DE2743139A1

DE2743139A1 - Ergaenzte einrichtung zur befreiung elektrischer oder elektronischer einwegschalter von hoher verlustleistungsbeanspruchung waehrend des einschaltens und ueberhoehter sperrspannungsbeanspruchung beim ausschalten

Info

Publication number: DE2743139A1
Application number: DE19772743139
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Knoell
Original assignee: Individual
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1977-09-24
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1979-04-05

Description

Beschreibung und Patentansprüche
Ergänzte EInrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschaltey von hoher Verlustleistungsbeansprucung während es Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten.
Mit der deutschen Patentanmeidung P 26 51 492.1 wurde eine Einrichtung vorgestellt. welche die Befreiung elektrischer oder lektronischer Einwegscholter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungshanspruchung beim Ausschalten in grundsätzlich zufriedenstellender Weise sicherstellt.
Zumindest bei gewissen Anwendungsfällen ist jedoch noch als nachteilig anzusehen, daB die, während der Abschaltvorgänge des Einwegschalters dem dort beschriebenen Kondensator beziehungsweise den Kondensatoren des erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegenden Schaltungspfads zuflieBende Energie zumindest teilweise in thermische Verlustleistung umgesetzt werden muß oder aber mithilfe zusätzlicher Gleich-Stromsteller dem speisenden und/oder gespeisten System als Nutzenergie wieder zuzuführen ist.
Die erstgenannte, zumindest teilweise Umsetzung in thermische Verlustleistung ist aus Gründen des gesamten Energiehaushalts häufig unerwünscht.
Das an zweiter Stelle genannte, durch den Einsatz von Gleichstromstellern gekennzeichnete Verfahren bedeutet einen nennenswerten Schaltungsaufwand und ist daher häufig aus Kostengründen prohibitiv.
Die hiermit vorgestellte ergänzte Einrichtung erlaubt es, diese Nachteile in jenen Anwendungsfällen zu vermeiden, in denen das gesamte energieaufnehmende System aus mindestens zwei Teilverbrauchern besteht, oder in solche aufgeteilt werden kann, wobei der Hauptverbraucher aus einer speisenden Quelle über einen Einwegschalter, der mit einer Einrichtung gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1 versehen ist, mit quasistetig einstellbarer Leistung versorgt wi rd.
Gemäß vorliegender Erfindung wird die Einstellung der Spannung beziehungsweise der Spannungen an dem Kondensator beziehungsweise an den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, nun derart vorgenommen, daß die elektrische Energie welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, unter Zwischenschaltung von mindestens einem der zusätzlichen Teilverbraucher wieder entnommen wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird, und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw. diesen KonGensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
Dieses Prinzip läßt sich grundsätzlich in verschiedenen Varianten realis;eren.
Diese Varianten sollen anhand folgender Beispiele angedeutet werden.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher ein gemischt ohmisch-induktiver Hauptverbraucher (1) - beispielsweise ein Tragmagnet - unter Zwischenschaltung eines elektronischen Einwegschalters (2) - welcher hier beispielhaft als npn-Transistor ausgeführt ist - aus einer Gleichspannungsquelle (3) gespeist wird. Damit der Strom durch den Hauptverbraucher (1) auch dann weiterfließen kann, wenn ihm der Weg durch den Einwegschalter versperrt ist, weil sich dieser im sperrenden Zustand ß befindet, ist dem Hauptverbraucher (1) eine Freilaufdiode (4) antiparallel geschaltet.
Der Einwegschalter (2) ist mit einer Einrichtung gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1 versehen, bestehend aus einer, die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzenden Drossel (6) und des dort genannten, parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters (2) liegenden Schaltungspfads. Dieser Schaltungspfad wird hier aus der Gleichspannungsquelle (3), der Freilaufdiode (4) sowie der zusätzlich eingefügten Diode (7) und dem ebenfalls zusätzlich eingefügten Kondensator (8) gebildet.
Erfindungsgemäß wird nun die Einstellung der Spannung an dem Kondensator (8) des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters (2) bestehenden Schaltungspfads in dieser ersten Variante derart vorgenommen, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, diesem Speicherelement unter Zwischenschaltung eines weiteren Nutzzweigs (5) - hier beispielsweise eines Hilfs-Tragmagneten, der parallel zu dem genannten Kondensator (8) anzuschließen ist -wieder entnommen wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator (8) im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator (8) im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher der Ankerkreis einer Gleichstrommaschine als Hauptverbraucher (1) unter Zwischenschaltung eines elektronischen Einwegschalters (2) aus einer Gleichspannungsquelle (3) gespeist wird.
Zur Erzielung des in der deutschen Patentanmeldung P 26 51 492.1 beschriebenen Effekts sind zwei Drosseln (9) in jenen Pfad der Gesamtschaltung eingefügt, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters (2) über diesen und das speisende System'(3) fließende Strom schließt.
Des weiteren ist in Fig. 2 der bereits mehrfach beschriebene, parallel zu den Hauptstromelektrocn des Einwegschalters (2) liegende Schaltungspfad geschaffen, welcher hier lediglich aus einer zusätzlich eingefügten, direkt mit der Eingangselektrode E des Einwegschalters (2) verbundenen Diode (10) und aus einem zusätzlich eingefügten, direkt mit der Ausgangselektrode A des Einwegschalters verbundenen Kondensators (11) besteht.
Diese Ausführung des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegenden Schaltungspfads empfiehlt sich insbesondere dann, wenn es sich bei den Drosseln (9) nicht oder nicht nur um ergänzend eingefügte Schaltungselemente handelt, sondern um in gleicher Weise wirkende, längere Zuleitungen.
Die Einstellung der Spannung an dem Kondensator (11) des parallel zu den Haur,l.stroilelektroder, des Einv/29schelters liegenden Schaltungspfads wird hier entsprechend der ersten Variante über einen weiteren Nutzzweig (5), hier die Feldwicklung der Gleichstrommaschine, vorgenommen.
Die parallel zum Hauptverbraucher (1) anzuschlie3ende Diode (12) dient zum einen dazu, den Kondensator (11) bei Inbetriebnahme der Schaltung unter Umgehung des Hauptverbrauchers (1) aufzuladen. Weiterhin wird durch diese Diode erreicht, daß der weitere Nuizzweig (5) -hier die Feldwicklung der Gleichstrommacie - auch bei dauernd leitendem Einwegschalter (2) aus der Gleichspannungsquelle (3) mit ausreichender Energie versorgt wird.
Weiterhin wird in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung eine Beeinflussung des von der Feldwicklung (5) im Luftspalt der Gleichstrommaschine erzeugten magnetischen Flusses durch Verändern des durch den Ankerkreis (1) fließenden Stroms und/oder der Schalt frequenz des Einwegschalters (2) erreicht.
Denn durch Erhöhen des Stroms durch den Ankerkreis (1) und/oder durch Erhöhen der Schaltfrequenz des Einwegschalters (2) wird die dem Kondensator (11) im Mittel zufließende Energie zunehmen. Dies hat jedoch gemäß den vorstehend gemachten Ausführungen eine Erhöhung der der Feldwicklung (5) zugeführten Energie und damit auch eine Erhöhung des magnetischen Flusses im Luftspalt der Gleichstr-o!!iuschinc zur Folge.
Bei geeigneter Ausführung der in Fig. 2 dargestellten Anordnung kann damit das Betriebsverhalten der Gleichstrommoschine, das sich in bekannter Weise aus dem Ankerstrom und dem magnetischen Fluß im Luftspalt der Gleichstrommaschine ergibt, in weiten Grenzen beeinflußt werden. Insbesondere kann ein - besonders für Traktionsantriebe - günstiges, reihenschlußähnliches Betriebsverhalten erreicht werden.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 2 mit dem Unterschied, daß die Einstellung der Spannung c,n dem Kondensator (11) derart vorgenommen wird, daß entsprechend einer zweiten Variante die elektrische Energie, welche diesem Kondensator beim Abschalten des Einwegschalters (2) zufließt, diesem Speicherelement unter Zwischenschaltung eines weiteren Nutzzweigs (5) - hier die Feldwicklung der Gleichstrommaschine - und unter Zuhilfenahme eines bei teren Transistors (13) und einer weiteren Diode (14) wieder entnommen wird.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 2 mit dem Unterschied, daß die Einstellung der Spannung an dem Kondensator (11) derart vorgenommen wird, daß entsprechend einer dritten Variante die elektrische Energie, welche diesem Kondensator beim Abschalten des Einwegschalters (2) zufließt, diesem Speicherelement unter Zwischenschaltung eines weiteren Nutzzweigs (15) - hier eine, die F4auptfeldwicklung (16) in ihrer Wirkung verstärkende Hilfsfeldwicklung (15) in wieder ent@@@@@@en wird und dem speisenden System (3) und dem gespeisten Hauptverbraucher (1) als Nutzenergie zugeführt wird.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Einstellung der Spannung an dem Kondensator (8) derart vorgenommen wird, daß entsorechend einer vierten Variante die elektrische Energie, welche diesem Kondensator beim Abschalten des Einwegschalters (2) zufließt, diesem Speicherelement unter Zwischenschaltung eines weiteren Nutzzweigs (5) - hier beispielsweise ein Hilfs-Tragmagnet - und unter Zuhilfenahme eines weiteren Transistors (17) sowie einer weiteren Diode (18) wieder entnommen und der speisenden Gleichspannungsquelle (3) sowie dem gespeisten Hauptverbraucher (1) als Nutzenergie wieder zugeführt wird.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 2 mit dem Unterschied, daß die Einstellung der Spannung an dem Kondensator (11) entsprechend der vorgenannten vierten Variante mittels eines weiteren Nutzzweigs (5) - hier die Feld wicklung der Gleichstrommaschine - sowie einem weiteren Transistor (19) und einer weiteren Diode (20) vcrgenommen wird.
Die anhand der bisherigen Beispiele gemäß Fig. 1 bis 6 erläuterten vier Varianten lassen sich weitgehend miteinander kombinieren. Nur zur Andeutung der Möglichkeit einer solchen Kombination zeigt Fig. 7 schließlich noch eine Anordnung gemäß Fig. 6 mit dem Unterschied, daß zusätzlich noch ein ^weiterer Nkstzzw<^ig ( 1 5) - hier eine Hilfsfeldwicklung gemäß Fig. 4 - eingefügt ist.

Claims

Patentansprüche trgänzte Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Spe rrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten, nach deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw. an den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vorgencrn-n wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, diesem Speicherelement bzw. diesen Speicherelementen unter Zwischenschaltung anderer Nutzzweige der Gesamtanordnung wieder entnommen wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
2. Ergänzte Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten, nach deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw. an den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen ,jnd/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vorgenommen wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, diesem Speicherelement bzw.diesen Speicherelementen unter Zwischenschaltung anderer Nutzzweige der Gesamtanordnung und unter Zuhilfenahme zusätzlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente wieder entnommen wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
3. Ergänzte Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung wo'trend des Einschaltens und überhöhter Spe rrspannungs',eJnspruchung beim Ausschalten, nach deutscher Potentanmeldung P 26 51 492.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw. den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden bchaltungspfuds, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vorgenommen wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, diesem Speicherelement bzw.

diesen Speicherelementen unter Zwischenschaltung anderer Nutzzweige der Gesomtanordnung wicaer entno:niieri und dem speisenden und/oder gespeisten elektrischen System beziehungsweise einem Teil hiervon als Nutzenergie wieder zugeführt wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
4. Ergänzte Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einscnoltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten, nach deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw. an den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vorgenommen wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, diesem Speicherelement bzw. diesen Speicherelementen unter Zwiici7cllschul:un3 anderer Nutzzveicze der Gesamtanord,ung und unter Zuhilfenahme zusätzlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente wieder entnommen und dem speisenden unel/oc'er gespeisten elektrischen System bzw.

einem Teil hiervon als Nutzenergie wieder zugeführt wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw.

an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
5. Ergänzte Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten, nach deutscher Patentanmeldung P 26 51 492.1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw an den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder GleichspGnnungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vornommen wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufließt, unter gleichzeitiger Zuhilfenahme von mehr als einer der Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 wieder entnommen wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.