WO2012065719A2 - Schaltungsanordnung zum betreiben einer elektrischen last mit gepulster spannung - Google Patents

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WO2012065719A2
WO2012065719A2 PCT/EP2011/005753 EP2011005753W WO2012065719A2 WO 2012065719 A2 WO2012065719 A2 WO 2012065719A2 EP 2011005753 W EP2011005753 W EP 2011005753W WO 2012065719 A2 WO2012065719 A2 WO 2012065719A2
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voltage
operating
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Victor Arestov
Alexsey Dobryakov
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Permotors Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating a pulsed-voltage electrical load Such circuit arrangements have a voltage supply to which the electrical load is connected and a controllable switch which is thus connected to the power supply and is connected to the electrical load so that it is able to interrupt the flow of current.
  • the invention also relates to a method for operating a load.
  • a specific time profile of the current occurs at a given voltage source.
  • a rectangular voltage pulse with a rectangular current profile in phase will be set as a direct current source.
  • switching regulator often referred to as switching power supplies or converters to provide electrical.
  • the object is achieved by a circuit arrangement according to claim 1.
  • a circuit arrangement according to the preamble of claim 2 is arranged parallel to the controllable switch and the electrical load, a capacitor.
  • the circuit arrangement according to the invention is intended to supply the load with pulses.
  • the controllable switch is preferably switched on and off regularly.
  • the load is supplied with a substantially rectangular voltage. This means that a voltage is supplied to the load for a first period of time and no voltage is supplied for a second period of time, that is, a pulse pause.
  • the switch-on time can also be referred to as pulse width. Due to the power supply in pulse form, it is possible that even consumers with lower nominal voltages can be operated at much higher voltages.
  • inertia is to be understood as meaning that the load wishes to remain in a state caused by the supply of electrical energy. Examples of this would be the maintenance of the rotational movement due to the inertia of an electric motor, the self-inductance in inductors, which counteracts a rapid change in current in inductors, or the time that elapses until a heating element changes its temperature.
  • controllable switch and the load can be connected in series with one another.
  • the power supply may be a DC power source in the form of rechargeable batteries or batteries, in particular having output voltages in the range of 12-24 volts or formed by an AC electrical network, the AC voltage preferably being rectified by means of a bridge rectifier and preferably having a voltage of 230 volts.
  • a transistor in particular a field effect transistor, is used for the controllable switch.
  • other switching elements of the power electronics such as thyristors and the like can be used in an alternative manner.
  • a light bulb or a rechargeable battery was used.
  • the further load represents another consumer, wherein the other consumer can provide a net output, namely the light emitted by the bulb or the energy stored in the accumulator.
  • a possible explanation for the more efficient current efficiency can be seen in the inertia of the load or workload.
  • the filament of the lightbulb "glows" for a certain period of time even after the current has been switched off and maintains the brightness
  • This effect is achieved according to the invention by the pulsed operation in which a voltage pulse is applied which is significantly greater than The electric motor remains in rotary motion due to the inertia even with short-term disconnected power supply
  • the further load can also be designed, for example, in the form of an ohmic resistance.
  • an astable multivibrator can be used in a known manner.
  • pulse width and pulse pause are set as a function of the characteristic of the load.
  • the pulse pause in relation to the pulse width is to be chosen so that the previously discussed inertia of the load causes on the one hand the efficiency is increased and on the other hand, the pulse pause, ie the state in which the load is electrically unaided , the operation does not disturb or only insignificantly.
  • a voltage to the Load applied while whenever the controllable switch is open, so during the pulse break, an electric storage element, in particular a capacitor, is charged.
  • FIG. 1 shows a circuit according to the invention with a light source as a load
  • FIG. 2 shows a circuit according to the invention with an electric motor as a load
  • FIG. 4 shows a circuit according to the invention with a light source as a load with a multivibrator as a drive circuit
  • Fig. 5 is an adapted for connection to an AC power supply circuit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention with a light source as a load.
  • the circuit is supplied by a battery AK with DC voltage. Between the output terminals, so the positive pole and the mass of the accumulator AK a capacitor C is connected. Parallel to the capacitor C, a series circuit of a light source Rb2 and a controllable switch T is connected, which is designed as a transistor.
  • a further light source Rb1 is shown, which, however, was used only for testing purposes in the laboratory of the applicant. The light source Rb1 is thus bridged in the realized embodiment of the circuit according to the invention.
  • the Rb1 light source is of course supplied with constant, non-pulsed voltage, allowing comparisons in the laboratory.
  • a drive unit l-gen for the switch T is shown.
  • the supply voltage for the drive unit I gene is taken directly from the accumulator AK and is connected to ground, as well as the switch T. If now the switch T is opened, the capacitor C charges until it drops a voltage which corresponds in value to the DC voltage. If the switch is closed, the capacitor C discharges and, like the accumulator of the light source Rb2, supplies electrical energy. If the pulse width is selected correctly, ie if the switch-on time of the switch T is correctly selected, a voltage pulse can be applied to the incandescent lamp which is significantly greater than the permissible maximum voltage during continuous operation.
  • FIG. In this is shown schematically the course of current over time.
  • the time is plotted on the Y-axis the amplitude of the current.
  • the area designated S1 corresponds in size to the areas designated S2.
  • the area Sl is bounded above by a line which corresponds to the current profile during continuous operation; the areas S2 are enclosed by the pulse-like current profile during pulsed operation. If the sum of the areas of S2 does not exceed the size of the area S1, it is possible to supply a load with higher amplitude values of the current than would be possible in continuous operation.
  • Applicant's experiments have shown that 90% brightness of the light source can be achieved when the ratio of on-time to off-time is about 60:40. Preferably, this range can be between 65:35 and 50:50.
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement according to the invention with an electric motor M as a load.
  • the circuit arrangement is again supplied with DC voltage by an accumulator AK and is fundamentally unchanged with respect to FIG. 1, but the light source Rb1 from FIG. 1 is now designated A. Again, this light source A is installed only for test purposes and can be omitted, so be bridged in real circuit operation.
  • the motor M a capacitor is connected in parallel. The basic mode of operation does not change with respect to FIG.
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention with a light source as load and with a multivibrator as drive circuit according to FIG.
  • a field effect transistor T1 is provided as a controllable switch.
  • the load in turn forms a light source Rb2.
  • Rb1 is for testing purposes only and may be omitted, referring to the positive effects described in connection with the embodiment illustrated in FIG.
  • the fuse F protects the multivibrator, which is formed by the resistors R, Rl to R5, the capacitors C3 and C4 and by the transistors T2 and T3.
  • the multivibrator is connected to ground via a filter capacitor C2. Since the operation of such a multivibrator is well known, will be omitted here for a more detailed explanation. For more detailed information, go to the link http: / 7de. referenced wikipedia.org/wiki/Multivibrator.
  • FIG. 5 shows the use of the circuit arrangement according to the invention on an AC power supply network.
  • the circuit arrangement according to the invention is supplied by means of a bridge rectifier DI with pulsed DC voltage.
  • the capacitors C1 and C2 connected in parallel with one another and between the high-voltage output (+) and ground (-) of the rectifier D1 are used as transfer capacitors, as in the previously explained figures, and correspond to the capacitor C1 in these figures.
  • a switch T1 is shown, which is designed as a field effect transistor.
  • the load is shown only as an ohmic resistor Rb and may be formed for example by a heating coil.
  • the load Rb is connected to the terminals (+) or the high-voltage output and the terminal K, whereby the terminal K is used for series connection with the controllable switch T1.
  • the terminals (-) and C are used for measurement and test purposes and can be omitted or alternatively used to connect an additional capacitor C3 to the capacitors C1 and C2. This is done to match the capacitors to the characteristic of the load Rb. For example, this can be done so that the load Rb is connected to the terminals C and K.
  • the multivibrator is formed by the resistors R1 to R4, the capacitors C4 and C5 and the transistors T2 and T3.
  • the multivibrator is supplied with 12 V DC, which is obtained via a transformer Tr and a bridge rectifier D2 from the AC power supply network.
  • the capacitor C6 serves as a filter capacitor.
  • the capacitors are:
  • capacitors C1 and C2 are - 330 mF, C3 -100 mF

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last mit gepulster Spannung, aufweisend eine Spannungsversorgung, an die der elektrische Verbraucher angeschlossenen ist sowie einen steuerbaren Schalter, der so mit der Spannungsversorgung und dem elektrischen Verbraucher verschaltet ist, dass er in der Lage ist, den Stromfluss zu unterbrechen, wobei parallel zum steuerbaren Schalter und zur elektrischen Last ein Element zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere ein Kondensator, angeordnet ist.

Description

„Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last mit gepulster Spannung" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last mit gepulster Spannung. Derartige Schaltungsanordnungen weisen eine Spannungsversorgung auf, an die der elektrische Verbraucher angeschlossen ist sowie einen steuerbaren Schalter, der so mit der Spannungsversorgung und der elektrischen Last verschaltet ist, dass er in der Lage ist den Stromfluss zu unterbrechen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Last.
Abhängig von der Einschaltdauer des steuerbaren Schalters und Charakteristik des Verbrauchers stellt sich bei einer gegebenen Spannungsquelle ein bestimmter zeitlicher Verlauf des Stromes ein. Beispielsweise wird sich bei einem ohmschen Verbraucher und einem Akkumulator als Gleichstromquelle ein rechteckförmiger Spannungspuls mit einem sich hierzu in Phase befindlichen rechteckförmigen Stromverlauf einstellen.
Es ist bekannt elektrische Lasten mittels sogenannter Schaltregler, oft auch als Schaltnetzteile oder Wandler bezeichnet, elektrisch zu versorgen.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine alternative Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine An- steuerung von elektrischen Lasten mit gepulster Spannung möglich macht. Hierbei soll ein möglichst effizienter Betrieb ermöglicht werden. Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 parallel zum steuerbaren Schalter und zur elektrischen Last ein Kondensator angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll die Last mit Impulsen versorgen. Hierzu wird der steuerbare Schalter vorzugsweise re- gelmäßig ein und ausgeschaltet. Hierdurch wird der Last eine im Wesentlichen rechteckför- mige Spannung zugeführt. Das heißt, dass der Last für eine erste Zeitspanne eine Spannung zugeführt wird und für eine zweite Zeitspanne, also einer Pulspause, keine Spannung zugeführt wird. Die Einschaltzeit kann auch als Pulsweite bezeichnet werden. Durch die Spannungsversorgung in Pulsform ist es möglich, dass auch Verbraucher mit niedrigeren Nennspannungen an weit höheren Spannungen betrieben werden können. Dadurch, dass man die Puisweite reduziert, reduziert man die im Mittel an der Last anliegende Spannung bzw. den durch die Last fließenden Strom und somit die von der Last aufgenommene Leistung. Um die angesprochene effiziente Betriebsweise zu realisieren, muss die Last ein gewisses Mindestmaß an Trägheit besitzen und die Pulsweite und die Pulspause entsprechend hierauf abgestimmt sein. Unter Trägheit ist hierbei zu verstehen, dass die Last in einem bestimmten durch die Zuführung von elektrischer Energie verursachten Zustand verharren möchte. Beispiele hierzu wären die Aufrechterhaltung der Drehbewegung infolge der Massenträgheit bei einem Elektromotor, die Selbstinduktion bei Induktivitäten, die einer schnellen Stromänderung bei Induktivitäten entgegen wirkt, oder die Zeitdauer, die vergeht bis ein Heizstab seine Temperatur verändert. Positive Effekte können aber auch auftreten, wenn beispielsweise die Trägheit des menschlichen Auges ausgenützt wird, dass wenn eine Lichtquelle mit hoher Pulsfrequenz ein und ausgeschaltet wird, kann das Ein- und Ausschalten der Lichtquelle vom menschlichen Auge nicht mehr wahr genommen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Insbesondere können der steuerbare Schalter und die Last seriell miteinander verschaltet sein. Die Spannungsversorgung kann eine Gleichstromquelle in Form von Akkumulatoren oder Batterien insbesondere mit Ausgangsspannungen im Bereich von 12 - 24 Volt sein oder durch ein elektrisches Wechselspannungsnetz gebildet sein, wobei die Wechselspannung vorzugsweise mittels eines Brückengleichrichters gleichgerichtet werden kann und vorzugsweise eine Spannung von 230 Volt effektiv ist.
Vorzugsweise wird für den steuerbaren Schalter ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor, eingesetzt. Dem Fachmann ist jedoch bekannt, dass auch andere Schaltelemente der Leistungselektronik, wie Thyristoren und dergleichen in alternativer Weise verwendet werden können.
Versuche des Anmelders haben gezeigt, dass die Verwendung mindestens einer weiteren Last in der Schaltungsanordnung zu einem überraschenden Ergebnis führt. Im Folgenden wird zur Unterscheidung der„eigentlichen Last" von der„weiteren Last" die eigentliche Last als„Arbeitslast" bezeichnet. Eine seriell zur Arbeitslast geschaltete weitere Last führte zu einer effizienteren Ausbeute des von der Spannungsversorgung bereitgestellten Stromes. Der durch die Arbeitslast bedingte Verbrauch konnte verringert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist somit mindestens eine weitere Last seriell zwischen die Arbeitslast und die Spannungsversorgung geschaltet. Zwischen der Arbeitslast und der weiteren Last ist ein Knotenpunkt für die Verbindung mit dem Kondensator vorhanden. Obwohl die Spannungsversorgung zwei seriell miteinander verbundene Lasten - die Arbeitslast und die weitere Last - versorgte, wurde in den Versuchen kein höherer Stromfluss gemessen. Trotz der weiteren Last verringerte sich die Leistung an der Arbeitslast nur geringfügig. Für Testzwecke wurde eine Glühbirne oder ein Akkumulator bzw. eine wiederauf- ladbare Batterie verwendet. Die weitere Last stellt einen weiteren Verbraucher dar, wobei der weitere Verbraucher eine Nutzleistung erbringen kann, nämlich das von der Glühbirne ausgesendete Licht bzw. die im Akkumulator gespeicherte Energie. Eine mögliche Erklärung für die effizientere Stromausbeute kann in der Trägheit der Last bzw. Arbeitslast gesehen werden. Für den Fall einer Glühbirne als Arbeitslast„glüht" der Faden der Glühbirne auch nach Abschalten des Stromes eine gewisse Zeitdauer nach und behält die Helligkeit bei. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß noch durch den Impulsbetrieb, bei dem ein Spannungsimpuls angelegt wird, der deutlich größer ist als die zulässige Maximalspannung im Dauerbetrieb, verstärkt. Analog verhält es sich, wenn als Arbeitslast ein Elektromotor verwendet wird. Der Elektromotor verbleibt aufgrund der Massenträgheit auch bei kurzfristig abgeschalteter Spannungsversorgung in Drehbewegung. Auch für den Elektromotor gilt, dass der Effekt durch die impulsförmige Beaufschlagung mit einer höheren Spannung als der Maximalspannung im Dauerbetrieb verstärkt wird. Auch bei einer Induktivität als Arbeitslast wurde eine analoge Beobachtung gemacht, die sich gleichermaßen erklären lassen könnte. Die weitere Last kann auch beispielsweise in Form eines ohmschen Widerstands ausgestaltet sein.
Versuche des Anmelders haben gezeigt, dass die Schaltungsanordnung besonders effizient ist, wenn die elektrische Last eine Lichtquelle in Form einer Glühlampe oder in Form einer Leuchtdiode ist. So konnte eine Lampe, die an einem 12 Volt Akkumulator im Dauerbetrieb nur 25 Minuten betrieben werden konnte, im Impulsbetrieb mit dem gleichen Akkumulator 65 Minuten betrieben werden. Ferner haben die Versuche des Anmelders gezeigt, dass für den Fall, dass als Last ein Elektromotor verwendet wird, diesem ein weiterer Kondensator pa- rallel geschaltet werden kann, um die Effizienz weiter zu steigern. Natürlich kann als Last auch ein elektrisches Heizelement, beispielsweise in Form einer Heizspirale, eingesetzt werden.
Für die Ansteuerung des steuerbaren Schalters kann ein astabiler Multivibrator in bekannter Weise verwendet werden.
Vorzugsweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Last an einer Schaltungsanordnung in der Art der Erfindung Pulsweite und Pulspause in Abhängigkeit von der Charakteristik der Last eingestellt. Hierbei ist zu beachten, dass insbesondere die Pulspause im Verhältnis zur Pulsweite so zu wählen ist, dass die zuvor diskutierte Trägheit der Last dazu führt, dass einerseits die Effizienz gesteigert wird und andererseits die Pulspause, also der Zustand in dem die Last elektrisch gesehen unversorgt ist, den Betrieb nicht oder nur unwesentlich stört. Dementsprechend wird immer dann, wenn der steuerbare Schalter geschlossen ist, also während der Pulsweitenzeit, eine Spannung an die Last angelegt, während immer dann, wenn der steuerbare Schalter geöffnet ist, also während der Pulspause, ein elektrisches Speicherelement, insbesondere ein Kondensator, aufgeladen wird. Erfindungsgemäß ist es bei dem Verfahren bevorzugt vorgesehen, dass für den Spannungspuls ein höherer maximaler Spannungswert gewählt wird als die zulässige Maximalspannung der Last bei Dauerbetrieb.
Versuche des Anmelders haben gezeigt, dass gute Ergebnisse erreicht werden, wenn eine Lichtquelle, im konkreten Fall eine 50 Watt Glühlampe, an der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betrieben wird, die an einer Gleichspannungsquelle mit 12 Volt angeschlossen ist, wenn für die Pulsweite eine Einschaltzeit von 0,025 bis 0,035 Millisekunden und für die Pulspause eine Ausschaltzeit von 0,035 bis 0,040 Millisekunden gewählt wird. Versuche des Anmelders haben außerdem gezeigt, dass gute Ergebnisse erreicht werden, wenn ein Heizelement an der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betrieben wird, die an einer Wechselspannungsquelle mit 230 Volt effektiv angeschlossen wird oder wenn eine Lichtquelle, in einem weiteren Fall eine 20 Watt Glühlampe, an der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betrieben wird, die an einer Gleichspannungsquelle mit 12 Volt angeschlossen ist, wenn für die Pulsweite eine Einschaltzeit von etwa 0,15 Millisekunden und für die Pulspause eine Ausschaltzeit von etwa 0,20 Millisekunden gewählt wird.
Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung mit einer Lichtquelle als Last,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung mit einem Elektromotor als Last,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Stromverlaufs,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltung mit einer Lichtquelle als Last mit einem Multivibra- tor als Ansteuerschaltung,
Fig. 5 eine für den Anschluss an ein Wechselspannungsversorgungsnetz adaptierte erfindungsgemäße Schaltung.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Lichtquelle als Last. Die Schaltungsanordnung wird von einem Akkumulator AK mit Gleichspannung versorgt. Zwischen die Ausgangsklemmen, also dem Pluspol und der Masse des Akkumulators AK ist ein Kondensator C angeschlossen. Parallel zum Kondensator C ist eine Serienschaltung aus einer Lichtquelle Rb2 und ein steuerbarer Schalter T angeschlossen, der als Transistor ausgeführt ist. Außerdem ist eine weitere Lichtquelle Rb1 dargestellt, die jedoch nur zu Testzwecken im Labor vom Anmelder eingesetzt wurde. Die Lichtquelle Rb1 ist also im realisierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung überbrückt. Zur Klarstellung sei hier noch vermerkt, dass die Lichtquelle Rb1 natürlich mit konstanter, nichtgepulster Spannung versorgt wird und so Vergleiche im Labor ermöglicht.
Durch die zu Testzwecken eingesetzte Lichtquelle Rb1 wurde eine überraschende Beson- derheit der Schaltungsanordnung festgestellt. Bei Verwendung der Lichtquelle Rb1 , die eine weitere Last in der Schaltungsanordnung darstellt, verringerte sich die Leuchtstärke der Lichtquelle Rb2, aber der Stromfluß blieb trotz weiterer Lichtquelle Rb1 gleich wie zu dem Fall, dass die Lichtquelle Rb2 nicht in der Schaltungsanordnung vorhanden war. Die serielle Schaltung einer weiteren Last zwischen Akkumulator AK und Lichtquelle Rb2 führt zu einem effizienteren Stromverbrauch.
Außerdem ist eine Ansteuereinheit l-gen für den Schalter T dargestellt. Die Versorgungsspannung für die Ansteuereinheit l-gen wird direkt am Akkumulator AK entnommen und ist mit Masse, ebenso wie der Schalter T, verbunden. Wird nun der Schalter T geöffnet, lädt sich der Kondensator C solange auf, bis an ihm eine Spannung abfällt, die in ihrem Wert der Gleichspannung entspricht. Wird der Schalter geschlossen entlädt sich der Kondensator C und führt ebenso wie der Akkumulator der Lichtquelle Rb2 elektrische Energie zu. Bei richtiger Wahl der Pulsweite, also bei richtiger Wahl der Einschaltzeit des Schalters T kann an die Glühlampe ein Spannungsimpuls angelegt werden, der deutlich größer ist, als die zulässige Maximalspannung bei Dauerbetrieb. Zum besseren Verständnis wird hier auf Figur 3 verwiesen. In dieser ist schematisch der Stromverlauf über die Zeit dargestellt. Auf der X- Asche ist somit die Zeit aufgetragen auf der Y-Achse die Amplitude des Stromes. Die mit S1 bezeichnete Fläche entspricht in ihrer Größe den Flächen die mit S2 bezeichnet sind. Die Fläche Sl wird oberhalb durch eine Linie begrenzt, die dem Stromverlauf bei Dauerbetrieb entspricht; die Flächen S2 werden durch den impulsartigen Stromverlauf bei Pulsbetrieb umschlossen. Übersteigt die Summe der Flächen von S2 nicht die Größe der Fläche Sl ist es möglich, einer Last höhere Amplitudenwerte des Stromes zuzuführen als dies bei Dauerbetrieb möglich wäre. Versuche des Anmelders haben gezeigt, dass eine Helligkeit der Lichtquelle von 90 % erreicht werden kann, wenn das Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit etwa 60:40 beträgt. Vorzugsweise kann dieser Bereich zwischen 65:35 und 50:50 liegen. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Elektromotor M als Last. Die Schaltungsanordnung wird wiederum von einem Akkumulator AK mit Gleichspannung versorgt und ist gegenüber der Figur 1 grundsätzlich unverändert, allerdings wird die Lichtquelle Rb1 aus Figur 1 nun mit A bezeichnet. Auch hier ist diese Lichtquelle A nur zu Testzwecken verbaut und kann entfallen, also im realen Schaltungsbetrieb überbrückt werden. Außerdem ist dem Motor M ein Kondensator parallel geschaltet. Die grundsätzliche Funktionsweise verändert sich gegenüber der Figur 1 nicht.
Hinsichtlich der positiven Effekte, die mit der zusätzlichen Last A erzielt werden, wird auf die Ausführungen zum in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwiesen. In Figur 4 wird eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Lichtquelle als Last und mit einem Multivibrator als Ansteuerschaltung gemäß Figur 1 gezeigt. Als steuerbarer Schalter ist ein Feldeffekt-Transistor T1 vorgesehen. Die Last bildet wiederum eine Lichtquelle Rb2. Rb1 dient wiederum nur zu Testzwecken und kann entfallen, wobei auf die im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen positiven Effekte verwiesen wird. Die Sicherung F schützt den Multivibrator, der durch die Widerstände R, Rl bis R5, die Kondensatoren C3 und C4 sowie durch die Transistoren T2 und T3 gebildet ist. Der Multivibrator ist über einen Filterkondensator C2 mit Masse verbunden. Da die Funktionsweise eines derartigen Multivibrators allgemein bekannt ist, wird hier auf eine genauere Erläuterung verzichtet. Für genauere Informationen wird auf den Link http:/7de. wikipedia.org/wiki/Multivibrator verwiesen.
In Figur 5 ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an einem Wechselspannungsversorgungsnetz wiedergegeben. Hierbei wird die erfindungsgemäße Schaltungs- anordnung mittels eines Brückengleichrichters DI mit gepulster Gleichspannung versorgt. Die parallel zueinander und zwischen Hochvolt-Ausgang (+) und Masse (-) des Gleichrichters D1 geschalteten Kondensatoren C1 und C2 dienen wie in den vorher erläuterten Figuren als Übertragungskondensatoren und entsprechen dem Kondensator Cl in diesen Figuren. Als steuerbarer Schalter ist wiederum ein Schalter T1 gezeigt, der als Feldaffekttransistor ausgeführt ist. Die Last ist nur als ohmscher Widerstand Rb dargestellt und kann beispielsweise durch eine Heizspirale gebildet sein. Die Last Rb ist an die Klemmen (+) bzw. dem Hochvolt-Ausgang und der Klemme K angeschlossen, wobei über die Klemme K die Serien- verschaltung mit dem steuerbaren Schalter T1 erfolgt. Die Klemmen (-) und C dienen Mess- und Testzwecken und können entfallen oder alternativ dazu genutzt werden, um einen zu- sätzlichen Kondensator C3 mit dem Kondensatoren C1 und C2 zu verbinden. Dies erfolgt, um die Kondensatoren an die Charakteristik der Last Rb anzupassen. Beispielsweise kann das so erfolgen, dass die Last Rb an die Klemmen C und K angeschlossen wird. Der Multivibrator wird gebildet aus den Widerständen R1 bis R4, den Kondensatoren C4 und C5 sowie aus den Transistoren T2 und T3. Versorgt wird der Multivibrator mit 12 Volt Gleichspannung, die über eine Transformator Tr und einem Brückengleichrichter D2 aus dem Wechsel- spannungs-Versorgungsnetz gewonnen wird. Der Kondensator C6 dient als Filterkondensator. Die grundsätzliche Funktionsweise dieser in Figur 5 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verändert sich nicht gegenüber den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen.
Die Kondensatoren sind:
Übertragung's Kondensator 1000 mF ( bei Lampen Belastung und 12 V) und 3300 bis 10000 mF ( Motoren Belastung)
Filter Kondensator 470 mF
Bei 230 V sind die Kondensatoren C1 und C2 - 330 mF , C3 -100 mF
und Filter Kondensator 1000 mF

Claims

Patentansprüche:
Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last aufweisend eine Spannungsversorgung, an die ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist, sowie einen steuerbaren Schalter, der so mit der Spannungsversorgung und dem elektrischen Verbraucher verschaltet ist, dass er in der Lage ist, den Stromfluss zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass seriell zwischen der Spannungsquelle und dem Verbraucher eine weitere Last geschaltet ist, und zwischen dem Verbraucher und der weiteren Last ein Knotenpunkt vorgesehen ist, der mit einem parallel zum steuerbaren Schalter und zur elektrischen Last geschalteten Element zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere ein Kondensator, verbunden ist.
Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Last mit gepulster Spannung, aufweisend eine Spannungsversorgung, an die der elektrische Verbraucher angeschlossenen ist sowie einen steuerbaren Schalter, der so mit der Spannungsversorgung und dem elektrischen Verbraucher verschaltet ist, dass er in der Lage ist den Stromfluss zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum steuerbaren Schalter und zur elektrischen Last ein Element zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere ein Kondensator, angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter und die Last seriell miteinander verschaltet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung eine Gleichstromquelle in Form von Akkumulatoren oder Batterien insbesondere mit Ausgangsspannungen im Bereich von 12 - 24 Volt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle ein elektrisches Wechselspannungsnetz mit einer Spannung von 230 Volt ist, wobei die Wechselspannung mittels eines Brückengleichrichters gleichgerichtet wird.
Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last eine Lichtquelle in Form einer Glühlampe oder in Form einer Leuchtdiode ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein Elektromotor ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Elektromotor ein weiterer Kondensator parallel geschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die elektrische Last ein Heizelement ist.
1 1. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des steuerbaren Schalters durch einen astabilen Multivi- brator erfolgt.
12. Verfahren zum Betreiben einer Last an einer Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend folgende Schritte:
a) Einstellen einer Pulsweite und einer Pulspause in Abhängigkeit von Charakteristik der Last
b) Schließen des steuerbaren Schalters während der Pulsweitenzeit um eine
Spannung an die Last anzulegen,
c) Öffnen des steuerbaren Schalters während der Pulspause, um ein elektrisches Speicherelement, insbesondere einen Kondensator, aufzuladen, d) Wiederholen der Schritte b) und c).
13. Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle mit 50 Watt nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1-4 und 6-1 1 an einer Gleichspannungsquelle mit 12 Volt, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulsweite ein Einschaltzeit von 0,025 bis 0,035 Millisekunden und für die Pulspause eine Ausschaltzeit von 0,035 bis 0,045 Millisekunden gewählt werden.
14. Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle mit 20 Watt nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1-4 und 6-1 1 an einer Gleichspannungsquelle mit 12 Volt, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulsweite ein Einschaltzeit von etwa 0,15 Millisekunden und für die Pulspause eine Ausschaltzeit von 0,20 Millisekunden gewählt werden.
15. Verfahren zum Betreiben eines Heizelements nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 -3 und 5-1 1 an einer Wechselspannungsquelle mit 230 Volt effektiv, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulsweite ein Einschaltzeit von etwa
0,15 Millisekunden und für die Pulspause eine Ausschaltzeit von 0,20 Millisekunden gewählt werden.
16. Verfahren zum Betreiben einer Last Watt an einer Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der
Pulsweite 35 bis 50 % und die Zeitdauer der Pulspause 65 bis 50 % der Gesamtdauer eines Pulses plus Pause beträgt.
7. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Last an einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Spannungspuls ein höherer maximaler Spannungswert gewählt wird als die zulässige Maximalspannung der Last bei Dauerbetrieb.
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