DE2440785C3 - Verfahren und Vorrichtung zur vorprogrammierten Stromsteuerung elektromechanischer Geräte mit erregbarem Elektromagneten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur vorprogrammierten Stromsteuerung elektromechanischer Geräte mit erregbarem ElektromagnetenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorprogrammierten Stronisteuerung elektromechanischer Geräte
mit erregbarem Elektromagneten, bei dem in einer vorbestimmten Reihenfolge mit Hilfe von Schaltern drei
Bezugsspannungsquellen auf einen den Elektromagneten speisenden Spannungs- und Stromverstärker geschaltet
werden, wobei die drei Bezugsspannungsquellen drei über die Erregerwicklung des Elektromagneten
fließende Ströme bestimmen, nämlich einen Vormagnetisierungsstrom, einen maximalen Erregerstrom und
einen Haltestrom.
Außeruem bezieht sich die Erfindung auf eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Spannungs- und Stromverstärker sowie drei
Bezugsspannungsquellen, die über Schalter so mit dem Eingang des Spannungs- und Stromverstärkers, an
dessen Ausgang die Wicklung des Elektromagneten angeschlossen ist, verbunden sind, daß drei aufeinanderfolgende
Ströme, ein Vormagnetisierungsstrom, ein maximaler Erregerstrom und ein Haltestrom bestimmt
sind.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-OS 20 58 233 bekannt.
Bei der Steuerung von Elektromagneten, insbesondere solchen, die n<i( großer Geschwindigkeit betrieben
werden, wie beispielsweise die Elektromagneten der elektromagnetischen hijukloreii des Brennstoff-Einspritzsystems
eines Explosionsmotors, stellt sich das Problem, die elektrische Ansprechzeit bei der Ansteuerung
der Elektromagneten zu beherrschen.
Bei der aus der DE-OS 20 58 233 bekannten Schaltung zur Steuerung des Stromes in einer induktiven Last fließen durch die induktive Last im Verlauf eines Bietriebszyklus drei verschieden starke Ströme in einer zeitlich festgelegten Reihenfolge. Die Größe des Ruhe- oder Vormagnetisierungsstromes
Bei der aus der DE-OS 20 58 233 bekannten Schaltung zur Steuerung des Stromes in einer induktiven Last fließen durch die induktive Last im Verlauf eines Bietriebszyklus drei verschieden starke Ströme in einer zeitlich festgelegten Reihenfolge. Die Größe des Ruhe- oder Vormagnetisierungsstromes
ίο wird im wesentlichen durch eine erste Betriebsspannung
und die Widerstände eines Spannungsteilers bestimmt Nach dem Umschalten eines Umschalters erreicht der
die induktive Last durchfließende Strom einen maximalen Wert dessen Größe von einer zweiten Betriebsspannung
abhängt Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne geht der maximale Strom auf Null zurück,
während gleichzeitig ein dem Haltestrom entsprechender kleinerer Strom über einen mit der ersten
geringeren Betriebsspannung versorgten Verstärker
.'(i durch die induktive Last zu fließen beginnt.
Bei dieser Schaltungsanordnung Pngt die Größe der
drei Ströme sehr stark von den beider Betriebsspannungen ab, wie auch die Anstiegsgeschwindigkeit des
maximalen Erregerstromes von einer der Betnebsspan-
r. nungen abhängig ist
Aus 'ter DE-OS 21 15 325 ist daneben ein Verfahren
zur vorprogrammierten Stromsteuerung eines elektronisch gesteuerten Brennstoff-Einspritzsystems bekann·,
bei dem eine Stromregelungsschaltung verwendet wird,
in die den Strom durch Vergleich des von ihm an einem
Widerstand hervorgerufenen Spannungsabfalls mit einer Vergleichsspannung auf den durch diese Vergleichsspannung
bestimmten Wert eingeregelt.
Aus der DE-OS 22 34 121 ist es bekannt, einen einen
ii Elektromagneten speisenden Spannungs- und Stromverstärker
zu verwenden, der im wesentlichen aus zwei in Darlingtonschaltung zusainmengeschalteten Transistoren
besteht. Aus der US-PS 35 49 955 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines E'ektroTiagne-
4(1 ten bekannt, bei der als Bezugsspannungsquelle eine
Zener-Diode verwendet wird, deren Spannung über ei' cn Verstärker mit einer Spannung verglichen wird,
die an einem mit der Wicklung des Elektromagneten in Reihe geschalteten Widerstand abfällt.
4i Ausgehend von diesem Stand der Techn.k liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Erregerstromes der
Wicklung eines Elektromagneten zu schaffen, bei dem die Größen der die Erregerwicklung durchfließenden
".ii Ströme von der Betriebsspannung unabhängig sind und
die Anstiegsgeschwindigkeit des maximalen Erregerstromes unabhängig von der Betriebsspannung einstellbar
ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte
'·"> Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend vor einem Zustand, während dem eine den Vormagnetisierungsstrom bestimmende erste Bezugsspannung
an dem Spannungs- und Stromverstärker anliegt, beim Auftreten eines Steuersignals für die
wi Erregung des E'jktromagneten ein Spannungsimpuls
eine vierte Bezugsspannungsquelle in ihren den Bezugsspannungswert abgebenden Zustand überführt,
worauf aus der vierten Bezugsspannung durch Integration eine zeitlich linear anwachsende Spannung erzeugt
h") wird, die während eines Zeitabschnittes an den
Spannungs- und Stromverstärker angelegt wird und die in der Erregerwicklung des Elektromagneten einen
zeitlich linear steigenden Strom hervorruft und daß
nach Erreichen der die den maximalen Erregerstrom bestimmenden Bezugsspannung statt der zeitlich linear
anwachsenden Spannung die Bezugsspannungsquelle mit der den maximalen Erregerstrom bestimmenden
Bezugsspannung an den Eingang des Spannungs- und Stromverstärkers gelegt wird.
Eine zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtete Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß ein Steuereingang für ein Steuersignal mit einem Verstärker verbunden ist, dessen
Ausgang an die vierte Bezugsspannungsquelle und an den Eingang eines mit seinem Ausgang mit dem
Eingang des Spannungs- und Stromverstärkers verbundenen Integrators angeschlossen ist
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die ersten drei Bezugsspannungsquellen
erreicht wird, daß die stationären Ströme unabhängig von der Betriebsspannung sind,
während die vierte Bezugsspannungsqueiie mit dem zugeordneten Integrator sicherstellt, daß die Anstiegsgeschwindigkeit des durch die Erregerwicklung des
Elektromagneten fließenden Stromes unabhängig von deren Betriebsspannung ist Ferner genügt für die
Vorrichtung eine einzige Betriebsspannungsquelle, wobei am Ende jedes Betriebszyklus der durch die
Erregerwicklung des Elektromagneten fließende Strom für eine bestimmte Zeit auf Null abfallen kann, wodurch
ein sicheres Abfallen des Ankers des Elektromagneten gewährleistet werden kann.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung ist im einzelnen an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das in der Zeichnung
veranschaulicht ist In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Programmierung des erfindungsgemäß gesteuerten
Stromes, wobei die Abkürzung P.U.S. bedeutet: »Nutzzeit des Elektromagneten«,
F i g. 2 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung und
F i g. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der
jAJflirhpn Ahhänoriglfpit ripr Rrpnnctnff-Fin<:nrit7mpno-p
eines auf bekanntem Wege gesteuerten Injektors sowie des gleichen Injektors, wenn er erfindungsgemäß
gesteuert ist
Die einzelnen Betriebsphasen des Steuerprogramms nach dem neuen Verfahren sind in F i g. 1 der Zeichnung
veranschaulicht:
Von dem Zeitpunkt fO bis zu dem Zeitpunkt rl:
Betriebsphase 1, Vormagnetisierungsphase genannt Sie gestattet es offensichtlich die elektrische Ansprechzeit
der nachfolgenden Betriebsphase (Betriebsphase 2) herabzusetzen. Der entsprechende Strom über den die
Erregerwicklung des Elektromagneten, d. h. der Vormagnetisierungsstrom,
ist Ip genannt
Von dem Zeitpunkt rl bis zu dem Zeitpunkt r2:
Betriebsphase 2. Dies ist die Periode maximaler Erregung (oder des Ansprechens) des Elektromagneten.
Es ist erwünscht, daß die Neigung α des Stromanstieges in der Erregerwicklung des Elektromagneten unabhängig
von der Betriebsspannung ist
Von dem Zeitpunkt r2 bis zum Zeitpunkt r3:
Betriebsphase 3. Das Anwachsen des Stromes wird beim Erreichen des gewünschten oberen Grenzwertstromes
Im (zum Zeitpunkt r2) unterbrochen. Es ist aber nicht
notwendig, diesen Strom lange aufrechtzuerhalten, weil die Halteströme im allgemeinen wesentlich kleiner sind
als die Ansprechströme.
Vom Zeitpunkt r3 bis zum Zeitpunkt 14: Der über die
Erregerwicklung fließende Strom wird von dem Wert Im bis auf den Wert Id abnehmen lassefi, Wobei Id der
zum Halten ausreichende Minimalwert des Erregerstronies
ist. Die Stromänderung zwischen den Zeitpunkten f3 und
<4 hat keinerlei Einfluß auf die Funktion des betrachteten elektromagnetischen Gerätes.
Vom Zeitpunkt f4 bis zum Zeitpunkt f5: Betriebsphase 4. Während dieser ganzen Betriebsphas«! ist der
ίο Strom über die Erregerwicklung gleich Id, was dem
Haltestrom entspricht.
Vom Zeitpunkt <5 bis zum Zeitpunkt f6: Betriebsphase
5. Zu einem gegebenen Zeitpunkt tu ist es notwendig, den Elektromagneten zu entregen, um die
Funktion des elektromagnetischen Gerätes zum Stillstand zu bringen. Die Erregerspannung wird während
der kurzen, zwischen /5 und /6 liegenden, Zeitspanne
unterdrückt; zum Zeitpunkt f6 kommt das elektronische
Steuerprograiinii wieiici in den gleichen Zustand
wie zum Zeitpunkt tO, womit es für das Auslösen des
nächstfolgenden Stromes bereit ist
Die Beziehung zwischen den drei verschiedenen Eirregerströmen wie sie oben bestimmt worden sind, ist
offensichtlich: Ip < Id < Im.
Aus Fig.2 ist zu ersehen, daß die Vorrichtung im wesentlichen einen Spannungs- und Stromverstärker
enthält, der von zwei Transistoren I12 gebildet ist, die in
einet umgekehrten Darlington-Schaltung liegen derart daß teilweise der Spannungsfall des Transistors 1
kompensiert wird. Der Kollektorstrom Ic des Transistors 2 ist demgemäß gleich dsr an die Basis 100 des
Transistors 1 angelegten Eingangsspannung Ue, geteilt durch die Summe der Widerstände 3 und 4 (wobei der
Transistor 7 gesperrt ist). Der Emitter des Transistors 2 ist an die + -Netzspannungsleitung über einen Widerstand
5 angeschlossen, dessen Aufgabe insbesondere darin besteht die Ansprechzeit der von den Transistoren
1 und 2 gebildeten Darlington-Schaltung herabzusetzen. Der Strom Ic dient somit zur Speisung der
ebenfalls in einer Darlington-Schaltung angeordneten Transistoren 6, 7 mit gemeinsamem Emitter derart, daß
dip Knilektoren dieser beiden Transistoren eine
Erregerwicklung 9 eines Elektromagneten und einen Rückkopplungswiderstand 4 speisen.
Der Verbindungspunkt des Emitters des Transistors 6 und der Basis des Transistors 7 ist über einen
Widerstand 8 mit der + -Netzspannungsleitung verbunden. Der Widerstand 8 dient insbesondere dazu, die
Ansprechzeit des Transistors 6 herabzusetzen. Die Widerstände 5, 8 gestatten außerdem eine schnellere
Sperrung der Transistoren 6,7.
Die an den Klemmen des Widerstands 4 auftretende Potentialdifferenz i/4 wird über den Widerstand 3,
dessen Aufgabe lediglich darin besteht den Strom in den Transistor 1 beim .Anliegen der Spannung Ue an der
Basis 100 des Transistors 1 zu begrenzen, derart eingeführt, daß die von den Transistoren 1, 2 gebildete
Darlington-Schaltung als Vergleichseinrichtung wirkt womit immer die Beziehung gilt:
C/4 = Ue und der durch den Solenoiden fließende
Strom ist damit:
UMR 4 = UeIR 4, womit dieser Strom eine Funktion
von t/eist
Drei Dioden 10a, 106, 10c verbinden die Kathoden
von drei Zenerdioden 11, 12,13 mit der Basis 100 des
Transistors 1; sie bilden damit eine inklusive ODER-Funktion, die es gestattet aufeinanderfolgend die drei
durch die Zenerdioden 11, 12,13 definierten Spannun-
gen anzulegen, wobei die Zenerspannungen UH, (712,
U13 jeweils sind:
UU = RAIp
U12 = R4Im
U13 = RAId
Die Dioden 14, welche die Zenerdioden 11,12 mit der
(—)'fJetzspannungsleitung verbindet, wie auch der mit seinem Emitter an die (—)-Netzspannungsleitung
angeschlossene Transistor 15 gestatten es, die Spannungsabfälle
der Dioden 10 des ODER-Gatters derart zu kompensieren, daß die Genauigkeit des Ganzen
erhalten bleibt und die Temperaturabhängigkeit der ganzen elektronischen Schaltung auszugleichen.
Im weiteren soll beschrieben werden, wie diese Schaltung es gestattet, die im vorstehenden bereits
beschriebenen und in F i g. 1 dargestellten Phasen 1 bis 4 zu realisieren:
Die Phasen i und 4 stehen in einer exklusiven ODER-Beziehung. Die Zenerdioden 11,13 sind deshalb
jeweils von den Transistoren 16, 17 voll oder gar nicht ausgesteuert, womit zwischen den Zenerdioden 11, 13
und der von den Transistoren 18, 19 gebildeten bistabilen Kippschaltung mit vorbestimmtem Zustand in
der Ruhezeit eine Leistungsstufe gebildet wird.
Der Emitter des Transistors 16 ist unmittelbar eine + -Netzspannungsleitung angeschlossen während seine
Basis über einen Widerstand 33 mit dem Kollektor des Transistors 18 und sein Kollektor über einen Widerstand
35 mit der Diode 10a verbunden ist Der VerDindungspunkt des Widerstands 33 und des Kollektors
des Transistors 18 ist über einen Widerstand 34 an die +-Netzspannungsleitung angeschlossen. Der Kollektor
des Transistors 16 ist über einen Widerstand 34 mit der Zenerdiode 11 und mit der Anode der Diode 10a
verbunden, welche eine der die bereits erwähnte inklusive ODER-Funktion bildenden Dioden ist. Der
Emitter des Transistors 17 ist unmittelbar an die + -Netzspannungsleitung angeschlossen, während seine
Basis über einen Widerstand 36 am Kollektor des Transostors 19 liegt, wobei der Verbindungspunkt des
Transistors 21 über einen Widerstand 31 an die + -Netzspannungsleitung angeschlossen ist.
Die von den Transistoren 18, 19 gebildete bistabile Kippschaltung gestattet es, in Abwesenheit einer
Erregung am Schaltungseingang 101 über die Transistoren 20, 21 den Transistor 18 zu sättigen und den
Transistor 19 zu sperren. Damit ist auch der Transistor 16 gesättigt, wie auch die Zenerdiode 11 gesättigt ist
(ihre Zenerspannung ist erreicht oder überschritten),
ίο womit der Strom Ip durch die Erregerwicklung 9 fließt.
Der Schaltungseingang 101 ist über einen Widerstand 45 mit der (-)-NetzspannungsIeitung verbunden,
während er über einen Widerstand 46 mit der Basis des Transistors 15 und über einen Widerstand 47 mit der
Basis des Transistors 20 sowie über einen Kondensator 24 mit der Basis des Transistors 22 in Verbindung steht.
Der Emitter des Transistors 20 ist unmittelbar an die (-)-Netzspannungsleitung angeschlossen, während sein
Koiiektor einerseits über einen Widerstand 43 an die
( + )-Netzspannungsleitung und andererseits unmittelbar an die Basis des Transistors 21 sowie außerdem über
einen Widerstand 49 an die (-)-Netzspannungsleitung angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 21 ist
direkt mit der (- )-Netzspannungsleitung verbunden.
Wenn an den Steuereingang 101 ein Steuerspannungssignal Ti angelegt wird, werden der Transistor 19
gesättigt und der Transistor 18 gesperrt, womit die Zenerdiode 11 aus der Sättigung kommt, während die
Zenerdiode 13 über den Transistor 17 gesättigt wird, welcher ebenfalls in Sättigung geht. Damit fließt der
Strom Id über die Erregerwicklung 9. Es ist somit festzustellen, daß beim Erreichen der Zenerspannung
der Zenerdiode 11 die Erregerwicklung 9 von dem Strom Ip durchflossen ist, womit sich die Betriebsphase
v> 1 ergibt. Wenn das Steuerspannungssignal 77 angelegt
wird, wird die Zenerspannung der Zenerdiode 13 erreicht, womit die Erregerwicklung 9 von dem Strom
Id durchflossen ist, so daß sich die Betriebsphase 4 ergibt
Im folgenden soll dargelegt werden, wie die Betriebsphase 2 erhalten wird. Im vorstehenden wurde
einerseits über einen Widerstand 37 mit der +-Netzspannungsleitung
und andererseits über einen Widerstand 38 mit der Basis des Transistors 18 verbunden ist.
Der Kollektor des Transistors 17 ist über einen Widerstand 39 einerseits an die Kathode der Zenerdiode
13 und andererseits an die Anode der Diode lOfc angeschlossen. Die Kathode der Zenerdiode 12 ist mit
der Anode der Diode 10c verbunden. Die Kathoden der Dioden 10a, 106, 10c bilden das bereits erwähnte
inklusive ODER-Verknüpfungsglied; sie sind gemeinsam mit der Basis 100 des Transistors 1 verbunden,
wobei diese Basis ihrerseits über einen Widerstand 40 an die (— )-Netzspannungsleitung angeschlossen ist
Die Emitter der die erwähnte bistabile Kippschaltung
bildenden Transistoren 18,19 sind unmittelbar miteinander verbunden; sie sind ihrerseits beide über einen
gemeinsamen Emitterwiderstand 41 an die (—)-Netzspannungsleitung angeschlossea Die Basis des Transistors
18 ist im übrigen über einen parallel zu einem Widerstand 42 liegenden Kondensator 32 mit der
(—)-Netzspannungsieitung verbunden. Die Basis des Transistors 19 ist einerseits über den Widerstand 43 an
die (—VNetzspannungsleitung angeschlossen und andererseits über einen Widerstand 44 mit dem Kollektor
des Transistors 21 verbunden, wobei der Verbindungspunkt des Widerstands 44 und des Kollektors des
gnals Ti an den Steuereingang 101 die Erregerwicklung 9 von dem Strom Id durchflossen ist; wegen der
Zeitkonstante r einer von einem zwischen der Basis des Transistors 22 und der (— )-Netzspannungsleitung
liegenden Widerstand 25 und dem Kondensator 24 gebildeten Differenzierungsschaltung wird der Transistor
22 während einer Zeitspanne gesättigt, die wenigstens gleich T'ist, wobei T'derart gewählt ist, daß
7"'>2r ^T'braucht nicht sehr genau zu sein).
Der Emitter des Transistors 22 ist über einen Widerstand 50 mit der (-)-Netzspannungsleitung
verbunden, während sein Kollektor einerseits über einen Widerstand 51 an die +-Netzspannungsleitung
und andererseits unmittelbar an die Basis des Transistors 23 angeschlossen ist Der Emitter des Transistors
23 ist über einen Widerstand 52 an die +-Netzspannungsleitung angeschlossen, während sein Kollektor mit
der Kathode einer Zenerdiode 26 verbunden ist, deren Anode direkt an der (-)-Netzspannungsleitung liegt
Der Kollektor des Transistors 23 ist über einen Widerstand 28 an den +-Eingang einer Integrationsschaltung 27 angeschlossen, deren Ausgang 102 über
einen Kondensator 29 mit den +-Eingang verbunden ist und andererseits unmittelbar an den +-Eingang einer
Spannungsvergleichseinrichtung 30 angeschlossen ist Der (-)-Eingang der Integrationssc^altung 27 liegt
unmittelbar an der (-J-Netzspannungsleitung. Der
andere (-)-Eingang der Vergleichseinrichtung 30 ist unmittelbar mit dem Verbindungspunkt des Widerstands
4, des Widerstands 3 und der Erregerwicklung 9 verbunden. Der Ausgang 103 in der Vergleichseinrichtung
30 ist über einen Widerstand 53 an den Verbindungspunkl: der Kathode der Zenerdiode 12 und
der Anode der iJiode 10c angeschlossen.
Die Sättigung des Transistors 22 führt die des Transistors 23 herbei, welche ihrerseits wieder jene der
Zenerdiode 26 hervorruft, die eine Bezugsspannung t/26 für die Integrationsschaltung 27 liefert, deren
Aufgabe darin besteht, die konstante Spannung t/26 in eine linear mit der Zeit f zunehmende Spannung i/102
umzuformen:
U 102 =
U 26
R 28 C 29
IO
15 Strom Im in der Erregerwicklung 9 erzielt. Wenn die seit
dem Anlegen dor Spannung Ti an den Steuereingang 101 verstrichene Zeit größer als etwa 2 τ geworden ist,
werden die Transistoren 22, 23 ebenso wie die Zenerdiode 26 aus der Sättigung herausgeführt; die
Zunahme der Spannung t/102 hört auf, womit die Vergleichseinrichtung 30 gesperrt wird, die die Zenerdiode
12 aus der Sättigung herausführt. Da aber Ti immer noch anliegt, ist in diesem Augenblick die
Zenerdiode 13 gesättigt wie es bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der Betriebsphase 4 erklärt
worden ist. Die Erregerwicklung 9 ist deshalb von dem Strom Iddurchflossen.
Im folgenden soll noch die letzte Phase des Zyklus, d. h. die Betriebsphase 5, beschrieben werden. Wenn das
Steuerspannungssignal 77 unterdrückt wird, kommt de'·
Transistor 21 in die Sättigung, so daß das Potential an den Klemmen des Widerstands 31 zunimmt, was es
20
30
Die Offsetspannung der Integrationseinrichtung 27 wird = t/11 gemacht (UW ist gleich der Zenerspannung
der Zenerdiode 11), um eine elektrische Verzögerung der Zunahme des Stromes durch die Erregerwicklung
9 zu vermeiden; sie wird an die Vergleichseinrichtung 30 angelegt, deren Aufgabe darin besteht, die
konstante Spannung t/12 am Eingang des Spannungsund Stromverstärkers zu liefern, der im wesentlichen
•us den Transistoren 1, 2 besteht und bereits beschrieben ist. Wenn die an den Klemmen des
Widerstands 4 auftretende Spannung t/4 zu einem gegebenen Zeitpunkt fO größer als t/102 wird,
unterdrückt die Spannungsvergleichseinrichtung 30 die Spannung t/12, um eine zu rasche Zunahme des über
die Erregerwicklung 9 fließenden Stroms zu vermeiden; da t/102 ohne Diskontinuität zum Zeitpunkt iO 4- dt Q
zunimmt, wird U102 größer t/4 und die Spannung t/12
wird von neuem an den Eingang des Spannungs- und Stromverstärkers angelegt.
Wenn die Bedingung R2S · C29 > γκ erfüllt wird,
L'
d.h. wenn die Spannung t/102 weniger schnell als die
Spannung t/4 zunimmt (L9 ist die Größe der Selbstinduktion der Erregerwicklung 9) ist die Zunahme
des Stroms somit unabhängig von allen äußeren Informationen gesteuert Lediglich die Zeitkonstante τ
«= C24 · R 25 gestattet es, die Zeit zu definieren,
während der der Stromanstieg in der Erregerwicklung 9 aufrechterhalten werden soll: Auf diese Weise wird der
ermöglicht, daß der Transistor 19 aus der Sätti^jn^
kommt (es verschwindet der Haltestrom); der Kondensator 32 verhindert aber eine augenblickliche Sättigung
des Transistors 18, so daß der Haltestrom Zeit zum Verschwinden hat, wonach über die Erregerwicklung 9
wieder der Vormagnetisierungsstrom Ip fließt.
Im Fall der Steuerung von elektromagnetischen Injektoren eines Einspritzsystems für Kraftfahrzeugexplosionsmotoren
gestattet es, die neue Vorrichtung jeden Einfluß der Batteriespannung des Kraftfahrzeuges
auf die Ansprechzeit des Injektors auszuschalten, womit dessen Einspritzmenge exakt unabhängig von
der Betriebsspannung wird.
In F i g. 3 ist die Einspritzmenge eines solchen durch eine neue Vorrichtung gesteuerten Injektors (mit
ausgezogenen Linien) zusammen mit jener des gleichen Injektors dargestellt, die sich ergibt, wenn dieser in
bekannter Weise gesteuert ist (gestrichelt dargestellt). Auf der Abszisse der Fig.3 ist die Hubzeit f. der
Düsennadel dargestellt, während die Ordinate die abgegebene Menge D je Injektorhub angibt Die Zeit T,
welche die Zeitpunkte TO und Ti voneinander trennt,
ist die Ansprechzeit des Injektors; sie ist eine Funktion
der Steuerspannung, wobei TO immer im Ursprung des Koordinatensystems liegt, während Tl veränderlich ist.
Die Vereinfachung, die durch die erfindungsgeinäße Vorrichtung im Vergleich zum Aufbau eines elektronischen
Rechners für ein bekanntes Einspritzsystem erzielt, ist augenfällig.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Verfahren zur vorprogrammierten Stromsteuerung elektromechanischer Geräte mit erregbarem
Elektromagneten, bei dem in einer vorbestimmten Reihenfolge mit Hilfe von Schaltern drei Bezugsspannungsquellen
auf einen den Elektromagneten speisenden Spannungs- und Stromverstärker geschaltet
werden, wobei die drei Bezugsspannungsquellen drei über die Erregerwicklung des Elektromagneten
fließende Ströme bestimmen, nämlich einen Vormagnetisierungsstrom, einen maximalen
Erregerstrom und einen Haltestrom, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem
Zustand, während dem eine den Vormagnetisierungsstrom (!p) bestimmende erste Bezugsspannung
(UW) an dem Spannungs- und Stromverstärker anliegt, beim Auftreten eines Steuersignals (Ti) für
die Erregung des Elektromagneten ein Spannungsimpuls eine vierte Bezugsspannungsquelle (26) in
ihren den Bezugsspannungswert (U26) abgebenden Zustand überführt, worauf aus der vierten Bezugsspannung (U 26) durch Integration (27, 28, 29) eine
zeitlich linear anwachsende Spannung (U 102) erzeugt wird, die während eines Zeitabschnitts an
den Spannungs- und Stromvet stärker (1, 2) angelegt wird und die in der Erregerwicklung (9) des
Elektromagneten einen zeitlich linear steigenden Strom hervorruft und daß nach Erreichen der die
den maximalen Erregerstrom bestimmenden Bezugsspannung statt der zeitlich linear anwachsenden
Spannung (U 102) dii Bezuj. -Spannungsquelle (12)
mit der den maximalen F.rregerstrom bestimmenden Bezugsspannung (U 12) an Jen Eingang des
Spannungs- und Stromverstärkers (1,2) gelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die linear wachsende Spannung
(U 102) während des ganzen Zeitabschnittes, während dem sie an dem Eingang des Spannungs- und
Stromverstärkers (1, 2) liegt, mit einer dem über die Erregerwicklung (9) des Elektromagneten fließenden
Strom proportionalen Spannung (UA,) verglichen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdauer der
linear wachsenden Spannung an den Spannungsund Stromverstärker (1, 2) durch Differenzierung
(24, 25) des Steuersignals (Ti) für die Erregung des Elektromagneten bestimmt wird, indem mit Hilfe
der differenzierten Spannung ein Schaltkreis (22,23, 30, 53) ausgesteuert wird, der eine Verbindung
zwischen der vierten Bezugsspannungsquelle (26) und dem Spannungs- und Stromverstärker (1, 2)
herstellt, und daß dieser Schaltkreis die Verbindung unterbricht, sobald die differenzierte Spannung zu
einem Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Strom durch die Erregerwicklung (9) des
Elektromagneten den maximalen Erregerstrom (Im) erreicht, einen bestimmten Wert aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen
der den Haltestrom (Id) bestimmenden Bezugsspannungsquelle (13) und dem Spannungs-
und Stromverstärker (1, 2) während einer für die Entregung ausreichenden und durch die Zeitkonstantc
einer Schaltung (42, 32) festgelegten Zeit unterbrochen wird.
5. Vorrichtung zur Steuerung der Erregung eines Elektromagneten nach dem Verfahren des Anspruchs
1, mit einem Spannungs- und Stromverstärker sowie drei Bezugsspannungsquellen, die über
Schalter so mit dem Eingang des Spannungs- und Stromverstärkers, an dessen Ausgang die Wicklung
des Elektromagneten angeschlossen ist, verbunden sind, daß drei aufeinanderfolgende Ströme, ein
Vormagnetisierungsstrom, ein maximaler Rrregerstrom und ein Haltestrom bestimmt sind, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Steuereingang (101) für ein Steuersignal (T1) mit einem Verstärker (22, 23)
verbunden ist, dessen Ausgang an die vierte Bezugsspannungsquolle (26) und an den Eingang
ι i eines mit seinem Ausgang (102) mit dem Eingang des
Spannungs- und Stromverstärkers (1, 2) verbundenen Integrators (27,28,29) angeschlossen isL
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (102) des
_'(> Integrators (27, 28, 29) und dem Eingang des
Spannungs- und Stromverstärkers (1,2) ein Komparator (30) angeordnet ist, dessen erster Eingang mit
dem Ausgang (102) des Integrators (27, 28, 29) verbunden ist, an dessen zweitem Eingang ein eine
j) dem über die Erregerwicklung des Elektromagneten
(9) fließenden Strom proportionale Spannung lieferndes Bauelement (4) angeschlossen ist und
dessen Ausgang mit dem Eingang des Spannungsund Stromverstärkers (1,2) in Verbindung steht, und
in daß mit Hilfe des Komparators (30) die Zunahme des
über den Elektromagneten (9) fließenden Stromes an die durch den Integrator (27, 28, 29) gelieferte
Spannung anpaßbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder Γι 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste, zweite
und dritte Bezugsspannungsquelle (11, 12, 13) mit dem Eingang des Spannungs- und Stromverstärkers
(1, 2) verbindende Schalteranordnung ein ODER-Gatter mit drei Dioden (10a, IQb. lOc^ist, dessen drei
4(i Eingänge an jeweils eine der Bez.igsspannungsquellen
(11, 12, 13) angeschlossen sind und dessen Ausgang (100) mit dem Eingang des Spannungs- und
Strom Verstärkers (1,2) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, r. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuereingang
(101) und den beiden den Vormagnetisierungsstrom und den Haltestrom bestimmenden
Bezugsspannungsquellen (11, 13) eine bistabile Kippstufe (18, J9) vorhanden ist, deren dem stabilen
,(ι Zustand in Abwesenheit des Signals zugeordneter
Ausgang mit der den Vormagnetisierungsstrom (Ip) bestimmenden Bezugsspannungsquelle (11) und
deren anderer dem stabilen Zustand in Anwesenheit des Steuersignals (Ti)zugeordneter Ausgang mit der
den Haltestrom (Id) bestimmenden Bezugsspan nungsquelle( 13) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuer eingang (101) und dem die vierte Bezugsspannungs
hu quelle (26) versorgenden Verstärker (22, 23) ein aus
einem Kondensator (24) und einem Widerstand (25) bestehendes Differenzierglied angeordnet ist, welche«
die Zunahme der Spannung am Ausgang (102) des Integrators (27, 28, 29) während einer Zeit
hri aufrechterhält, die wenigstens gleich dem Doppelten
der Zeitkonstante (r) des Diffcren/icrglicdes ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannung*- und
Stromverstärker im wesentlichen aus zwei in vorzugsweise umgekehrter Darlingtonschaltung zusammengeschalteten
Transistoren (1,2) besteht
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bezugsspannungsquellen
Zenerdioden aufweisen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Operationsverstärker (27) mit einem Integrationskondv-nsator
(29) aufweist, dessen Ausgang mit der den maximalen Erregerstrom bestimmenden
Bezugsspannungsquelle (12) verbunden ist und daß die Offsetspannung des Operationsverstärkers
gleich der Spannung (Uli) der den Vormagnetisierungsstrom
(Ip) bestimmenden Bezugsspannungsquelle (11) ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bestimmung des
Vormagnetisierungsstromes und des maximalen Erregerstromes verwendeten Zenerdioden (11, 12)
jeweils in Reihe mit einer Diode (14) zur Kompensation der Spannungsabfäiie an den Dioden
(10) des ODER-Gatters geschaltet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die eine dem über die
Erregerwicklung des Elektromagneten (9) fließen den Strom proportionale Spannung liefernde Bauelement
ein zwischen dem Elektromagneten (9) und einem der Anschlüsse für die Spannungsversorgung
liegender Widerstand (4) ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Steuergerät
eines elektromagnetischen Gerätes und vorzugsweise der Injektoren eines Einbpritzsystems eines
Explosionsmotors ist.
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