DE2235310A1 - Elektrische steuerschaltung fuer induktive verbraucher - Google Patents

Elektrische steuerschaltung fuer induktive verbraucher

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Description

TUE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (V..Sf.A.) .- .
Patentanmeldung:
Unser Az.: 1387/Germany
ELEKTRISCHE STEUERSCHALTUNG FÜR INDUKTIVE VERBRAUCHER '
Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerschaltung für die . Erregung eines induktiven Verbrauchers mit einem Energiespeicher.
Eine Steuerschaltung der vorgenannten Art ist bereits aus der US-PS 3 467 894 bekannt. Diese bekannte Schaltung besitzt jedoch den Nachteil, daß der Schaltungszweig für den Entregepfad beim Abschalten' der Vorrichtung nicht automatisch wirksam wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung,eine elektrische Steuerschaltung für induktive Verbraucher aufzuzeigen, mit der die Arbeitsgeschwindigkeit dieser Verbraucher wesentlich erhöht werden kann.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mit dem induktiven Verbraucher ein Schalter verbunden ist ; daß über einen ersten Schaltungspfad mit dem induktiven Verbraucher ein Energiespeicher verbunden ist, daß über einen zweiten Schaltungspfad ein steuerbarer Schalter mit dem induktiven Verbraucher und dem Energiespeicher verbunden ist, daß über einen dritten Schaltungspfad der Energiespeicher mit dem Steuerteil des steuerbaren Schalters verbunden ist, wobei beim Öffnen des Schalters der induktive Verbraucher entregt wird und
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die dabei auftretende Energie über den ersten Schaltungspfad dem Energiespeicher zugeführt wird, daß durch den folgenden Schaltvorgang des Schalters zur Wiedererregung der induktiven Last infolge der im Energiespeicher vorhandenen Energie ein Steuersignal erzeugt wird, durch das der steuerbare Schalter leitend wird und daß die im Energiespeicher gespeicherte Energie über den zweiten Schaltungspfad dem induktiven Verbraucher zur Unterstützung des Wiedererregungsvorganges zugeführt wird.
Die erfindungsgemäß elektrische Steuerschaltung besitzt den Vorteil, daß in Abhängigkeit von der Arbeitsweise der Schaltelemente für die Wiedererregung des induktiven Verbrauchers ein Steuersignal zur automatischen Übertragung der in dem Energiespeicher vorhandenen Energie zur Unterstützung des Wiedererregungsvorganges erzeugt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild der elektrischen Steuerschaltung und Fig. 2 ein Impulsdiagramm zu der Schaltung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit einem Verbindungspunkt 14 ein Ende eines induktiven Verbrauchers 12 verbunden. Der Verbindungspunkt 14 ist mit einer Anschlußklemme 16 verbunden, an die eine positive Spannungs +V. angelegt wird. Der induktive Verbraucher 12 kann z.B. eine Wicklung eines Schrittschaltmotors oder eine ähnliche induktive Last, z.B. die Wicklung eines Elektromagneten darstellen. Mit dem anderen Ende ist der induktive Verbraucher 12 über einen Verbindungspunkt 18, eine Diode 20 und einen weiteren Verbindungspunkt 22 mit einem Transistor 24 verbunden. Der Transistor 24 ist ein NPN-Transistor. Der Emitter des Transistors 24 liegt an einem Bezugspotential, das in Fig. 1 mit Masse bezeichnet ist, während der Kollektor an dem Verbindungspunkt 22 liegt. An die Basis des Transistors 24 wird über eine Eingangsklemme 26 ein Steuersigna! SF angelegt, durch das die Erregung des induktiven Verbrauchers 12 eingeleitet wird. In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile der elektrischen Steuerschaltung
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mit einer gestrichelten Begrenzung 10 umrahmt.
Von dem Verbindungspunkt 14 aus verläuft ein Schaltungszweig über eine Diode 28, einen Verbindungspunkt 30, einen Kondensator 32, dessen Kapazität 15 u? beträgt, über einen Verbindungspunkt 34 zu dem Verbindungspunkt 22. Von dem Verbindungspunkt 34 verläuft ein weiterer Schaltungszweig über einen 4300 Ohm großen Widerstand 36 zu einer Anschlußklemme 38, an die eine positive Spannung +V. von 42 V angelegt wird.
Mit dem Verbindungspunkt 18 ist die Anode eines steuerbaren Gleichrichters 40 verbunden. Die Katode dieses steuerbaren Siliziumgleichrichters ist mit einem Verbindungspunkt 42 verbunden, der seinerseits mit dem Verbindungspunkt 30 in Verbindung steht. Von dem Verbindungspunkt 42 verläuft ein Schaltungszweig über einen 470 Ohm-Widerstand 44 zu einem Verbindungspunkt 46, der mit der Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters 40 verbunden ist. Eine Parallelschaltung aus einem 30000 Ohm-Widerstand 50 und einem 0,022 /uF Kondensator 48 ist mit einem Ende mit dem Verbindungspunkt 46 und mit dem anderen Ende über eine Diode 54 und einen 820 Ohm-Widerstand 56 mit Masse verbunden.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird im folgenden mit Hilfe des Impulsdiagramms nach Fig. 2 beschrieben. Die Impulszüge in Fig. 2 stellen sich schnelländernde Spannungs- und Stromwellenformen zu verschiedenen Zeitpunkten dar.
Die Anfangserregung des induktiven Verbrauchers 12 wird
durch Anlegen des Signals Sp an.die Eingangsklemme 26 eingeleitet, wodurch der Transistor 24 leitend wird, so daß ein leitender Pfad von der Anschlußklemme 16, über den Verbindungspunkt 14, den induktiven Verbraucher 12, den Verbindungspunkt 18, Jie Diode 20 und den Transistor 24 nach Masse entsteht.
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Die Spannung am Kollektor des Transistors 24 Ist bei A in Fig. 2 dargestellt. Wenn das Signal S^ zum Zeitpunkt t, zu Ende ist, wird der Transistor 24 wieder gesperrt, wodurch der vorangehend beschriebene Leitungspfad unterbrochen wird. Dieser Vorgang ist bei B in Fig. 2 dargestellt. Bei B ist der Stromverlauf dieses Leitungspfades aufgezeichnet. Durch die Gegeninduktivität (Counter-EMF) des induktiven Verbrauchers wird der Kondensator 22 aufgeladen, d.h. die Energie des induktiven Feldes wird dem Kondensator zugeführt. Dieser Vorgang ist bei D in Fig. 2 dargestellt. D in Fig. 2 zeigt die Spannung an der positiven Platte des Kondensators 32. Der Strompfad während dieses Energieübertragungsvorganges erstreckt sich von dem induktiven Verbraucher 12 über den Verbindungspunkt 18, die Diode 20, den Verbindungspunkt 22, den Verbindungspunkt 34, die Kapazität 32, den Verbindungspunkt 30, die Diode 28 und den Verbindungspunkt 14 zum induktiven Verbraucher 12. Zum Zeitpunkt t~ erfolgt die Energieübertragung von der induktiven Last Yl zum Kondensator 32. Da die Spannung V. an der Anschlußklemme 38 genausogroß wie die Spannung am Kondensator 32 ist und da der Transistor 24 nicht leitet, besteht für den Kondensator 32 keine Entlademöglichkeit. Die Spannung am Kondensator 32 ist bei E in Fig. 2 dargestellt.
Zum Zeitpunkt t« tritt an der Eingangsklemme 26 wieder ein Erregungssignal S1- auf, durch das der Transistor 24 wieder leitend wird. Dadurch wird die Spannung an der negativen Plattenseite des Kondensators 32 negativer als Masse. Diese Spannung ist bei C in Fig. 2 dargestellt. Dadurch entsteht ein negativer Impuls an der Katode des steuerbaren Gleichrichters 40, wodurch ein Steuersignal über den Widerstand 44 an die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters 40 angelegt wird, so daß dieser in seinen leitenden Zustand gelangt. Der Steuerelektrodenstrom für den steuerbaren Gleichrichter 40 ist bei F in Fig. 2 dnniestellt. Dadurch wird ein Stromzweig gebildet, der sich von der Anschlußklemrm 16 über den Verbindungspunkt 14, den induktiven Verbraucher 12, den Verbindungspunkt 18, den steuerbaren Gleichrichter 40 ; den Verbindungspunkt 42, den Verbindungspunkt 30, den Kondensator 32,
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den Verbindungspunkt 34, den Verbindungspunkt 22 und über.den Transistor 24 nach Masse erstreckt. In diesem Pfad fließt bis zum Zeitpunkt t, der Entladestrom des Kondensators 32, da bis zu diesem Zeitpunkt der minimale Haltestrom durch den steuerbaren Gleichrichter 40 vorhanden ist. Dieser Kondensatoren11adestrom ist bei G in Fig. 2 aufgezeichnet. Dann verläuft der Erregungsstromkreis von der Anschlußklemme 16 über den Verbindungspunkt 14, den induktiven Verbraucher 12, die Diode 20, den Verbindungspunkt und den Transistor 24 nach Masse und zwar solange bis das Signal Sp an der Eingangsklemme 26 zu Ende ist und der Transistor 24 dadurch gesperrt wird. Der schnelle Anstieg des Stromes durch den induktiven Verbraucher 12 ist bei 60 in Fig. 2 bei B dargestellt. Die gestrichelte Linie 62 zeigt den Stromanstieg durch den induktiven Verbraucher, der beim Nichtvorhandensein der erfindungsgemäßen elektrischen Steuerschaltung mit einem Energiespeicher auftreten würde. Bei vorgegebenen.Kreisparametern kann die Größe des Kondensators 32 durch folgende Gleichung berechnet werden:
In dieser Gleichung bedeutet
C = Kapazität des Kondensators 32
VV- = VT . . Versorgung
L Iransistor
I. = Strom durch den induktiven Verbraucher 12 L - Induktivität des induktiven Verbrauchers 12
Diese Gleichung wurde von der folgenden allgemein bekannten Gleichung abgeleitet:
E - — und E = CV2
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Diese beiden Gleichungen können einander gleichgesetzt werden, wodurch die Bedingung für die Größe der Kapazität des Kondensators zur Speicherung der beim Abschalten des induktiven Verbrauchers 10 auftretenden Energie bestimmt werden kann.
Die Diode 20 muß Spannungskennwerte aufweisen, die der im Kondensator 32 auftretende Spannung + der Spannung V. an der Anschlußklemme 16 standhält. Der maximal mögliche Strom wird durch den während des gesamten Zyklus fließenden Strom durch den induktiven Verbraucher bestimmt. Durch die Dioden 28 und 54 fließen jedoch nur zeitweilig Stromstöße, die beim Energietransport zwischen dem induktiven Verbraucher 12 und dem Kondensator 32 auftreten.
Der Widerstand 44 und die Diode 54 werden zur Steuerung des steuerbaren Gleichrichters 40 verwendet um zu> vermeiden, daß die Spannung zwischen der Katode und der Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters 40 umgekehrt wird, wenn die Katode beim Entladen, des Kondensators 32 mit einer Spannung V. vorgespannt wird. Dem steuerbaren Gleichrichter 40 ist außerdem noch der Kondensator 48, der Widerstand 50 und der Widerstand 56 zugeordnet. Der Widerstand 56 und der Kondensator 48 wird so dimensioniert, daß ein exponentiell abklingender Strominpuls an der Steuerelektrode des Gleichrichters 40 auftritt, wenn die negative Platte des Kondensators 32 beim Erregen des induktiven Verbrauchers unterhalb von Masse getrieben wird. Der maximale Steuerelektrodenstrom am steuerbaren Gleichrichter 40 ist gleich dem Strom, der sich aus der im Kondensator 32gespeicherten$pannung dividiert durch den Widerstand 56 ergibt.
Wenn die aufeinanderfolgenden Erregungszeitabstände groß sind oder die Diode 20 oder der Transistor 24 nicht vollständig sperren, wird die Spannung am Kondensator 32 reduziert. Um sicherzustellen, daß im Kondensator 32 genügend Energie gespeichert bleibt, muß an die positive Plattenseite des Kondensators 32 zeitweilig für entsprechenden Energienachschub von der Anschlußklemme 38 über den Widerstand 36 gesorgt werden.
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Ein Vorteil der vorangehend beschriebenen Arbeitsweise ist es, daß der Kondensator 32 aufgeladen werden kann, nachdem der vorangehend beschriebene Erregungsvorgang durchgeführt ist, wodurch praktisch die Erregung des induktiven Verbrauchers unterstützt wird.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    ' 1 . Elektrische Steuerschaltung für die Erregung eines induktiven
    Verbrauchers mit einem Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem induktiven Verbraucher (12) ein Schalter (24) verbunden ist, daß über einen ersten Schaltungspfad (18, 20, 22, 34, 30, 28, 14) mit dem induktiven Verbraucher (12) ein Energiespeicher (32) verbunden ist, daß über einen zweiten Schaltungspfad (16, 14, 18, 40, 42, 30, 34, 22, 24) ein steuerbarer Schalter (40) mit dem induktiven Verbraucher (12) und dem Energiespeicher (32) verbunden ist, daß über einen dritten Schaltungspfad (30, 42, 44, 46) der Energiespeicher (32) mit dem Steuerteil des steuerbaren Schalters (40) verbunden ist, wobei beim Öffnen des Schalters (24) der induktive Verbraucher (12) entregt wird und die dabei auftretende Energie über den ersten Schaltungspfad dem Energiespeicher (32) zugeführt wird, daß durch den folgenden Schaltvorgang des Schalters (24) zur Wiedererregung der induktiven Last (12) infolge der im Energiespeicher (32) vorhandenen Energie ein Steuersignal erzeugt wird, durch das der steuerbare Gleichrichter (40) leitend wird und daß die im Energiespeicher (32) gespeicherte Energie über den zweiten Schaltungspfad dem induktiven Verbraucher (12) zur Unterstützung des Wiedererregungsvorganges zugeführt wird.
    2. Elektrische Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (40) ein steuerbarer Siliziumgleichrichter ist, dessen Anoden-Katodenstrecke in dem zweiten Schaltungspfad liegt. ,
    3. Elektrische Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters (40) mit dem Energiespeicher (32) über dnn Widersland (44) verbunden ist und daß der Widerstand (44) in dem dritten Schul iwngspfad liegt.
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    4. Elektrische Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters (40) über eine Impulsformerschaltung (48, 56) eine Bezugsspannungsquelle verbunden ist, so daß ein exponentiell abfallender Impuls beim Auftreten eines Steuersignals entsteht.
    5. , Elektrische Steuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (32) zwischen einer ersten Diode (20) und einer zweiten Diode (28) angeordnet ist, die beide in dem ersten Schaitungspfad liegen und daß beim Abschalten des induktiven Verbrauchers (12) die dabei entstehende Energie über die Dioden (20, 28) dem Energiespeicher (32) zugeführt wird.
    6. Elektrische Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Diode (20) zwischen einem ersten Anschluß des induktiven Verbrauchers (12) und einem ersten Anschluß des Energiespeichers (32) angeordnet ist, und daß die zweite Diode (28) zwischen einem zweiten Anschluß des induktiven Verbrauchers (12) und einem zweiten Anschluß des Energiespeichers (32) angeordnet ist, und daß der steuerbare Gleichrichter (40) zwischen dem zweiten Anschluß des Energiespeichers (32) und dem ersten Anschluß des induktiven Verbrauchers (12) angeordnet ist.
    7. Elektrische Steuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Energiespei eher, (32) über eine Anschlußklemme (38) eine Spannungsquelle verbunden ist, durch die der Energieinhalt des Energiespeichers (32) auf einen bestimmten Wert gehalten wird, wenn derinduktive Verbraucher (12) nicht erregt ist.
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    - ίο -
    8. Elektrische Steuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterkollektorstrecke des Transistors (24) in Serie mit dem induktiven Verbraucher (12) geschaltet ist, und daß an die Basis des Transistors (24) über eine Eingangsklemme (26) Steuersignale angelegt werden, durch die der induktive Verbraucher erregt oder entregt Wird.
    9. Elektrische Steuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (32) ein Kondensator ist.
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