DE3203987A1 - Anordnung zum schalten von induktivitaeten - Google Patents

Description

• "Anordnung zum Schalten von Induktivitäten"
• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zun Schalten von Induktivitäten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist beispielsweise aus der DE-PS 22 29 160 bekannt, zur Schnellerregung und Schnellentregung von elektromagnetischen Bremsen für Winden an Bord von Schiffen eine Schützensteuerung mit Zeitschützen zu verwenden, die für den Anlauf bestimmt ist. Für die Schnellerregung wird die Spule der Bremse von einen Gleichstrom durchflossen und für die Schnellentregung eine Kontaktstelle parallel zu einem Vorwiderstand geschlossen, was einen höheren Strom zur Folge hat. Hier handelt es sich weniger um eine Steuerung sondern nur um ein Ein- und Ausschalten des Gleichstromes.
• Ein Widerstand im einem Freilaufkreis parallel zur Spule bewirkt eine schnelle Entregung. Der Nachteil dieser Anordnung ist der, daß eine Kontrolle der anliegenden Spannung nicht vorhanden ist. Sie spielt hierbei auch nur eine untergeordnete Rolle, da Schalter vorhanden sind, die die Spannung in jedem Falle beherrschen.
• Wenn eine derartige Anordnung mit Transistoren modernisiert werden eoll, ist die Spannungshöhe nicht aehr unwichtig. Ur die Betätigung der vorhandenen Magnetbremse wird eine Gleichspannung von etwa 200 V benötigt.
• Um auch schon aus Kostengründen nur eine Spannung an die Winde legen zu müssen, wäre es sinnvoll, die Gleichspannung zugleich für die Schützensteuerung zu verwenden. Das würde eine Taktung der Schütze erfordern.
• Versuche haben aber gezeigt, daß die erforderlichen Freilaufwiderstände in Betrieb zu warm werden und unnötig Energie verbrauchen.
• Es ist weiterhin bekannt, Induktivitäten mit Gleichstrom zu betreiben und dabei zu takten. Hierfür werden Thyristoren als Schalter verwendet, die aber eine besondere löschvorrichtung erfordern. Dieser zusätzliche Aufwand ist nur gerechtfertigt bei großen Induktivitäten wie beispielsweise in HGÜ-Anlagen. In diese. Zusammenhang sind die Gleichstronsteller oder Pulssteller zu erwähnen.
• Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der Induktivitäten im mittleren Leistungsbereich ohne einen zusätzlichen technischen Aufwand einwandfrei bei Taktbetrieb geschaltet werden können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelöst. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die Spannung zu jeder Zeit voll beherrscht wird. Ferner kann die Anordnung in Dickschichtschaltung ausgeführt werden, an die die Induktivität unmittelbar angefügt werden kann.
• Die Bauteile der Versorgung können kleiner bemessen werden, weil die Energie der Induktivität nicht über einen Längswiderstand abgebaut werden muß.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung, Fig. 2a Taktimpulse für den Längstransistor nach Fig. 1, Fig. 2b den Spannungsverlauf an der Kollektor-Emitter-Strecke des Parallel-Transistors und Fig. 2c den Spannungsverlauf am Ladekondensator.
• Nach Fig. 1 liegt eine Induktivität L an einer Gleichspannung von 200 V.
• In Reihe mit der Induktivität L ist ein Transistor T1 mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke angeordnet, dessen Basis Taktimpulse nach Fig. 2a zugeführt werden. Parallel zur Induktivität L ist die Reihenschaltung eines weiteren Transistors T2 und einer Freilaufdiode FD gelegt. Als Spannungsbegrenzer ist eine Zenerdiode Z angeordnet, die mit ihrer Anode an der positiven Spannung und mit der Kathode an der Basis des Transistors T2 liegt. Schließlich ist parallel zur Freilaufdiode FD ein Ladekondensator C gelegt, der über einen Ladewiderstand R1 und eine Diode D am Emitteranschluß des Transistors T2 liegt. Zwischen der Basis des Transistors T2 und dem Kondensator C ist ein Entladewiderstand R2 angeordnet.
• Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Wenn der Transistor T1 mit dem ersten Takt nach Fig. 2a angesteuert wird, wird er leitend, die Spannung im Punkt B nach Fig. 1 geht auf den Wert 0 zurück und der Kondensator C wird wie angegeben über den Widerstand Rl und die Diode D aufgeladen (Fig. 2c). Dabei stellt sich ein Laststrom gemäß der Taktbreite über der Induktivität L ein.
• Nach Ende des ersten Taktpulses springt die Spannung am Punkt B auf die die Nennspannung (200 V-) zurück. Der Transistor T1 sperrt. Nach der Lenz'schen Regel wird der Laststrom aufrechterhalten. Der Kondensator C entlädt sich über den Widerstand R2 und die Lastinduktivität L (Fig. 1). Durch den Entladestrom wird der Transistor T2 durchgeschaltet, und gibt den Freilauf für den aufrechterhaltenen Laststrom über die Diode FD frei.
• Folgt jetzt der neue Taktpuls, so wird der Kondensator C wieder erneut aufgeladen und der Laststrom kommutiert wieder auf den Haupttransistor T1. Wird nun der Steuerkreis abgeschaltet, so bleiben die Taktpulse aus, und der Kondensator C wird nicht wieder neu aufgeladen. Damit entlädt sich dieser völlig, sodaß der Entladestrom1 der der Steuerstrom für T2 ist, so klein wird, daß Transistor T2 zu sperren anfängt (Punkt A).
• Dabei baut sich längs T2 eine Spannung UCE auf (Fig. 2b). Überschreitet die dieDurchbruchspannung der Zenerdiode, so schaltet T2 wieder durch.
• Die Spannung am Transistor T2 wird auf die Zenerspannung U aus geregelt. z Diese Spannung ist die Abschaltspannung für die Induktivität L. Diese Spannung, multipliziert mit dem Abschaltstrom und der Abschaltzeit, ist ein Maß für die gespeicherte Energie in der Induktivität L.
• Die Energie der Induktivität L wird nach dem Abschalten über den Transistor T2 vernichtet.
• Die Freilaufschaltung verhält sich wie ein Hochpaß, die bei Absinken '2r Taktfrequenz (Abschalten) nicht mehr leitend ist.
• Gegebenenfalls sind der Kondensator C und die Widerstände R1, R2 an die Taktfrequenz anzupassen.
• Der Ansprechpunkt der Zenerdiode Z richtet sich nach den Gegebenheiten und der Längsspannung des Transistors T2. Je höher die Spannung wachsen kann, desto kleiner wird der Zeitanteil. Im Beispiel wird bei 40 V in 20 ms abgeschaltet, bei 80 V dagegen in 10 ms.
• Wird als Längsspannung für den Transistor T2 beispielsweise 100 V gewählt, so können etwa 4 A bei 150 mH in 5 ms entregt werden, was bei üblichen Anwendungen und dem normalen Schaltbetrieb mehr als ausreichend ist. Der Transistor ist für die abzuschaltende Energie auszulegen.
• Eventuell können Transistoren in Kaskade geschaltet werden, um eine höhere Energie zu beherrschen. Normalerweise liegen die Werte für Induktivitäten im mittleren Schaltbereich bei etwa 100 mH bis 1 H.
• Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die eingangs erwähnte Schützensteuerung für polumschaltbare Motoren beschränkt, sondern kann auch beispielsweise zur Entregung von Erregerkreisen von Generatoren angewendet werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRUCHE rx Anordnung zum Schalten großer Induktivitäten mit geringen Verlusten, insbesondere für mittels Schützen gesteuerter polumschaltbarer Motoren, in welcher in Reihe mit der zu schaltenden Induktivität ein getakteter Halbleiterschalter liegt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Induktivität (L) in Reihe mit einer Freilaufdiode (FD) ein weiterer Halbleiterschalter (T2) gelegt ist, an dessen Basis eine aufladbare Kapazität (C) angeschlossen ist, der parallel ein Spannungsbegrenzer (Z) zugeordnet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Steuerimpulse an der Basis des Halbleiterschalters (T1) ein Ladestrom über die Kapazität (C) und in den Taktpausen ein Entladestrom über die Induktivität (L) und die Emitter-Basis-Strecke des Halbleiterschalters (T2) fließt, welcher den Halbleiterschalter (T2) ansteuert.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Kollektornitter-Strecke des Halbleiterschalters (T2) liegende Spannung nach Wegnahme der Steuerimpulse auf einen durch den Spannungsbegrenzer (Z) vorgegebenen Wert begrenzt ist.