DE1463117C - Schaltungsanordnung zur Steuerung elektromagnetischer Mechanismen, ins besondere Magnetkupplungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung elektromagnetischer Mechanismen, insbesondere Magnetkupplungen, mit einer Betriebsspannungsquelle und einer kurzzeitig zuschaltbaren Hilfsspannungsquelle höherer Spannung und mit Transistoren zum Zu- und Abschalten der Spannungsquellen.

Um ein genügend schnelles Ansprechen von Magnetkupplungen oder anderen elektromagnetischen Mechanismen zu erreichen, ist es erforderlich, bei Inbetriebnahme die Betätigungsspule an eine höhere Spannung als die Betriebsspannung zu legen und später bei Erreichen des gewünschten Betriebszustandes die an der Spule liegende Spannung auf den Nennwert herabzusetzen. Grundsätzlich stehen dazu zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Einmal ist es möglich, die Spule über einen Vorwiderstand an eine höhere Spannung zu legen, wobei der Vorwiderstand so bemessen ist, daß bei Nennstrom der die Nennspannung übersteigende Teil der Anschlußspannung über dem Vorwiderstand abfällt, und den Vorwiderstand während des Einschaltvorganges kurzfristig zu überbrücken, oder es können eine Betriebsspannungsquelle und eine Hilfsspannungsquelle verwendet werden, wobei die Hilfsspannungsquelle bei Inbetriebnahme kurzzeitig zugeschaltet und nach Erreichen der normalen Betriebsbedingungen abgeschaltet wird.

Beide Schaltungsmöglichkeiten sind mit 'Relais oder Schützen ohne weiteres zu lösen, und es ist auch bekannt, die erstere der bekannten Möglichkeiten, nämlich Verwendung einer verhältnismäßig hohen Anschlußspannung, die im Normalbetrieb zum großen Teil in einem Vorwiderstand vernichtet wird, mit Transistoren zu verwirklichen.

Ferner ist aus der belgischen Patentschrift 623 145 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der während einer vorgegebenen Dauer eine gespeicherte Energie über Transistoren zugeschaltet wird. Diese Schaltungsanordnung erfordert jedoch Transistoren hoher Durchschlagsspannung und Kondensatoren oder Entladungsketten, die zu längeren Schaltzeiten führen. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine • Schaltungsanordnung anzugeben, die die zur Schaltung verwendeten Transistoren vor hohen Spannungsstößen bewahrt und damit mit Transistoren niedriger Durchlaßspannung auszukommen gestattet und die ferner eine äußerst schnelle Zuschaltung einer leistungsfähigen Hilfsspannungsquelle ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Transistor bzw. die Transistorgruppe zum Zu- und Abschalten der Betriebsspannungsquelle eine kleinere Durchbruchspannung aufweist als der Transistor bzw. die Transistorgruppe zum Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle und daß der Unterschied in der Durchbruchspannung zwischen den beiden Transistoren bzw. Transistorgruppert größer ist als der Unterschied in der Spannung der beiden Spannungsquellen.

Damit wird gewährleistet, daß die Transistoren, die die Hilfsspannungsquelle zu- und abschalten, tatsächlich nur zum Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle verwendet werden, nicht aber den beim Abschalten der Induktivität auftretenden Stoßspannungen ausgesetzt sind, sondern daß diese vielmehr durch die anderen Transistoren abgebaut werden, die wegen der geringeren Anforderungen an die Spannungsfestigkeit stärker belastbar ausgeführt werden können.

Es wäre natürlich umständlich, das Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle jeweils mit einem getrennten Impuls zu steuern, und es wird deshalb in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß der bzw. die zum Zu- und Abschalten der Hilfs-Spannungsquelle dienende Transistor bzw. Transistorgruppe mit einem Zeitglied zusammengeschaltet ist, welches die Einschaltdauer für die Hilfsspannungsquelle bestimmt.

Die Schaltung kann mit der geringsten Anzahl ίο Bauelemente aufgebaut werden, wenn als Zeitglied ein Übertrager verwendet wird, durch den die Flanken des Steuerimpulses in einen öffnungs- bzw. Sperrimpuls für den Transistor bzw. die Transistorgruppe umgewandelt werden, der bzw. die die Hilfsspannungsquelle zu- und abschaltet.

Zur Erhöhung der Durchbruchsspannung der zum Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle verwendeten Transistorgruppe kann eine Gruppe aus hintereinandergeschalteten Transistoren verwendet ao werden. In diesem Falle weist zweckmäßigerweise der Übertrager eine der Anzahl der Transistoren entsprechende Anzahl von Sekundärwicklungen auf, so daß die hintereinanderliegenden Transistoren richtig, entkoppelt sind.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Magnetkupplung, F i g. 2 ein Spannungsdiagramm für eine Schaltungsanordnung nach F i g. 1 beim Abschalten der Belastung,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In F i g. 1 ist L die Induktivität der Betätigungsspule einer Magnetkupplung, die im Normalbetrieb über einen Schalter K₂ mit einer Betriebsspannungsquelle U_n verbunden ist; bei Inbetriebnahme wird sie kurzzeitig mittels eines Schalters K₁ mit einer Hilfsspannungsquelle Umax verbunden.

Beim Abschalten der Induktivität L öffnet der eine Schalter K₂, und es bildet sich infolge der in der Induktivität L gespeicherten Energie in diesem Schalter K₂ ein Lichtbogen, in dem diese Energie vernichtet wird.

Wenn aber die beiden Schalter keine mechanischen Kontakte, sondern Transistoren K₁ und K₂ sind, ergibt sich ein anderes Bild. Die bei Abschaltung der Induktivität L erzeugte Selbstinduktionsspannung Emax (vgl. F i g. 2) steht an beiden Transistoren an und addiert sich dabei zu der jeweils an dem Transistor liegenden Spannung U_n bzw. Umax.

Nun ist die Hilfsspannung Umax groß gegen die

Betriebsspannung CZ_n, und deshalb ist die über dem Transistor ^₁ stehende Summenspannung E_max-l· Umax wesentlich größer als die Spannung über dem Transistor K_t, die nur gleich E_max + U_n ist.

Sobald die Selbstinduktionsspannung E_max so groß geworden ist, daß Emax + U_max — Ut, die Durchbruchsspannung des Transistors in Sperrichtung wird, erfolgt der Durchbruch im Transistor AT₁, bis die in der Induktivität L gespeicherte Energie vernichtet ist. Die gespeicherte Energie wird also im Transistor K₁ vernichtet, der zum Zuschalten der Hilfsspannung dient, während der Transistor K₂ gesperrt bleibt, weil die an ihm liegende Spannung U_n + E_max um den Wert Ut — (E_max + U_n) unter dem Durchbruchswert Ut bleibt.

Der Spannungsunterschied Ut — U_max soll so klein wie möglich gehalten werden, weil es erwünscht ist,

³ ' ■ ' ⁴

die Hilfsspannung Umax so groß wie nur irgend mög- freien Ende der Hilfsspannungsquelle Umax führen Hch zu machen, um eine starke Beschleunigung des und denen jeweils ein Abgleichwiderstand A₁₁ bzw. Einschaltvorganges zu erreichen. R₁₂ parallel geschaltet ist. Im Basis-Emitter-Kreis

Die starke Wärmebelastung des Transistors JsT₁ jedes der beiden Transistoren T₁ liegt eine Sekundärbeim Ausschaltvorgang zwingt dazu, die Hilfsspan- 5 wicklung eines Übertragers Tr, dessen Primärwicknung Umax verhältnismäßig klein zu wählen; außer- lung im Kollektorkreis eines Verstärkertransistors T₃ dem ist die Schalthäufigkeit sehr beschränkt. Es muß in Reihe mit einem Belastungswiderstand R an einer deshalb dafür gesorgt werden, daß die in der Induk- Spannungsquelle U₃ liegt. Der Transistor T₃ liegt mit tivität L gespeicherte Energie im Transistor AT₂ ver- dem Emitter an Erde und mit der Basis am Abgriff nichtet werden kann, wie das bei Schaltungen mit io eines Spannungsteilers A₃₁-U₃₂ zwischen dem Steuermechanischen Schaltern der Fall ist. impulseingang U₃ und Erde.

Wird die Durchbruchsspannung Ut₁ des Tran- Am freien Ende der Diode D₂ liegt eine Gruppe

₁ im Verhältnis zur Durchbruchsspannung aus zwei parallelgeschalteten Transistoren T₂, die über des Transistors K₂ folgendermaßen gewählt: Emitterwiderstände i?₂₁ bzw. i?₂₂ an das von der

15 Spule L ferne Ende der Betriebsspannungsquelle U_n Tj _ jj ^ TJ—TJ ■■ angeschlossen sind. Die Basisvorspannung ist mittels

Ut₁ Umax > υπ u», emes an Erde liegenden Widerstandes Λ₈ eingestellt,

und die Basis beider Transistoren ist unmittelbar

so ergibt sich bei Auftreten der Selbstinduktions- mit dem Steuerimpulseingang U, verbunden,
spannung E_max, daß die Durchbruchsspannung Ut₂ *° Sobald ein Steuerimpuls ankommt, werden die des Transistors K₂ eher erreicht wird, so daß nicht der Transistoren T₂ geöffnet. Die vordere Flanke des Transistor K₁, sondern, wie gewünscht, der Transistor Impulses wird nach Verstärkung im Transistor T₃ K₂ zusammenbricht und die in der Induktivität L ge- im Übertrager Tr in einen kurzzeitigen Impuls umgespeicherte Energie in diesem vernichtet wird. wandelt, dessen Dauer von der Flankensteilheit

Anders formuliert, ergibt sich aus der obigen 25 abhängt, die der Impuls nach Durchgang durch den Ungleichung: . Verstärkertransistor T₃ aufweist. Die in Reihe lie

genden Transistoren T₁ öffnen deshalb ebenfalls, so

Ut₁ — Ut₂ > U_max — U_n. daß an der Spule L die volle Hilfsspannung Umax

liegt. Die Diode D₂ wird durch die Hilfsspannung

Diese Bedingung kann grundsätzlich durch Ver- 3° gesperrt, so daß im Betriebsspannungskreis noch ringerung der Durchbruchsspannung Ut₂ des Tran- kein Strom fließt. Sobald aber der Öffnungsimpuls sistors AT₂ erhalten werden, das würde jedoch zu . aus der vorderen Ranke des Steuerimpulses aufhört, höheren Verlusten im TransistorK₂ und zur Verlän- sperren die beiden Transistoren T₁ wieder, und die gerung der zum Abschalten benötigten Zeitspanne Diode D₂ läßt den Betriebsstrom von der Betriebsführen. Einer Erhöhung der Durchbruchsspannung 35 stromquelle U_n durch.

des Transistors AT₁ würden technische Schwierigkeiten Sobald der Steuerimpuls aufhört, hören die Tran-

im Wege stehen, es gelingt jedoch, wenn eine Gruppe sistoren T₂ auf zu leiten, so daß die Spule L von der von wenigstens zwei hintereinandergeschalteten Tran- Betriebsspannungsquelle U_n getrennt wird. Die dasistoren anstatt des Transistors AT₁ in die Schaltung durch entstehende Selbstinduktionsspannung E steht eingesetzt wird. Umgekehrt können statt eines ein- 40. mit der Betriebsspannung U_n gemeinsam über den zelnen Transistors K₂ zwei oder mehr parallelgeschal- Transistoren T₂, so daß deren Sperrwiderstand durchtete Transistoren verwendet werden, wodurch nicht brochen wird. Dadurch bleibt die Selbstinduktionsnur die Strombelastbarkeit erhöht, sondern gerade spannung unterhalb des Wertes, der zum Durchbruch deshalb auch die Nennspannung U_n herabgesetzt der Transistoren T₁ führen würde, was mit der Erfinwerden kann. Dann kann bei gleichbleibender Span- 45 dung erreicht werden sollte.

nungserhöhung k = U_max/U„ die Hilfsspannung Umax Beim Aufhören des Steuerimpulses wird gleichentsprechend stärker herabgesetzt werden, so daß die zeitig die hintere Flanke nach Verstärkung im Tran-Sicherheitsreserve für den Durchschlag der anstatt sistor T₃ im Übertrager Tr in einen Sperrimpuls des Transistors K₁ vorgesehenen Transistorgruppe umgewandelt, durch den die Durchbruchsspannung erhöht wird, die ja durch die Spannungsdifferenz 50 für die Transistoren T₁ noch erhöht wird, so daß Ut — Umax (F i g. 2) gegeben ist. diese mit Sicherheit nicht in Sperrichtung leitend

Zur praktischen Ausführung ist es selbstverständlich werden.

noch erforderlich, den Betriebsspannungskreis und den Der Übertrager Tr kann selbstverständlich durch

Hilfsspannungskreis voneinander zu entkoppeln; diese andere Einrichtungen ersetzt werden, wenn es auch Entkopplung ist in F i g. 1 der Übersichtlichkeit 55 bei einem Übertrager am einfachsten ist, eine zuverhalber nicht eingezeichnet. . lässige Entkopplung der Eingangskreise der beiden

Eine auf Grund dieser Überlegungen aufgebaute hintereinanderliegenden Transistoren T₁ zu erreichen. Steuerschaltung für eine Magnetkupplung ist in Bei Verwendung von mehreren Transistoren in Reihe F i g. 3 dargestellt. Gemäß dieser Schaltung liegt kann der Übertrager entsprechend mehr Wicklungen eine Spule L einer Magnetkupplung od. dgl. mit einer 60 aufweisen.

Seite an zwei Spannungsquellen, einer Betriebsspan- Die kurzzeitige Einschaltung der Transistoren T₁

nungsquelle U_n und einer HilfsspannungsquelleU_max. kann auch mit einem Kipprelais, einem Multivibrator Die andere Seite der Spule L liegt am Verbindungs- oder einem anderen beliebigen monostabilen Relaispunkt von zwei gegeneinandergeschalteten Entkopp- oder Impulselement mit einstellbarer Dauer des Auslungsdioden D₁ und D₂, deren freie Enden jeweils 65 gangsimpulses verwendet werden,
an eine Transistorengruppe führen. Die eine Tran- Statt eines zeitabhängigen Gliedes kann zur Steue-

sistorgruppe besteht aus zwei hintereinandergeschal- rung der Transistoren T₁ auch eine andere Einrichteten Transistoren T_u die zum von der Spule L tung verwendet werden, die die Transistoren T₁ in

Abhängigkeit des. durch die Spule L fließenden Stromes, des dort herrschenden magnetischen Flusses, des Drehmomentes oder der Drehzahl an der Antriebswelle der Kupplung oder irgendeiner anderen Größe sperrt, die sich während der Inbetriebnahme ändert.

Claims (4)

. Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung elektromagnetischer Mechanismen, insbesondere Magnetkupplungen, mit einer Betriebsspannungsquelle und einer kurzzeitig zuschaltbaren Hilfsspannungsquelle höherer Spannung und mit Transistoren zum Zu- und Abschalten der Spannungsquellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (AT₂) bzw. die Transistorgruppe (T₂) zum Zu- und Abschalten der Betriebsspannungsquelle (U_n) eine kleinere Durchbruchspannung aufweist als der Transistor (AT₁) bzw. die Transistorgruppe (T₁) zum Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle (U_max) und daß der Unterschied in der Durchbruchspannung zwischen den beiden Transistoren bzw. Transistorgruppen größer ist als der Unterschied in der Spannung der beiden Spannungsquellen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die zum Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle (U_max) dienende Transistor (AT₁) bzw. Transistorgruppe (T₁) mit einem Zeitglied zusammengeschaltet ist, welches die Einschaltdauer für die Hilfsspannungsquelle bestimmt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein Übertrager (Tr) verwendet wird, durch den die Flanken des Steuerimpulses in einen öiTnungs- bzw. Sperrimpuls für den Transistor (AT₁) bzw. die Transistorgruppe (7\) umgewandelt werden, der bzw. die die Hilfsspannungsquelle (Umax) zu- und abschaltet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, mit einer Gruppe von hintereinander geschalteten Transistoren zum Zu- und Abschalten der Hilfsspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (7>) eine der Anzahl der Transistoren entsprechende Anzahl von Sekundärwicklungen aufweist. ;

" Hierzu 1 Blatt Zeichnungen