempfindliches * elektronisches Schaltgerät mit einem Hallspannungserzeuger unter Verwendung eines Halbleiterstromtores als Schaltorgan, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zündimpulse für das HaIbleiterstromtor die Hallspannung in Reihe mit einer Tunneldiode und einer Hilfswechselspannung geschaltet ist, deren Amplitude unter dem Kippunkt des Tunneldiodenkreises liegt.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulsübertrager zwischen Tunneldiode und Halbleiterstromtor.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerstrom und Hüfswechselspannung einem Transformator entnommen sind, der am gleichen Netz wie" das Halbkiterstromtor liegt.

4. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung gegenüber der Netzwechselspannung um etwa 90° vorauseilt.

5. Schaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß .diePriBaärspannung des Transformators mittels Zenerdioden derart begrenzt ist, daß die Ausgangsspannung annähernd rechteckige Kurvenform hat-

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »radio und fernsehen«, Juni 1960,

S. 171;
Zeitschrift »L'Onde Electrique«, Februar I960,

S. 155 und 156.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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