DE1588826A1

DE1588826A1 - Method and circuit arrangement for switching off DC inductivities

Info

Publication number: DE1588826A1
Application number: DE19671588826
Authority: DE
Inventors: Friedel Twellsiek
Original assignee: ELEKTRONIK REGELAUTOMATIK
Current assignee: ELEKTRONIK REGELAUTOMATIK
Priority date: 1967-10-14
Filing date: 1967-10-14
Publication date: 1970-03-26

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Abschalten von Gleichstrominduktivitäten, Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschalten von Gleichstrominduktivitäten und eine SchaltungsanordnunL, zum Beschalten einer Gleichstrominduktivität und der damit in Verbindung stehenden Schaltstrecke, unter Ausnutzung des Verfahrens. Das Schalten von GleichstrominduKtivitäten bereitet trotz der vielen bekannten LÖ-sungen iminer noch Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten'treten besonders dann auf, wenn die zum Beschalten der Induküivität verwendeten Bauelemente keine VerzÖ-gerung beim Abbau des Magnetfeldes in der Induktivität verursachen sollen, und wenn gleichzeitig während den Abschaltvorganges beim Öffnen der Schaltstrecke, an dem öchaltorgan keine nennenswerte SpannungserhÖhung bzw. kein Lichtbogen eintreten soll. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist es durch die deutsche Patentschrift 613 832 bekannt, zur Schaltstrecke parallel einen Kondensator mit vorgeschaltetem Ventil, parallel zu diesem Ventil liegendem Widerstand, und parallel zur Induktivität ein zweites Ventil zu verwenden. Diese Schaltungsanordnung bewirkt zwar eine einwandfreie Funkenlöschung am Kontakt, ermöglicht je- doch nichL den raschen Abbau des Magnetfeldes, da durch das parallel zur Induktivität liegende Ventil die.Induktivität niederohwig kurz geschlossen ist, und der Magnetisierungsstrom nur langsam abklingt. Ns ist auch bereits vorgeschlagen worden, für den Fall daß der Gleichstrom zum Betrieb der ind.uktiven Laut aus dem wechselstromnetz entnommen wird, zur Schaltung ein Verfahren anzuwenden, welches darin besteht, daß während den Anstiegen jeder Halbwelle eine Kapezitlit parallel zur Last auf einen Teilwart der Betriebes.pannung über einen Widerstand und ein @roten Halbleiterventil aufgeladen wird, das anschließend während des Abfalles jeder Halbwelle, die Kapazität über ein zweites Halbleiterventil und über die Last entladen wird, und daß bei Abschaltunk# des Stromkreises der InduKtionsstrom über das zweite Halbleiterventil zur Kapazität -,eleitet wird, die sicii anschließend über den WidersLaiid und das erste Halbleiterventil und die Last entlädt.Method and circuit arrangement for switching off direct current inductances. The invention relates to a method for switching off direct current inductances and a circuit arrangement for connecting a direct current inductance and the switching path connected therewith, utilizing the method. Switching direct current inductances is still difficult in spite of the many known solutions. These difficulties arise especially when the components used to connect the inductance are not supposed to cause any delay in the breakdown of the magnetic field in the inductance, and if at the same time during the disconnection process when the switching path is opened, there is no significant voltage increase or no voltage increase at the switching element Arc should occur. In order to remedy these difficulties, it is known from German Patent 613 832 to use a capacitor with an upstream valve parallel to the switching path, a resistor parallel to this valve, and a second valve parallel to the inductance. Although this circuit arrangement causes perfect spark quenching at the contact, it does not enable the magnetic field to be rapidly reduced, since the low-resistance valve, which is parallel to the inductance, causes the inductance to be short-circuited and the magnetizing current to decay only slowly. It has also already been proposed that, in the event that the direct current for operating the inductive sound is taken from the alternating current network, a method should be used for switching which consists in that during the increases in each half-wave, a capitalization parallel to the load is applied to a part of the circuit The operating voltage is charged via a resistor and a red semiconductor valve, which is then discharged during the fall of each half-wave, the capacitance via a second semiconductor valve and the load, and that when the circuit is switched off, the induction current is fed through the second semiconductor valve Capacity -, is led, which sicii then discharges via the contradiction and the first semiconductor valve and the load.

Dieses Verfahren ist jedoch nur dort arwendbar, wo der betrieb der induktiven Last mit pulsierendem Gleichsurom durchgeführt wird, und die Spannung sich immer wieder -'er Nullinie nähert. igs gibt jedoch außer dieser, Anlageii eine Reihe Anwendungsfälle, bei denen entweder Batteriegleichstrom, Maschineil-Gleichstrom'oder auch Glgi--hstroiri aus einer Mehrphasenbrückenschaltung zur Anwendung kommt. In diesen Fällen läßt sich das vorsteherid genannto Verfahren nicht anwenden. Irerner ist bereit4 vorgeschlagen worden, während der BetriebseinschaltaM der induktiven Last in deri Gleichstromkreis, parallel zu dieser Last eine Kal.,azität auf eine c-eringe Teilspannung der Last aufzuladen, wobei Schi-ltmittel, insbesondere Halbleiter ve--wenjet ;verden, die diese Teilspannung begrenzen, und bei Abschaltung der last der Induktionsstrom ai-Utels eiaer riiederoh:nigen Leitung auf die Kapazität übertragen und die Kapa--ität mittels einer -,eitung, entladen wird. Nine Schaltungianordnung zur Durchführung dieses Verfahrens sieht vor, #;aß zwischen den Zuleitungen zur induktiven Last und hinter dem diese Last mit der Stromquelle verbindenden Schalt-oder Regelorgan eine Anordnung, bestehend aus einem Kondensator, dem sliarinungsbeLrenzende Bauelemente parallel geschaltet sind, und dem vor oder nachgeschaltet eine Antiparallelßchaltung von Ventilen liegt und ein weiteres Bauelement vorgesehen ist, welches deia Strom in Betriebsstromrichtung hogrenzt. Dieses Verfahren und die Anordnungen nach dem Verfahren ermöglichen eine Unterdrückung der Induktionssiarinungt ein sicheres Zünden und Löschen von Halbleitern und einen schnellen Abbau des Magnetfeldes. Jedoch kann auchhier beim Cffnen, der Schaltstrecke diese nicht vollkommen entlastet werden. Wird die Schaltstrecke nicht durch einen Kontakt, sonderii durch eineil Halbleiter mit Zäridcharakteristik gebildet, dann ist es außerdem erforderlich, den Halbleiter gegen Störspani.ungeil und Uber-Spannungen aus dein Netz zu beschalten. 'Es ist die Auf;-abe 'der Frfiilduili#, ein Verfahren und eine SclialtuiiC,sanordiiiing zu scilaffel" bei dem die E.3schaltL£nL; der Induytivitäb Lit der Feseualtunb Jer Sci,alr,-strecke und der Störs .pawluLgssohutd. bes." altun, vereinigt wird, wobei das Betriebsverhalten voil Iiiduktivit:it und Schaltstrecke günstit; beeii,.fluf.t werlen soll. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erl'-4ndunL:sgem;iL- eii-i Ver- fahren vorGeschlagen, w31clies dadurch ßekern:zeichnet istl daß beim Öffnen des Betriebsstr0;LKreises die Auf- ladun6 zweier Parallelkal-azit*:-ite",, i&e-'-c-iie ei#.,erseiLs der ScilaltsirecKe and aliiererseits der Ii.d-iktivit-'eAt ziit,-eordnet sini, ei,.. t#-eii.eiris-3-.es Ven- til erfolgt. Nine zur -ies Verfah- rens sieht vor, dali inn-3rhalt einer F:ju -rz1., e zwei Kapazitätei.. ein-e Diode uni Zwei ".I-ijers',«-*nde elnen i:e- u.einsamen Verbi.,-.d#jiiEspuiikt 1.i-Abezi. D-arch dieses Verfahren und die Schaltungsai-.ordnung nach dem Verfahren wird mit minimalstem Aufwand eine o.#ti- male Besc-:-.#31tun-, scwohl der Gleichstro-.ii-iduktivität, U wie auch der dazu _gehörigen Selialtszrec-1-.e -rrF,-icht. .vie Beschaltungsanordnung nach dem Verfahren äbernimmt also eine Vielfachfunktion: le t$orgt sie für dii#,Vjztot-drückung der Induktionenpan- eligh der Gleichat"alzÄuktivität, stellt4104,#für 'titte ein überap*uWMgi"hutz der und vethindert, daß btörspennungen ins_Netz-z.urückeehen. 2A Bewirkt'sie eine Funkenlöschung am Kontakt.However, this method can only be used where the operation of the inductive load is carried out with a pulsating DC and the voltage repeatedly approaches the zero line. However, apart from this, Appendix II, there are a number of applications in which either battery direct current, machine direct current, or also Glgi - hstroiri from a multi-phase bridge circuit is used. In these cases the procedure mentioned above cannot be used. In addition, it has already been proposed, while the inductive load is switched on in the direct current circuit, to charge a cal. Acity to a partial voltage of the load in parallel with this load, whereby switching means, in particular semiconductors, are used limit this partial voltage, and when the load is switched off, the induction current ai-utels is transferred to the capacitance via a low-noise line and the capacitance is discharged by means of a line. Nine circuit arrangements for carrying out this method provide, between the supply lines to the inductive load and behind the switching or regulating element connecting this load to the power source, an arrangement consisting of a capacitor, to which the circuit limiting components are connected in parallel, and the upstream or downstream downstream there is an anti-parallel connection of valves and a further component is provided which limits the current in the operating current direction. This method and the arrangements according to the method make it possible to suppress the induction heating, to reliably ignite and extinguish semiconductors, and to rapidly reduce the magnetic field. However, even here, when opening the switching path, this cannot be completely relieved. If the switching path is not formed by a contact, but rather by a semiconductor with a Zäridcharacteristic, then it is also necessary to connect the semiconductor against Störspani.uneil and overvoltages from the network. 'It is the Auf; -abe' der Frfiilduili #, a process and a SclialtuiiC, sanordiiiing to scilaffel "in which the E.3schaltL £ nL; the Induytivitäb Lit the Feseualtunb Jer Sci, alr, -linie and the Störs .pawluLgssohutd. bes. " altun, is combined, with the operating behavior voil Iiiduktivit: it and switching path favorable; beeii, .fluf.t should be. To solve this problem, it is explained: sgem; iL- eii-i Ver drive ahead isl that when the operating current 0; L circuit is opened, the ladun6 two parallel cal-azit *: - ite ",, i & e -'- c-iie ei #., erseiLs the ScilaltsirecKe and on the other hand the Ii.d-iktivit-'eAt ziit, -ordered sini, ei, .. t # -eii.eiris-3-.es Ven- til takes place. Nine to -ies procedure- rens provides that dali inn-3rhalt one F: ju -rz1., e two Capacitancei .. one diode and two ".I-ijers'," - * nde i: e- and single verbs, -. d # jiiEspuiikt 1.i-Abezi. D-arch this procedure and the circuit arrangement according to the procedure is an o. # ti- male Besc -: -. U as well as the associated Selialtszrec-1-.e -rrF, -icht. .vie takes over the wiring arrangement according to the procedure so a multiple function: le t $ orgt them for dii #, Vjztot-depressing the induction pan- eligh the equation "alzAuctivity, represents 4104, # for 'titte a überap * uWMgi "hutz der und vethammed, that btörspennungen go back into the network. 2A it causes a spark extinction on the contact.

3- Damit verbunden ist die Unterdrückung von Funken-Störungen. 3- This is linked to the suppression of spark interference.

4. Bewirkt sie bei Betrieb mit pulsierendem Gleich-.strom eine Glättung der Betriebsspannung, wodurch bei vorübergehendem-Absinken der Betriebsapannung ein ungewollten Abfallen der Magnetgeräte vermieden wird.4. If operated with pulsating direct current, it produces a smoothing effect the operating voltage, which in the event of a temporary drop in the operating voltage unwanted falling of the magnetic devices is avoided.

Wird die Schaltstreckelurch einen Halbleiter mit.ZLindcharakteristik gebildett so wird außerdem, 5- Nin Überspannungsschutz-erzielt.If the switching path is formed by a semiconductor with a ZLind characteristic, 5- Nin overvoltage protection is also achieved.

6. Die Kommutlerung günstig beeinflußt. 6. The commutation has a favorable influence.

7- Eine Trägerstaueffektbeschaltung zum Schutze der Halbleiter erreicht. 7- A carrier jam effect circuit to protect the semiconductors was achieved.

Ninzelheiten der Nrfindung werden an Hand einer Zeichnung näher erläutert.Details of the number finding are explained in more detail with the aid of a drawing.

Mit 11 ist ein Schaltkontakt dargestellt, der auch durch einen Thyristor 12.oder einen Transistor 13 ersetzt - werden kann. Diese Bauelemente bilden die Schaltstrecke. Die Betätigung erfolgt in bekannter Weise. 11 with a switching contact is shown, which also replaced by a thyristor 12.oder a transistor 13 - can be. These components form the switching path. The actuation takes place in a known manner.

Das Verfahren ist für das Abschalten von Gleichstrominduktivitäten entwickelt. Na soll daher für den Schaltungeablauf mit durchgeschalteter bchaltstrecke bog onnen werden. Die Gleichstrominduktivität (das Magnetgerät bzw. die Spule ) liegt also an der Betriebespennunß.+ Wird nun die Schaltstrecke geöffnet, so fließt für einen kurzen Augenblick der Strom von + über den Konden-# Sat;r 51 -und dAs Ventil 401 zur Spule 2o, zurück noch Parallel dazu ergibt sich ein Stromweg von.+iiber 51 und 31 nach Mit Aussetzen den Kondensatorstromes über 51 wird die in der Spule gespeicherte Nuergie bzw. der eingeprägte Stroa (früher als Nxtrastrom bezeichnet)-von dem Kondensator 31 übernommen. Dabei ergibt sich-ein Stromweg von 2o über 31 und das Ventil 4o nach 2o zurück. Dieser Stromk:reis*wird unterstützt durch die Umladung von 31, die während der Aufladung von 51 entstanden ist.The method has been developed for switching off direct current inductances. Na will therefore be for the Schaltungeablauf with circuit-switched bchaltstrecke bog may. The direct current inductance (the magnetic device or the coil ) is therefore due to the operating voltage. + If the switching path is now opened, the current flows for a brief moment from + via the condenser 51 and the valve 401 to the coil 2o At the same time, there is a current path of. + via 51 and 31 after. When the capacitor current via 51 is interrupted, the Nuergie stored in the coil or the impressed Stroa (formerly referred to as Nxtrastrom) - is taken over by the capacitor 31. This results in a current path from 2o via 31 and the valve 4o back to 2o. This Stromk: reis * is supported by the reloading of 31, which occurred during the charging of 51 .

Diese'Aufladung ist, jedoch gering, da der Kondensator 31 gegenüber dem KondensatoJe 51 eine größere Kapazität hat.(31 etwa - 10 / UF, 51 - . 2 #uF bei einem Nennstrom von 1 Amp.) _ Die Abschaltenerg#e ist also zunächst in 31 gesPeichert und wird anschließend durch die Entladung von 31 äber die Spule 2o in dem Widerstand 32 in Wärme umgesetzt-. Der Widerstand 32 hat gegenüber der Spule 2o einen wesendlich höheren Ohmwert, so daß der Rückwärtsstrom über die Spule 2o in der Größenordnung des Blatmagnetisierungsstromes liegt. Der Kondensator 31 wird also wieder,laer. Der Kondensator 51 kann sich über den Widerstand 52 entladen. Nr tut dieses, bis seine Spannung der Spannungsteilerspannung entspricht die sich aus dem Widerstand 52, dem Ventil 4o und der Spule 2o ergibt.This charge is low, however , because the capacitor 31 has a greater capacity than the capacitor 51 (31 approximately -10 / UF, 51 - 2 #uF at a rated current of 1 Amp.) _ The switch-off energy is therefore initially stored in 31 and is then converted into heat by the discharge of 31 via the coil 2o in the resistor 32. Resistor 32 has a significantly higher ohmic value than coil 2o, so that the reverse current through coil 2o is of the order of magnitude of the blade magnetization current. The capacitor 31 is so again, laer. The capacitor 51 can discharge through the resistor 52. Nr does this until its voltage corresponds to the voltage divider voltage which results from the resistor 52, the valve 4o and the coil 2o.

Der Kondensator 31 lädt sich auf die Teilspannung auf, wel-che an der Diode 4o und der Spule 2o ansteht.. Diese-beträgt jedoch nur etwa 1 % der Nennspannung. Wird bei der nächsten Binschaltung die Schaltstrecke durch 11, 12 oder 13 geschlossen, so entlädt sich der Kondensator 51 über die Schaltstrecke und den Widerstand 32. Dieser Widerstand 32 begrenzt.den«Nntladestrom.-Da, wie schon gesagt, der Widerstand-32 gegenüber der Spule 2o einen wesentlichen höheren Ohmwert hat, kann dieser Butladastrom nicht in die Größenordnung des Betriebestromes kommen. Wird die Schaltsurecke durch Halbleiter gebildet, e:#gibt sich ein besond-erer Vorteil dadurch, daß der zunächst nur geringe Induktionsstrom durch den Nntladestrom verstärkt wird. Für Thyristoren wird z.B. der erforderlIche Haltestrom erreicht, auch bei nur kur-'zent Nbenso wie der Widerstand 32, Übernimmt auch das Ventil 4o eine Doppelfunktion.The capacitor 31 is charged to the partial voltage which is applied to the diode 4o and the coil 2o. However, this is only about 1% of the nominal voltage. If the switching path is closed by 11, 12 or 13 the next time the switch is switched on, the capacitor 51 is discharged via the switching path and the resistor 32. This resistor 32 limits the discharge current. Since, as already said, the resistor 32 opposite the coil 2o has a significantly higher ohmic value, this Butlada current cannot come into the order of magnitude of the operating current. If the switching circuit is formed by semiconductors, there is a particular advantage in that the initially low induction current is amplified by the discharge current. For thyristors, for example, the required holding current is achieved, even if it is only briefly N, just like the resistor 32. The valve 4o also has a double function.

Während des öffnens der bchaltstrecke führt es den Betriebsatrom weiter-bzw.-den Aufladestrom des Konden-' sators 51 -und daran anschließend den Aufladestrom des Kondensators 31. Die Parallelkapazitäten 31 und 51 werden also über ein gemeinsames elektrisches Ventil 4o aufgeladen. Das besondere Kennzeichen der Schaltungsanordnung besteht darin, daß innerhalb der zur Beschaltung dienenden Baugruppe an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 6o zwei Kapazitäten, 31 und 51, eine Diode 4o und zwei Widerstände 32 und 52 angeschlossen sind. Durch die gesamte Anordnung ergeben sich die eingangsgenannten Vielfachfunktionen, also Unterdrückung der Induktionsspannung, Überspannu-ngssehutz, btörspannungsbeschaltung, FunkenlÖschung, Ausglätten der Betriebsspannung, außerdem eine günstige Beeinflussung der Kommutierung bei Halbleitern und eine Trägerstaueffektbeschaltung. Durch diese gesamten Funktionen wird mit dem Verfahren und der Schaltungsanor,--,nung eine bisher nicht bekannte optimale Beschaltung mit einem Minimum an Bauteilen erreicht. P a t 9 n t a n a p r ä c le Verfahren zum Abschalten von Gleichstrominduktivitäten, dadurch gekennzeichnet, daß beim Öffnen des Betriebsstromkreiaes die Aufladung zweier Parallelkapazitäten, welche einerseits der Schaltstrecke und andererseits der Induktivi4ät zugeordnet sind, über-ein gemeinsames elektrischea Ventil erfolgt,$ 2e-Schaltungsanordnung zum Beschalten einer Gleichstrominduktivität und der damit in Verbindung stehenden Schaltstrooke untee Ausnutzung das Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnetl daß innerhalb der zur Beschaltung dienenden Baugruppe an einen gemeinsamen Verbindungspunkt zwei Kapazitäten, eine Diode und zwei Widerstände angeschlossen sind.During the opening of the switching path, it continues the operating current - or the charging current of the capacitor 51 - and then the charging current of the capacitor 31. The parallel capacitances 31 and 51 are therefore charged via a common electrical valve 4o. The special characteristic of the circuit arrangement is that two capacitors, 31 and 51, a diode 4o and two resistors 32 and 52 are connected to a common connection point 6o within the assembly used for wiring. The above-mentioned multiple functions result from the entire arrangement, i.e. suppression of the induction voltage, overvoltage protection, interference voltage circuitry, spark extinction, smoothing out of the operating voltage, as well as a favorable influence on the commutation in semiconductors and a carrier congestion circuit. Through all of these functions, a previously unknown optimal circuit with a minimum of components is achieved with the method and the circuit arrangement. P at 9 ntan ap r ä c le method for switching off direct-current inductors, characterized in that takes place upon opening of the Betriebsstromkreiaes charging of two parallel capacitances which are associated with one hand, the switching path and the other part of the Induktivi4ät on-a common elektrischea valve, $ 2e- Circuit arrangement for wiring a direct current inductance and the associated switching current untee utilizing the method according to claim 1, characterized in that two capacitors, a diode and two resistors are connected to a common connection point within the assembly used for wiring.