DE3323400A1 - Stromversorgungsschaltung - Google Patents

Description

HOEGER,

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 1AcD 7O00 STUTTGART ι

-A-

A 45 670 b Anmelderin: Lucas Industries, Ltd,

22.Juni 1983 Great King Street

k-35 Birmingham B 19 2XF

Grossbritannien

Beschreibung

Stromversorgungsschaltung

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für mindestens eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung; insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Stromversorgungsschaltung, bei der ein geladener Kondensator über die Erregerspule einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung entladbar ist, um in dieser einen schneller. Stromanstieg und damit ein schnelles Ansprechen der Betätigungsvorrichtung herbeizuführen.

Bei einer derartigen Schaltung ist es häufig erforderlich, in der Erregerspule der Betätigungsvorrichtung einen Haltestrom aufrechtzuerhalten, um die Betätigungsvorrichtung nach ihrer Betätigung in ihrem entsprechenden Betriebszustand zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung anzugeben, mit der ein schneller Stromanstiec in der Erregerspule einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung und ein Haltestrom für dieselbe auf besonders einfache und bequeme Art erzeugbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Stromversorgungsschaltung der eingangs angegebenen Art gemäss der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst:

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Es ist ein erster Kondensator und ein zweiter Kondensator vorgesehen;

es ist ein erster Ladekreis zum Aufladen des zweiten Kondensators aus einer Spannungsquelle vorgesehen;

es ist ein zweiter Ladekreis zum Aufladen des ersten Kondensators aus dem zweiten Kondensator vorgesehen;

es sind erste Gleichrichter-Schalteinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe eine Betätigungsvorrichtung zur Erzeugung eines hohen Anfangsstromes in ihrer Erregerspule in einen den ersten Kondensator enthaltenden Stromkreis einschaltbar ist;

es ist eine Niederspannungsguelle vorgesehen und

es sind zweite Gleichrichter-Schalteinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Niederspannungsquelle in einen die Erregerspule enthaltenden Stromkreis zur Erzeugung eines Haltestroms nach Entladung des ersten Kondensators auf eine zumindest im wesentlichen der Ausgangsspannung der Niederspannungsquelle entsprechende Ausgangsspannung einfügbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der wesentlichen Elemente einer Stromversorgungsschaltung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 2 eine gegenüber der Schaltung gemäss Fig.1 abgewandelte Stromversorgungsschaltung gemäss der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungsschaltung gemäss der Erfindung mit zugehörigen Schaltkreisen.

Im einzelnen zeigt Fig.1 der Zeichnung vier elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen, von denen jeweils nur die Wicklungen bzw. die Spulen 10 bis 13 dargestellt sind. Jede der Spulen 10 bis 13 liegt in Serie mit einem zugeordneten Thyristor 16 bis 19 zwischen zwei Speiseleitungen 14 und 15. Da an der Speiseleitung 15 im Gebrauch ein negatives Potential liegt, sind die Kathoden der Thyristore: 16 bis 19 der Speiseleitung 15 zugewandt.

Zwischen den Speiseleitungen 14 und 15 liegt ferner ein erster Kondensator 20, der im Betrieb auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen wird. Wenn es erforderlich ist, eine der Betätigungsvorrichtungen zu erregen, wird der betreffende Thyristor durchgesteuert, was dazu führt, dass sich der Kondensator 20 über eine der Spulen 10 bis 13 entlädt, wobei wegen der hohen Spannung, auf die der Kondensator 20 aufgeladen wurde, ein hoher Erregerstrom fliesst, so dass ei schnelle Betätigung der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung erreichbar ist.

Der Kondensator 20 wird über einen Chopper bzw. einen Zerhacker aufgeladen, welcher eine Induktivität bzw. Spule 21, eine Diode 22 und einen Transistor 23 umfasst. Die Anode der Diode 22 ist dabei mit der Speiseleitung 15

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verbunden, während ihre Kathode mit dem Verbindungspunkt zwischen dem einen Ende der Spule 21 und dem Emitter des Transistors 23 verbunden ist. Das andere Ende der Spule 21 ist mit der Speiseleitung 14 verbunden, während der Kollektor des Transistors 23 mit dem einen Anschluss eines zweiten Kondensators 24 verbunden ist, dessen anderer Anschluss mit der Speiseleitung 15 verbunden ist. Der Kondensator 24 bildet eine Ladungsquelle für den Kondensator 20 und wird über einen Vollwellen-Brückengleichrichter mit zwei Dioden 25 und zwei Thyristoren 26 aus einer Wechselspannungsguelle aufgeladen, die mit zwei Anschlüssen 27, 28 verbunden ist. Die Wechselspannungsguelle ist vorzugsweise eine Netzspannungsquelle mit einer Spannung von 2 40 V. Da der Kondensator 24 eine hohe Kapazität hat, werden zwei weitere Dioden 29, die über einen Widerstand 30 mit der mit dem Transistor 23 verbundenen Platte des Kondensators 24 verbunden sind, verwendet, um den Kondensator 24 während einer ersten Ladephase aufzuladen, wobei die Thyristoren 26 leitend werden, wenn die Spannung über dem Kondensator 2 4 einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Unter der Voraussetzung, dass der Kondensator 24 auf die Spitzenspannung der Netzspannung aufgeladen wurde, wird der Transistor 23 aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Schaltung leitend gesteuert und der Kondensator 20 wird folglich mit einem über die Spule 21 fliessenden Ladestrom aufgeladen. Die Höhe des Ladestroms wird überwacht, und der Transistor 23 wird bei Erreichen einer vorgegebenen Höhe des Ladestromes gesperrt. Wenn der Transistor 23 gesperrt wird, bricht der magnetische Fluss in der Spule 21 zusammen, was dazu führt, dass der Kondensator 20 über die Diode 22 noch weiter aufgeladen wird. Dieser

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Zyklus wiederholt sich bis der Kondensator 20 auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen ist, wobei es vorteilhaft ist, die Strompegel, bei denen der Transistor 23 gesperrt wird, zu verändern, während die Kondensatorspannung auf den gewünschten Wert ansteigt. Diese Massnahme dient dazu, die in der Spule 21 am Ende des Ladevorgangs gespeicherte Energie zu verringern. Wenn die Aufladung abgeschlossen ist, wird der Transistor 23 gesperrt. Ausserdem wird zur Entladung des Kondensators 20 über die Spule 10 bis 13 einer anzusteuernden Betätigungsvorrichtung der betreffende Thyristor 16, 17, 18 bzw. 19 leitend gesteuert. Es ist klar, dass die Spannung über dem Kondensator 20 abfällt, während dieser sich über eine der Spulen 10 bis 13 entlädt. Trotzdem ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms in der betreffenden Spule so hoch, dass ein schnelles Ansprechen der zugehörigen Betätigungsvorrichtung erreicht wird. Während der Zeit, in der der betreffende Thyristor leitend gesteuert wird, wird der Transistor 23 im nichtleitendem Zustand gehalten. Hierdurch kann sich der Kondensator 24 wieder aufladen, während ausserdem eine weitere Aufladung des Kondensators 20,vermieden wird. Weiterhin ermöglicht die Spannung des Transistors 23 das (spätere)· Sperren des jeweils gezündeten Thyristors 16 bis 19.

Zur Gewinnung eines Haltestroms dienen die nachstehend noch zu beschreibenden Schaltungsteile.

Die Speisespannungsquelle für den Haltekreis umfasst einen Transformator 31, dessen Primärwicklung mit den Netzanschlüssen 27, 28 verbunden ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 31 dient der Aufladung eines Kondensators 32 über eine übliche Gleichrichterbrücke mit vier Dioden 33. Die Speiseleitung 14 ist mit dem

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einen Ausgangsanschluss der Brückenschaltung verbunden. Ausserdem sind die Anoden eines weiteren Satzes von vier Thyristoren 34 bis 37 mit den Anoden des ersten Satzes von Thyristoren 16 bis 19 verbunden. Die Kathoden der weiteren Thyristoren 34 bis 37 sind über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 38 mit dem negativen Anschluss der Gleichrichterbrücke verbunden. Die Kathode des Transistors 38 ist ferner mit der Anode einer Diode 39 verbunden, deren Kathode mit dem Kondensator 24 bzw. dem Kollektor des Transistors 23 verbunden ist.

Im Betrieb wird beim Zünden eines der Thyristoren 34 bis 3 7 im wesentlichen gleichzeitig der zugeordnete Thyristor der ersten Gruppe mit den Thyristoren 16 bis 19 gezündet. Ausserdem wird zu diesem Zeitpunkt der Transistor 38 leitend gesteuert. Der Kondensator 32 wird auf eine niedrigere Spannung geladen als der Kondensator 20. Wenn sich der Kondensator 20 über eine der Spulen 10 bis 13 entlädt, wird ein Zeitpunkt erreicht, zu dem die Spannung über dem Kondensator 20 im wesentlichen gleich der Spannung über dem Kondensator 32 ist. Wenn dies eintritt, fliesst der Strom durch die betreffende Spule 10 bis 13 über den zugeordneten Thyristor der Gruppe mit den Thyristoren 34 bis 37 weiter, während der zuvor gezündete Thyristor der ersten Thyristorengruppe 16 bis 19 gesperrt wird. Auf diese Weise kann der Stromfluss so lange aufrecht erhalten werden, wie ein Strom für die betreffende elektromagnetische Betätigungsvorrichtung erforderlich ist. Wenn diese dann abgeschaltet werden soll, wird der Transistor 38 gesperrt und die in der betreffenden Spule gespeicherte Energie fliesst über einen der Thyristoren

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34 bis 37 und die in Serie geschalteten Kondensatoren 24 und 20. über dem Kondensator 24 liegt natürlich eine hohe Spannung; in dem vorstehend erläuterten Entladekreis wirkt jedoch die Spannung über dem Kondensator 20 derjenigen über dem Kondensator 24 entgegen, was in der Praxis die Folge hat, dass die Spannung über dem Kondensator 20 verringert wird, während ein Energietransport zum Kondensator 24 stattfindet. Der Strom durch die zuvor eingeschaltete Spule fällt extrem schnell ab. Während des Stromabfalls wird dann auch der betreffende Thyristor 34 bis 37 wieder nichtleitend. Der vorstehende Zyklus kann dann wiederholt werden, wobei der Kondensator 20 über die Ladestufe wieder aufzuladen ist.

In der betrachteten Schaltung wird nur sehr wenig Energie in Wärme umgesetzt, so dass sie in einem relativ kleinen Gehäuse untergebracht werden kann. Andererseits gewährleistet die Schaltung das Aufladen des Kondensators 20 auf die erforderliche Spannung innerhalb des kurzen Zeitintervalls zwischen dem Abschalten einer der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen und dem Einschalten einer anderen Betätigungsvorrichtung.

Die vorstehend beschriebene Schaltung ist gegenüber Netzspannungsschwankungen noch empfindlich. Wenn nämlich die Netzspannung abfällt, dann sinkt auch die Spitzenspannung über dem Kondensator 24, so dass es nicht möglich ist, den Kondensator 20 auf die gewünschte Spannung aufzuladen. Dieses Problem kann dadurch überwunden werden, dass man einen Konstantspannungstransformator einsetzt. Ein solcher Transformator ist jedoch teuer und benötigt viel Platz. Eine andere Möglichkeit bestünde im Einsatz

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eines getakteten Versorgungsteils. Dies würde jedoch zu Energieverlusten und zu einer entsprechenden Erwärmung führen. Es wird daher vorgeschlagen, einen Spartransformator einzusetzen. Dies bedeutet, dass die Elemente des Zerhackers bei einer höheren Spannung arbeiten müssen. Dieses Problem kann jedoch überwunden werden, indem man eine automatische Änderung des des Abgriffs durchführt.

Die Spannung der Versorgungsschaltung für den Haltestrom ist kritischer. Andererseits ist aber auch der Leistungsbedarf geringer, so dass der Transformator 31 durch einen Konstantspannungstransformator ersetzt werden kann.

Es ist jedoch wichtig, dass der Kondensator 24 auf einer im wesentlichen konstanten Spannung gehalten wird, da die Spannung über dem Kondensator 24, wie beschrieben, die Geschwindigkeit des Stromabfalls in der Spule einer Betätigungsvorrichtung beeinflusst, wenn der Transistor 39 nichtleitend gesteuert wird. Dieses Problem wird hinsichtlich des Kondensators 24 in der Schaltung gemäss Fig. 2 durch einen zusätzlichen Kondensator überwunden.

Im einzelnen sind in der Schaltung gemäss Fig.2 entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig.1 oder ohne Bezugszeichen dargestellt. Man erkennt, dass der Transformator 31 durch einen Konstantspannungstransformator 40 ersetzt ist. Der oben angesprochene Spartransformator zur Erzeugung einer Speisespannung für den Kondensator 24 ist nicht dargestellt. Die wichtigste Änderung in der Schaltung gemäss Fig.2 gegenüber derjenigen gemäss Fig.1 besteht darin, dass ein zusätzlicher Kondendsator 41 vorgesehen ist, dessen einer Anschluss mit der Speiseleitung 15 verbunden ist,

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und dessen anderer Anschluss mit der Kathode der Diode 39 verbunden ist. Ausserdem ist eine weitere Diode 42 vorgesehen, deren Anode mit der Speiseleitung 14 verbunden ist.und deren Kathode mit dem Kondensator 41 verbunden ist. Zusätzlich ist ausserdem ein Thyristor 43 vorgesehen, dessen Anode mit der Kathode der Diode 39 verbunden ist, während seine Kathode mit dem Emitter des Transistors 23 verbunden ist. Bei der Schaltung gemäss Fig.2 wird zu Beginn der Aufladung des Kondensators 20 auch der Kondensator 41 über die Diode 42 annähernd auf die obenerwähnte Spannung aufgeladen. Wenn dann einer der Thyristoren gezündet wird, um den Kondensator 20 zu entladen, verhindert die Diode 42 die Entladung des Kondensators 41, und der Arbeitszyklus wird in der vorstehend beschriebenen Weise fortgesetzt. Wenn dann der Transistor 38 gesperrt wird, um die zuvor erregte Betätigungsvorrichtung abzuschalten, fliesst der Strom aufgrund des Zusammenbrechens des magnetischen Feldes in der Spule der Betätigungsvorrichtung in einem Kreis, in dem anstelle des Kondensators 24 geinäss Fig.1 der weitere Kondensator 41 liegt. Dabei wird der Kondensator 41 auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen, so dass Schwankungen der Netzspannung keinen Einfluss mehr auf die Geschwindigkeit haben, mit der das magnetische Feld in der Spule der Betätigungsvorrichtung zusammenbricht. Der Thyristor 43 wird vorzugsweise unmittelbar vor dem Aufladen des Kondensators 20 leitend gesteuert, was den Zweck hat, einen Spannungsausgleich der Kondensatoren 41 und 20 herbeizuführen.

Fig. 3 zeigt die vollständige Versorgungsschaltung zur Betätigung der Betätigungsvorrichtung, wobei die Elemente in den einzelnen Blöcken, wo dies möglich war, mit den in

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Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet sind. Steuerimpulse von einer Regleranordnung werden einer logischen Schaltung 44 zugeführt/ welche die Steuerimpulse in Form von Zündimpulsen an die Thyristoren 16 bis 19, an die Thyristoren 34 bis 37 und an den Thyristor 38 legt, der zu der Haltestromschaltung gehört. Dabei ist es wesentlich, dass sichergestellt ist, dass der Zerhacker während der Stromzufuhr zu den Spulen der Betätigungsvorrichtung und während des Zusammenbrechens des magnetischen Feldes derselben abgeschaltet ist. Aus diesem Grunde ist ein Schaltungsblock 45 vorgesehen, der der Steuerung des Transistors 23 dient. Ausserdem wird der Transistor 23 von einem Block 46 gesteuert, der die Spannung über dem Kondensator 20 misst.

Wie oben ausgeführt, wird der Kondensator 24 zunächst über den Widerstand 30 geladen, und die Thyristoren 26 werden über eine Verzögerungsschaltung - Block 4 7 - gesteuert, die auch an die logische Schaltung - Block 44 - ein Signal liefert, um zu verhindern, dass den verschiedenen Thyristoren Steuerimpulse zugeführt werden bevcr eine Anfangsverzögerungszeit verstrichen ist. Ausserdem ist ein Block 48 vorgesehen, der das Arbeiten der logischen Schaltung verhindert, wenn die Versorgungsspannung bzw. die Netzspannung unter einen vorgegebenen Wert fällt. Schliesslich ist eine Schaltung 49 vorgesehen, welche für den Fall, dass aus irgendeinem Grund einer der Transistoren 16 bis 19 am Ende eines Arbeitszyklus im leitenden Zustand verbleibt, ebenfalls ein Arbeiten der logischen Schaltung 44 verhindert. In diesem Fall wird der Kondensator 20 vollständig entladen. Wenn dann der Transistor 23 leitend gesteuert wird, dann fliesst der Strom über den Transistor 23 und die Spule 21 in die

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Wicklung bzw. Spule der betreffenden Betätigungsvorrichtung. Aus diesem Grunde wird von der Schaltung 46 eine sehr niedrige Spannung ermittelt, die in der Schaltung 49 dahingehend ausgewertet wird, dass ein weiterer Betrieb der logischen Schaltung 44 verhindert wird. Die Rückstellung der Schaltung 4 9 erfolgt nach einer Verzögerungszeit, so dass erneut der Versuch unternommen werden kann, wieder einen normalen Betrieb aufzunehmen.

Claims (1)

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   Grossbritannien

   Patentansprüche :

   Stromversorgungsschaltung für mindestens eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   Es ist ein erster Kondensator (20) und ein zweiter Kondensator (24) vorgesehen;

   es ist ein erster Ladekreis (25 bis 30) zum Aufladen des zweiten Kondensators (24) aus einer Spannungsquelle vorgesehen;

   es ist ein zweiter Ladekreis (21, 22, 23) zum Aufladen des ersten Kondensators (20) aus dem zweiten Kondensator (24) vorgesehen;

   es sind erste Gleichrichter-Schalteinrichtungen (16 bis 19) vorgesehen, mit deren Hilfe eine Betätigungsvorrichtung zur Erzeugung e.ines hohen Anfangsstromes in ihrer Erregerspule (10 bis 13) in einenden ersten Kondensator (20) enthaltenden Stromkreis einschaltbar ist;

   es ist eine Niederspannungsquelle (27, 28, 31 bis 33) vorgesehen und

   es sind zweite Gleichrichter-Schalteinrichtungen (34 bis 37) vorgesehen, mit deren Hilfe die Niederspannungsquelle (27, 28, 31 bis 33) in einen die Erregerspule (10 bis 13) enthaltenden Stromkreis zur Erzeugung eines Haltestroms nach Entladung des ersten Kondensators (20)

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   auf eine zumindest im wesentlichen der Ausgangsspannung der Niederspannungsquelle (27, 28, 31 bis 33) entsprechende Ausgangsspannung einfügbar ist.

   .2". Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gegekennzeichnet, dass Gleichrichtereinrichtungen (39; 39, 43) vorgesehen sind, mit deren Hilfe in der Erregerspule (10 bis 13) gespeicherte elektromagnetische Energi beim Sperren der zweiten Gleichrichter-Schalteinrichtungen (16 bis 19) zum Entregen einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung auf den zweiten Kondensator (24) zurückführbar ist.

   3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladekreis eine Gleichrichte Zerhacker-Schaltung (25 bis 30) aufweist und dass der zweite Ladekreis eine Spule (21), einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Serie zu der Spule (21) geschalteten Transistor (23) und eine in Serie zu der Spule (21) und dem ersten Kondensator (20) geschaltete erste Diode (22) aufweist.

   4. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Steuereinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Schaltzustand des Transistors (23) in Abhängigkeit von der Spannung über den ersten Kondensator (20) steuerbar ist.

   5. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Kondensator (41) vorgesehen ist, der in Serie zu einer zweiten Diode (42) parallel zu dem ersten Kondensator (20) geschaltet ist

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   und dass mit dem dritten Kondensator (41) eine dritte Diode (43) verbunden ist, über welche in der Erregerspule (10 bis 13) einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung gespeicherte Energie beim Sperren der zweiten Gleichrichter-Schalteinrichtungen (34 bis 37) zum Entregen der Betätigungsvorrichtung in den dritten Kondensator (41) übertragbar ist.

   6. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schalteinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe vor dem Aufladen der Kondensatoren gleiche Spannungen am ersten Kondensator (20) und am zweiten Kondensator (41) herbeiführbar sind.

   7. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Gleichrichterschalteinrichtungen Thyristoren (16 bis 19; 34 bis 37) umfassen und dass die zweiten Gleichrichter-Schalteinrichtungen einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Serie zu den Thyristoren (34 bis 47^ liegenden Transistor (38) umfassen.

   8. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsquelle einen Konstantspannungstransformator umfasst.