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Verfahren' Anwendung des Verfahrens undcaltunnr@ag zur
Durchführung und Anwendung des Verfahrens zum Steuern einen, zum
Schalten von pulsierendem Gleichstrom eiagesetzt@n9@ä@.l@.@trs
mit Zündcharakteristik.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Zünden
eines
Halbleiters mit Zündcharakteristik zum Schalten von
pulsierendem
Gleichstrom.
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Derartige Verfahren sind an sich bekannt# jedoch ist es bisher nicht
gelungen, kontaktlose Schalter mit einfachen Mitteln zu bauen# die wie ein
Schütz oder Relais mit Selbsthaltung arbeiten und auch wie ein solches mit
Ein-und Austastern angesteuert wer-
den könneng bei Verwendung
nur e i n e s Halbleiters mit Zündcharakteristik. Ferner ist keine universelle
Betätigungs sowohl
mit Tastern als auch mit Dauekkontaktgebern
und logischen Schalt-
kreisen (Transistorsteuerungen) möglich. Eine weitere
Schwierig-
keit tritt auf' wenn Gleichstrominduktivitäten ohne Verzögerung
des
Feldabbaues abgeschaltet werden sollen. Die bekannten Schal-
tungen mit
parallel zur Induktivität geschalteter Freilaufdiode haben eine beachtliche
Verzögerung beim Feldabbau zur Folge und
machen ein sauberes Schalten der
Last unmöglich.
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Die Erfindung gibt ein Verfahren an# welches alle diese Schwierig- keiten
mit einfachen Mitteln behebt. Ferner eine Anwendung des Verfahrens zur Erzielung
einer Schnellerregung des Magnetfeldes
elektrischer Geräte und
Schaltungsanordnungen zur Durchführung
der Verfahren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung# ein Verfahren zu entwickäln,
das es ermöglicht, Schütze oder Relais durch einen Halbleiter mit
Zündcharakteristik
zu ersetzeng ohne daß die Steuerbedingungen
einer Anlage wesentlich
geändert werden müssen. Das Verfahren
soll universell anwendbar seins
d. h. sowohl die Kontakttechnik£ wie auch die kontaktlose Technik
sollen Anwendung finden können,
ohne daß ein Netzgerät oder
eine Hilfsspannung erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße
Verfahren zum Schalten von pulsierendem Gleichstrom in induktiven Lastkreisen
eingesetzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zündimpuiz für
den Halbleiteraus
vier Betriebsspannung, oder einer Hilfsspannung
entnommen wird,
die weiteren Zündimpulas aus dem Betriebzstrom
gewonnen werden
wobei die Stromunterbrechung des Lastkreises zur Neuzündung
genutzt wirde bei Unterschreiten des Haltestromes des Halblei-
ters
der Laststrom von einer Kapazität übernommen wird, für die
K$pazitit
als Spannungsquelle nacheinander das Netz' und die
Induktivität
dienen, eine Aufladung dieser Kapazität in beiden
Richtungen mit
unterschiedlicher Spannungshöhe erfolgt, und die
Entladung der Kapazität
über einen hochohmigen und einen niederohmigen Strompfad erfdlgen.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine
Schaltungsanordnung
vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Last in Reihe mit
einem Halbleiter mit Zündcharak-
teristik und einem Induktivübertrager
liegt, daß parallel zur
Last eine Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand,
mit
einer Überbrückung des Widerstandes durch ein Ventil entgegen
der
Betriebsstromrichtung liegt, und daß der Zündanschluss des
Halbleiters
mit der Sekundärseite des Induktivübertragers und
der Betriebsspannung
wahlweise oder gleichzeitig Verbunden ist.
Die Anwendung des Verfahrens zur
Erzielung einer Schnellerregung des Magnetfeldes elektrischer Geräte sieht
vor, daß zum Zünden von einem oder mehreren zusätzlichen Halbleitern, welche
zum
Schalten einer erhöhten Spannung dienen, die Kapazität eines
veränderbaren
RC-Gliedes bei Einschaltung über den oder die Zündanschlüsse umgeladen
wird, und daß ferner die Aufladung der Ka-
pazität, welche der Last
parallel geschaltet ist, in Betriebs-
stromrichtung begrenzt wird.
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Eine Schaltungsanordnung zur Anwendung des Verfahrens zur Erzie- lung
einer Schnellerregung des Magnetfeldes elektrischer Geräte
sieht erfindungsgemäß
vor, daß die Last in Reihe mit mehreren
parallel geschalteten Halbleitern
mit Zündcharakteristik und ei-
net Induktivübertrager
liegt, die Halbleiter mit Spannungsquellen
unterschiedlicher
Spannungshöhe verbunden sind, die Sekundärseite
des Induktivübertragers
mit dem Halbleiter verbunden ist, der an
der niedrigeren Spannung liegtl
und den Zündanschlüssen der oder
des an der höheren Spannung liegenden
Halbleiter ein RC-Glied vor-oder nachgeschaltet ist und daß ferner dem der
Last parallel
geschaltetem Kondensator ein Ventil in Betriebsstromrichtung
pa-
rallel geschaltet ist.
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Zur Stromversorgung eines Magnetgerätes unter Anwendung
der vorge-
nannten Schaltungsanördnungen ist vorgesehen, daß die
Schaltungs-
anordnung mit einem Transformator und Anschlußklemmen
in einer
gemeinsamen Baueinheit vereinigt ist. Dabei findet vorteilhaft
ein
Transformator Verwendung mit mehreren Sekundärspannungen für
den Lastkreis
und die Hilfsspannungen.
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Mehrere Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens werden
vorteilhaft zu einer gemeinsamen Baueinheit vereinigt# dies gilt besonders
dannt wenn sie abwechselnd in Betrieb sind' da
dann die entstehende Verlustleistung
über ein größeres Volumen
abgeführt werden kann.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung näher
erläutert.
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Darin zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung
den
Verfahrens und Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für die Anwendung
des
Verfahrens zur Schnellerregung einer induktiven Last.
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In Fig. 1 ist mit 3 eine Last bezeichnet! die induktiv
aber auch
ohmsch bzw. gemischt sein kann. Sie wird gespeist aus einen Netz
mit
pulsierendem Gleichstroms welches an den Klemmen 1 und 2 an-
steht.
Als Halbleiter mit Zündcharakteristik ist ein Thyristor 10 vorgesehen.
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Die Zündung erfolgt über die Taster 5 und 6. Der erste Zündim- puls
für den Halbleiter wird aus der Betriebsspannung wie folgt
Qntnommens
Nach Schließen des Tasters 5 bzw. Verbinden der Klemmen "am
und
IRCn fließt ein Zündstrom von 1%+ über den 'Widerstand
31, die
Diode 32, die Schaltstrecken 5 und 69 als Taster dargestellt,
zum
Zündanschluß des Thyristors 10. Von dort über die Primärseite
21
den Induktivübertragers und die Last 3 zum Anschluß 2/-zurück.
Ein Teil des Zündstromes fließt parallel zur Last 3
über den Widerstand
52 und den leeren Kondensator 51. Dieser
Parallelkreis über den leeren Kondensator
ist von Vorteil$ da
dadurch ein evtl. hoher Induktivwiderstand
der Last sich nicht
für den Zündkriis auswirken kann,
Durch
diesen -- ersten Zündimpuls wird der Thyristor 10 in den
Durchlasszustand
gebrachte der Laststrom kann fließen. Wird jetzt
die Schaltstrecke
5 wieder geöffnete so wird der Thyristor 10
bei Annäherung den
pulsierenden Gleichstromes an die Nullinie
gelöscht# da die Stromführung
dann von dem Kondensator 51 über-
nommen wird. Dieser Kondensator ist zunächst
über den Wider-
stand 52 aus dem Netz aufgeladen. Liegt der Augenblickswert
der
Spannung an dem Kondensator 51 über der Netzspannung +@-
so
entlädt dieser sich über das Ventil 53 und die Last.
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Bei Unterschreiten den Haltestromes den Halbleiters mit
Zünd-
charakteristik 10 wird also der Laststrom von der Kapazität über-
nommen.
Damit verbunddn ist die Unterbrechung des Laststromes
in der Primärwicklung
21 den Induktivübertragers 20e Die Strom-
änderung hat in der Sekundärseite
22 einen Spannungsstoß zur
Folge, der zur Neuzündung den Thyristors
10 führt# über folgen-
den Stromwegt Sekundärwicklung 223 Diode
249 Widerstand 259 Schaltstrecke 69
Thyristor 10 zurück zur Sekundärwicklung
22. Die weiteren Zünd-
impulse werden also aus den Betriebsstrom gewonnenf
so daB sich
eine Selbsthaltung ergibt. Damit einerseits der
Spannungsstoß
für den Zündimpuls in der Höhe begrenzt
wird und andererseits
der Stronfluß eine geringe Zeit aufrecht
erhalten bleibtv ist
ein Kondensator 23 vorgesehen. Die Diode 24
verhinderte daß sich
dieser Kondensator nach rückwärts wieder entladen
kann.
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Wird die Schaltstrecke 6 geöffnet$ so wird der genannte
Zündkreis unterbrochen. Die bei der Abschaltung noch in den Induktiv-
übertrager
entstehende Spannung geht auf den Kondensator 23
und führt nicht mehr
zur Neuzündungg da dieser Kondensator über
den Widerstand
27 entladen wird.
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Das Löschglied 50 übernimmt beim Abschaltvorgang
folgende Funktions
Die in der Last 3 evtl. vorhandene Induktionsspannung
geht auf den Kondensator 51 über die Diode 53. Die m@xe_ytische Energie der induktivität
wird also von der Kapazität übernommens so daß sich ein sehr schneller Feldabbau
ergibt. Der für das Schaltverhalten der Induktivität= falls_es sich dabei um die
Spule eines Magnetgerätes handelt, wesentlich günstiger ist, als der Feldabbau der
sich bei Verwendung einer Freilaufdiode ergibt. Der Kondensator 51 entlädt sich
über den hochohmigsn Widerstand 52. Der sich daraus ergebende geringe Rückstrom
über die Last wirkt sich günstig auf den Feldabbau aus. Die Aufladung der KK» pazität
erfolgt also in beiden Richtungen, jedoch mit unterschiedlicher Spannungshöhe.
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Der erste Zündimpuls für den Halbleiter kann statt aus der Betriebsspannung
auch aus einer Hilfsspannung entnommen werden. Diese Hilfsspannung wird dann an
die Klemmen Igel' und ttbtl angeschlossen, während Matt offen bleibt.
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Eine Schaltungsanordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren
für die Schnellerregung des Magnetfeldes elektrischer Geräte ist in Fig. 2 dargestellt.
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Die mit 3 dargestellte Last wird gebildet durch den ohmschen und den
induktiven Widerstand der Magnetspule eines elektrischen Gerätes. Diese Magnetspule
wird zum Zwecke einer Schnellerregung des Magnetfeldes beim Einschalten mit einer
erhöhten Spannung betrieben. Die Spannung wird den Sekundärwicklungen 64 und 65
des Transformators 60 entnommen. Den gleichen Transformator-* Wicklungen
wird auch die normale Betriebsspannung entnommen.
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Für die Schnellerregung ist folgender Lastkreis vorgeseheng Transformatorwicklung
64, Thyristor 12, Induktivübertrager 20,
Last 3 zurück nach
649 oder Transformatorwicklung 65, Thyristor 11, Induktivübertnager
20, Last 3 zurück nach 65.
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Die Thyristoren 11 und 12 werden gezündet durch Schließen
des
Tasters 5. Dabei ergibt sich folgender Zündkreis; Transformator-.
wicklung 63, Diode 33, Diode 36, Widerstand 38, Thyristor
12,
Taster 6, Taster 5, Regelwiderstand 39, Kondensator 40 zurülck
nach 6,3f oder Transformatorwicklung 63, Diode 331 Diode 35,
Widerstand
37! Thyristor 119 Taster 69 Taster 5' Regelwiderstand
39ß, Kondensator
40 zurück nach 63. Der Kondensator 34 dient zur
Ausglättung der Spannung von
63 über 33. Bei geöffnetem Taster 5
wird der Kondensator 40 von der Spannung
der Wicklung 62 aufgela-
den, welche durch den Kondensator 41 geglättet wird.
Die Spannung
am Kondensator 41 ist geringer als die Spannung am Kondensator
341
sie beträgt etwa nur 1/3.
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Durch Schließen des Tasters 5 wird der Kondensator 40 umgeladen. Während
er zunächst auf die Spannung von 41 aufgeladen war t wird
er nun auf
die Spannung von 34 umgeladen. Die Umladezeit bestimmt
der regelbare
Widerstand 39' der mit 40 ein RC-Glied bildet, dessen
Strom über die
Zündanschlüsse von 11 und 12 geht.
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Ist also der Kondensator 40 umgeladen, dann hört die
Zündung der
Thyristoren 11 und 12 auf. Damit wird für die Last 3 die erhöhte
Spannung
abgeschaltet. Das veränderbare RC-Glied 39, 40 bestimmt
die Schnellerregungszeit
für die gegenüber der Fig. 1 zusätzlichen
gesteuerten Halbleiter
11l 12 zum Schalten der erhöhten Spannung.
Der Laststrom fließt über den
Induktivübertrager 209 der wie bei
Fig. 1 beschriebene den Thyristor
10 zündet. Das Löschglied 50
ist um eine Diode 54 erweiterte dadurch wird
die Aufladung der
Kapazität 51 in Betriebsstromrichtung
begrenzt. Besonders während
der Zeit des Anstehens der erhöhten
Schnellerregungsspannung. Die
Abtastung erfölgt wie ebenfalls bei Fig.
1 beschrieben.
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15 und 16 sind Gleichrichter für die Betriebsspannung. Sie können entfallen,
wenn statt des einen Thyristors 10 zwei Thyristoren in Mittelpunktschaltung
verwendet werden.
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Die Taster 5 und 6 können auch durch die Ausgänge von logischen
Steuerungen
ersetzt werden. Dadurch ergibt sich für die gesamte
Baueinheit eine universelle
Anwendung.
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Der Transformator 60 bildet vorteilhaft mit der Schaltungsanord- nung
entsprechend Fig. 2 eine gemeinsame Baueinheit.
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Für umfangreiche Anlagen werden vorteilhaft mehrere Schaltungsanordnungen
nach den Figuren 1 oder 2 zu einer gemeinsamen Bau-
einheit vereinigt,
wobei ein Transformator für mehrere Lastkreise
Verwendung findet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Schaltungsanordnungen
nach-degg
Verfahren haben folgende Vortiile:
Es wird eine kontaktlose
Schaltung mit Selbsthaltung bei gering« stem Aufwand erreicht. Die Steuerung bzw.
Zündung ist direkt sie vermeidet Transistoren, die wegen ihrer geringen Steuerströme
leicht zu Störungen in Starkstromanlagen führen. Der gewählte Induktivübertrager
wirkt auch als Drossel für die Strom-und Spannungsbegrenzung und dient daher für
die Thyristoren auch als Schutzelement, ferner als Störschutz für das Netz. Das
Löschglied ermöglicht sicheres Zünden der Thyristoren und sauberes verzögerungsfreies
Abschalten der Last. Da es außerdem die Induktionsspannung begrenzt, bildet es auch
einen Schutz für die Halbleiter mit Zündcharakteristik. Von ganz besonderem Vorteil
ist! daß für die Steuerung der Halbleiter kein gesondertes Netzteil erforderlich
ist, und bei Ausfall der Betriebsspannung sich bei deren Wiederkehr keine selbsttätige
Wiedereinschaltung ergibt, was besonders in Maschinenanlagen eine große Gefahr ist
und teilweise den Ersatz von Halbleitern unmöglich machte bzw. stark erschwerte.