DE1161349B

DE1161349B - Anordnung zum schnellen Ein- und Ausschalten eines ueber Transistoren mit Gleichstrom gespeisten induktiven Verbrauchers

Info

Publication number: DE1161349B
Application number: DEL32746A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilfried Fritzsche; Dipl-Ing Johannes Noeller
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-03-16
Filing date: 1959-03-16
Publication date: 1964-01-16

Description

Anordnung zum schnellen Ein- und Ausschalten eines über Transistoren mit Gleichstrom gespeisten induktiven Verbrauchers Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum schnellen Ein- und Ausschalten eines über Transistoren mit Gleichstrom gespeisten induktiven Verbrauchers mit großer Leistungsaufnahme. Ein solcher induktiver Verbraucher kann z. B. eine magnetische Kupplung sein.
Jeder induktive Verbraucher enthält neben seinem induktiven Widerstand stets einen gewissen Wirkwiderstand. Legt man eine Reihenschaltung, bestehend aus einem induktiven Widerstand und einem Wirkwiderstand, an eine Spannung, so steigt der Strom nach einer Exponentialfunktion auf seinen den stationären Betrieb kennzeichnenden Endwert an. Um die Zeit, innerhalb der dieser Endwert annähernd erreicht wird, zu verkürzen, ist es bekannt, die zur Aufrechterhaltung des Endstromes erforderliche Nennspannung UN beim Einschalten um eine Zusatzspannung Uz zu erhöhen und bei Erreichen des durch die Nennspannung UN gekennzeichneten Ends,troms diese Zusatzspannung abzuschalten.
Die Aufgabe, der vorliegenden Erfindung, soweit sie das Einschalten betrifft, besteht nun darin, eine Schaltung zu finden, bei der für einen über Transistoren mit Gleichstrom gespeisten induktiven Verbraucher von dieser Maßnahme Gebrauch gemacht wird.
Zur Lösung dieses Teiles der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Schaltung vor, bei der während des Einschaltens die am induktiven Verbraucher im stationären Betrieb wirksame Nennspannung UN über einen mit dem induktiven Verbraucher in Reihe geschalteten Transistor um eine Zusatzspannung Uz erhöht wird, wobei dieser Transistor bei Erreichen des Nennstromes im induktiven Verbraucher in Abhängigkeit von dem zwischen seiner Kollektor- und Emitterelektrode fließenden Strom stromundurchlässig geschaltet und somit die Zusatzspannung Uz von dem induktiven Verbraucher abgeschaltet wird, während der Arbeitsstrom des induktiven Verbrauchers über einen Gleichrichter zu der der Nennspannung UN entsprechenden Spannungsquellenanzapfung zurückfließen kann.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Der aus einem induktiven Widerstand 3 und einem Wirkwiderstand 2 bestehende induktive Verbraucher 1 liegt mit einem Transistor 4 in Reihe und ist über den Gleichrichter 10 an die Nennspannung UN und über den Transistor 6 an die erhöhte Spannung UN + Uz = U angeschlossen. Der Transistor 6 ist vor dem Einschalten stromdurchlässig. Das Einschalten des induktiven Verbrauchers erfolgt, indem der Transistor 4 über die Kippstufe 5 stromdurchlässig geschaltet wird. Es wirkt jetzt am induktiven Verbraucher die Spannung Uv + Uz. Sobald im induktiven Verbraucher der Nennstrom erreicht ist, wird der Transistor 6 in Abhängigkeit von der zwischen seiner Kollektor- und Emitterelektrode auftretenden stromabhängigen Spannung über die Kippstufe 7 stromundurchlässig geschaltet. Dadurch wird die am induktiven Verbraucher wirksame Spannung auf den Wert UN herabgesetzt, so daß der Strom nicht weiter ansteigen kann. Der Arbeitsstrom fließt nach erfolgter Sperrung des Transistors 6 über den Gleichrichter 10 zu der der Nennspannung Uv entsprechenden Spannungsquellenanzapfung 11 zurück.
Beim Abschalten einer Induktivität werden bekanntlich durch den zusammenbrechenden magnetischen Fluß in dem zu öffnenden elektrischen Kreis hohe Spannungen induziert, die das den elektrischen Kreis unterbrechende Schaltelernent erheblich beanspruchen. Im vorliegenden Falle ist dieses Schaltelement ein Transistor 4. Da Transistoren gegen Überspannungen sehr empfindlich sind, muß parallel zur 'induktiven Last ein zusätzlicher Zweig geschaltet werden, der ein allmähliches Abklingen des Stromes und damit ein langsames Zusammenbrechen des magnetischen Flusses ermöglicht. Dieser Parallelzweig wird durch einen Gleichrichter 8 (F ir g. 1) gegen den Arbeitsstrom gesperrt. Zur Erzielung eines möglichst geradlinigen Abklingens des Stromes ist bereits vorgeschlagen worden, in diesen Parallelzweig entweder gegensinnig zum Gleichrichter 8 eine Zenerdiode 9 oder gleichsinnig mit dem Gleichrichter 8 einen Satz weiterer Gleichrichter zu schalten. Die den Transistor 4 beanspruchende Sperrspannung wird hierbei allerdings durch die am Parallelzweig auftretende Spannung erhöht. Um diese Spannungserhöhung herabzusetzen, schlägt die Erfindung vor, die Zenerdiode 9 bzw. den Satz zusätzlicher Gleichrichter in den vom Arbeitsstrom durchflossenen Teil des für den abklingenden Strom gebildeten Kreises zu legen (9). Diese Schaltungsmöglichkeit kommt praktisch aber nur für kleine Leistungen in Frag , da die .e, Zenerdiode bzw. der Gleichrichtersatz für Dauerlast bemessen werden muß.
Ist die Arbeitsweise des induktiven Verbrauchers dadurch gekennzeichnet, daß mittels seines magnetischen Feldes ein mechanischer Schaltvor2ang durchgeführt wird (z. B. magnetische Kuppfung). dann kann eine Beschleunigung dieses Schaltvorganges ohne eine zusätzliche Erhöhung der Sperrspannung an dem den Arbeitsstrom führenden Schalttransistor 4 durch eine mit dem Abschalten verbundene Beseitigung eines remanenten magnetischen Flusses des induktiven Verbrauchers erreicht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, soweit sie den Abschaltvorgang betrifft, besteht nun darin, eine Schaltung zu finden, bei der der remanente magnetische Fluß des induktiven Verbrauchers während des Abschaltens beseitigt wird.
Zur Lösung dieser Aufaabe schlägt die Erfindunc, eine Schaltung vor, bei der eine Spannungsquelle 15 (F i g. 2) über einen Transistor 14, der in Abhängigkeit des über einen Widerstand 16 fließenden Arbeitsstroms gesteuert wird, derart auf den i#nduktiven Verbraucher geschaltet wird, daß der von ihr im induktiven Verbraucher hervorgerufene Strom der zur Aufhebung des remanenten magnetischen Flusses erforderlichen Koerzitivkraft entspricht.
Ein Ausführungsbeispiel dieser -Schaltung zeigt F i g. 2. Die Spannungsquelle 15 ist über den Transistor 14 in einer dem Arbeitsstrom entgegenwirkenden Weise auf den induktiven Verbraucher 1 geschaltet. Solange der Arbeitsstrom fließt, wird der Transistor 14 durch die am Widerstand 16 auftretende Spannung stromundurchlässig gehalten. Erst wenn dieser Strom nach erfolgter Abschaltung durch den Transistor 4 einen gewissen Wert unterschreitet, wird durch öffnen des Transistors 14 eine Belastung der Spannungsquelle 15 über den induktiven Verbraucher freigegeben.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zum schnellen Ein- und Ausschalten eines über Transistoren mit Gleichstrom gespeisten induktiven Verbrauchers mit großer Leistungsaufnahme. z. B. einer elektromagnetischen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten die am induktiven Verbraucher im stationären Betrieb wirksame Nennspannung 1#v über einen mit dem induktiven Verbraucher in Reihe geschalteten Transistor (6) um eine Zusatzspannung UZ erhöht wird. wobei der Transistor (0 bei Erreichen des N#-ii-nstroiiie.s im induktiven Verbraucher in Abhängigkeit von dem zwischen seiner Kollektor- und Emitterelektrode fließeij2 Strc.m stromundurchlässig geschaltet und damit somit die Zusatzspannung U;., vom induktiven Verbraucher abg ,eschaltet wird, während der Arbeitsstrom des induktiven Verbrauchers über einen Gleichrichter (10) zu der der Nennspannung t#,v entsprechenden Spannungsquellenanzapfung, (11) zurückfließt.
2. Anordnunc, nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausschalten zur Beseitigung eines remanenten magnetischen Flusses im induktiven Verbraucher eine Spannungsquelle (15) über einen Transistor (14). der in Abhängikeit des über einen Widerstand (16) fließenden Arbeitsstromes gesteuert wird, derart auf den induktiven Verbraucher aeschaltet wird. daß der von ihr im induktiven Verbraucher hervorgerufene Strom der zur Aufhebung des remanenten magnetischen Flusses erforderlichen Koerzitivkraft entspricht. 3. Anordnungen nach den Ansprüchen 1 und 2, bei denen in bereits vorgeschlagener Weise zur Beeinflussun- des zeitlichen Verlaufs des beim Abschalten im induktiven Verbraucher abklingenden Stromes parallel zum induktiven Verbraucher ein Gleichrichter (8) und eine zu diesem Gleichgensinnig geschaltete Zenerdiode (9) richter geg - C bzw. ein Satz gleichsinni- geschalteter Gleichrichter -ele-t wird, dadurch aekennzeichnet, daß zur Herabsetzung der am Transistor (4) beim Abschalten auftretenden Sp--rrspannung die Zenerdiode bzw. der Gleichrichtersatz in den vom Arboitsstrom durchflossenen Teil des für den abklingenden Strom gebildeten Kreises gelegt c# wird (9').
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 666 551, 71.1717, 930993.