DE2502049B2

DE2502049B2 - Schaltungsanordnung zur verbesserung der energieausnutzung einer primaeren gleichspannungsquelle

Info

Publication number: DE2502049B2
Application number: DE19752502049
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-20
Filing date: 1975-01-20
Publication date: 1977-05-12
Also published as: DE2502049A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines über eine periodisch arbeitende Schaltvorrichtung betriebenen induktiven Stromverbrauchers ohne Kommutator mit parallel geschalteter Diode aus einer primären Gleichspannungsquelle, wobei die in der Selbstinduktivität des Stromverbrauchers gespeicherte Energie sich beim Abschaltvorgang über die Diode oder eine mit ihr in Reihe angeordnete Last entlädt.

Beim jedesmaligen Abschalten der Betriebsgleichspannung eines induktiven Verbrauchers sucht sich die in der Selbstiiiduktivität des Verbrauchers gespeicherte Energie über das Schaltorgan zu entladen. Die Größe der gespeicherten Energie ergibt sich bekanntlich aus der Beziehung

J =

LI²

wobei L die Selbstinduktion und / der Strom ist. Der zeitliche Verlauf der Energieentladung ist im wesentlichen vom Widerstand des geöffneten Schaltorgans abhängig. Der Strom hat nach dem Abschalten zunächst das Bestreben, in voller Höhe weiierzufließen. Daher traten am Schaltorgan gleichzeitig ein hoher Strom und eine hohe Spannung auf, wobei letztere sich aus der Summe der Betriebsgleichspannung und der in gleicher Richtung wirkenden Selbstinduktionsspannung zusammensetzt. Dies erfordert eine hinreichend hohe Spannungsfestigkeit des Schaltorgans oder besondere Schutzmaßnahmen.

Es ist bereits eine der eingangs genannten Gattung entsprechende Schaltanordnung für Magnethämmer bekannt, bei der eine primäre Gleichspannungsquelle zur Speisung eines über eine periodisch arbeitende Schaltvorrichtung betriebenen Schwingankermotors mit einer parallel geschalteten Diode dient (DT-PS 11 55 521). Dabei wird die in der Selbstinduktivität des Schwingankermotors gespeicherte Energie in einem Widerstand in nutzlose Abwärme umgesetzt.

Es ist ferner bekannt, bei einem Gleichstromgenerator eine elektrische Schaltvorrichtung als Spannungsregler zum Regeln der Erregung der Feldwicklung in Abhängigkeit von einer von dem Anker abgeleiteten Spannung vorzusehen, wobei, um eine zu große Verringerung der erzeugten Spannung bei entregter Feldwicklung zu vermeiden, eine Diode in frei laufender Verbindung mit der Feldwicklung angeordnet ist, an der eine Spannung abgegriffen wird, die dazu benutzt wird, die vom Anker abgeleitete, die Schaltvorrichtung steuernde Spannung zu vermindern, damit die Schaltvorrichtung ihre Kontakte rascher wieder schließt (US-PS 34 23 667). Diese Anordnung, die ebenfalls der eingangs genannten Gattung von Schaltungsanordnungen entspricht, bezweckt die Beeinflussung der Arbeitsweise des Spannungsreglers für die Felderregung eines Gleichstromgenerators mit einer von diesem selbst gelieferten Hilfsspannunp. nicht aber eine Nutzbarmachung sonst unausgenutzt Dleibender Energie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung die Energieausnutzung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Reihenschaltung mit der Diode ein Gleichstromverbraucher als Nutzstromverbraucher angeordnet ist. Dieser kann entweder als Energiequelle für einen weiteren Nutzstromverbraucher dienen oder selbst ein weiterer Nutzstronnverbraucher sein.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema zur Veranschaulichung des Grundprinzips der Erfindung,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung mit einer zusätzlichen Sammlerbatterie als Gleichstromverbraucher,

Fig.3 eine Schaltungsanordnung mit einem Gleichspannungswandler als Gleichstromverbraucher,

Fig.4 eine Schaltungsanordnung mit einem die primäre Gleichspannungsquelle durch Parallelschaltung seiner Ausgangsklemmen zu letztere unterstützenden Gleichspannungswandler, zu dessen Eingangsklemmen gegebenenfalls eine zweite, im Pufferbetrieb arbeitende Sammlerbatterie parallel geschaltet sein kann.

In Fi^. 1 ist 1 das Schaltorgan, beispielsweise ein Transistor, 2 der induktive Stromverbraucher, 3 eine zu diesem parallel geschaltete Diode und 4 ein Gleichstromverbraucher. Letzterer kann eine ohmsche, kapazitive oder induktive Last oder eine Kombination beliebiger Art solcher Lasten sein. Mit 5 ist ei.ie primäre Gleichspannungsquelle bezeichnet. Die Polung der mit

25

02 049

dem Gleichstromverbraucher 4 in Reihe angeordneten Diode 3 ist so eingerichtet, daß der Spannungsabfall an dem induktiven Stromverbraucher 2 im eingeschalteten bzw. durchgesteuerten Zustand der Schaltvorrichtung 1 nicht beeinflußt wird. Beim Abschalten der Schaltvorrichtung 1 fließt infolge der Entladung der in der Selbstinduktivität des induktiven Stromverbrauchers 2 gespeicherten Energie im Diodenstromkreis ein Gleichstrom in Durchlaßrichtung der Diode 3. Dieser Gleichstrom ruft an den Eingangsklemmen des Gieichstromverbrauchers 4 eine Potentialdifferen? hervor, deren Größe vom inneren Widerstand des Gleichstromverbrauchers abhängig ist. Die Leistungsaufnahme des Gleichstromverbrauchers 4 im Ausschaltzustand der Schaltvorrichtung 1 läßt sich aus den elektrischen Daten des Gleichstromverbrauchers ohne weiteres berechnen. Die von dem Gleichstromverbraucher 4 aufgenommene Energie kann nun entweder zwecks späterer Verwendung gespeichert, in dem Gleichsirornverbraucher unmittelbar nutzbar gemacht oder an andere Verbraucher weiiergegeben werden.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist eine Sammlerbatterie 6 als Gleichstromverbraucher in Reihe mit der Diode 3 parallel zu dem induktiven Stromverbraucher 2 angeordnet. Ein Schalttransistor 10, in diesem Fall ein NPN-Transistor, dient als Schaltvorrichtung. Die Sammlerbatterie 6 wird jedesmal geladen, wenn der Transistor 10 gesperrt ist und dadurch die Abschaltung bewirkt. Nur während dieses Abschaltzustands fließt der Entladungsstrom des induktiven Stromverbrauchers 2 im Diodenstromkreis.

Die erforderliche Polung der Diode 3 parallel zum induktiven Stromverbraucher 2 ergibt sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall. Wird beispielsweise ein PNP-Transistor als Schaltvorrichtung verwendet, dann soll die Diodenkathode direkt oder indirekt, beispielsweise unter Zwischenschaltung des Gleichstromverbrauchers, am Kollektor des PNP-Transistors liegen. Bei einem NPN-Transistor als Schaltvorrichtung wird die Diodenanode direkt oder indirekt, d. h. beispielsweise unter Zwischenschaltung des Gleichstromverbrauchers, mit dem Kollektor des NPN-Transistors verbunden. Die durch die Diodenpolung festgelegte Stromflußrichtung im Diodenstromkreis parallel zum induktiven Stromverbraucher 2 bestimmt sinngenäß auch die Eingangspolaiität der in diesen Stromkreis angeordneten Gleichstromverbraucher. Das gilt mit Ausnahme der Verwendung eines Induktionsmotors als Gleichstromverbraucher, bei dem in der Regel eine Polung ohne erhebliche Bedeutung ist.

Fig.3 zeigt eine Schaltungsanordnung als weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gleichspannungswandler 8 als Gleichstromverbraucher im Diodenstromkreis angeordnet ist. Mi'. 7 ist der (fiktive) Ersatzwiderstand des Gleichspannungswandler bezeichnet. 9 sind die Ausgangsklemmen des Gleichspannungswandlers 8, in diesem Fall eines DC/DC-Gleichspannungswandlers, an denen eine von der Eingangsgleichspannung des Gleichspannungswandlers und damit auch vom Stromkreis der primären Gleichspannungsquelle 5 elektrisch völlig getrennte Gleichspannung entnehmbar ist Soweit erforderlich, können an sich bekannte Maßnahmen zur Glättung und Stabilisierung der Eingangsspannung durch Kondensatoren, Zenerdioden, Stabilisatoren u dgl. zusätzlich vorgesehen werden.

An Stelle eines (DC/DC-)Gleichspannungswandlers 8 kann auch ein (DC/AC-)Wechselriehter 8 als Gleich-ο stromverbraucher angeordnet werden.

F i g. 4 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung als Ausführungsbeispiel, bei welcher der (DCVDC-)Gleichspannungswandler 8 mit seinen Ausgangsklemmen 9 parallel zu der primären Gleichspannungsquelle 5 mit

is Jem Stromkreis des induktiven Verbrauchers 2 und der hier als Transistor 10 ausgebildeten Schaltvorrichtung verbunden ist. Die Verbindung erfolgt hier durch Parallelschaltung der an den Klemmen 9 auftretenden sekundären Gleichspannung zur Gleichspannungsquelle 5, so daß letztere durch die sekundäre Gleichspannung unterstützt wird.

Außerdem kann bei einer Schaltungsanordnung nach dem Ausführungsbeispiel von Fig.4, wie dargestellt, eine Sammlerbatterie 6 parallel zu den Eingangsklem-

2s men des Gleichspannungswandlers 8 im Diodenstromkreis angeordnet sein, so daß diese Batterie zusammen mit dem Gleichspannungswandler den Gleichstromverbraucher bildet und diese beiden Schaltungselemente im »Pufferbetrieb« arbeiten. Die Batterie 6 wird durch den im Diodenstromkreis fließenden Gleichstrom geladen und speist gleichzeitig den Gleichspannungswandler 8. Die an dessen Ausgangsklemmen 9 auftretende Gleichspannung verbessert bei einer solchen Schaltung - mit oder ohne die zusätzliche Gleichspannungsbatterie 6 — unmittelbar den Wirkungsgrad des Primärstromkreises mit dem elektronischen Schalter bzw. Schaltverstärker 10 und dem induktiven Stromverbraucher 2.

Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier im einzelnen beschriebenen und dargestellten Beispiele. So kann es beispielsweise auch vorteilhaft sein, bei einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 oder nach Fig.4 austauschbare Sammlerbatterien 5 und 6 anzuwenden und gegebenenfalls Umschalter vorzusehen, mit deren Hilfe durch Umschaltung die Funktionen beider Sammlerbatterien vertauschbar sind.

An Stelle einer Sammlerbatterie kann als primäre Gleichspannungsquelle aber auch eine Brennstoffzellen-Batterie verwendet werden, beispielsweise eine solche, die auf Wasserstoff-Sauerstoff-Basis arbeitet. Dann kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung durch Erzeugung der erforderlichen chemischen Stoffe in einer als Gleichstromverbraucher 4 angeordnete· Elektrolyseapparatur und Zuführung der gewr>n^rit,ien Stoffe zu der Brennstoffzellen-Batterie eber.^r v.ls Energie rückgewonnen und damit der Wirkungskreis der gesamten Anordnung verbessert werden.

1 licr/u 1 Blatt .'eichmm^cn

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines über eine periodisch arbeitende Schaltvorrichtung betriebenen induktiven Stromverbrauchers ohne Kommutator mit parallel geschalteter Diode aus einer primären Gleichspannungsquelle, wobei die in der Selbstinduktivität des Stromverbrauchers gespeicherte Energie sich beim Abschaltvorgang über die Diode oder eine mit ihr in Reihe angeordnete Last entlädt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung mit der Diode (3) ein Gleichstromverbraucher (4) als Nutzstromverbraucher angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sammlerbatterie (6) als Gleichstromverbraucher angeordnet ist.

3.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein belasteter Gleichspannungswandler oder Wechselrichter (8) als Gleichstromverbraucher angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da3 eine Sammlerbatterie (6) und ein Gleichspannungswandler (8) in Parallelschaltung den Gleichstromverbraucher bilden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (9) des den Gleichstrom verbraucher bildenden Gleichspannungswandlers (8) zu den Klemmen der primären Gleichspannungsquelle (5) parallel geschaltet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromverbraucher eine gegen eine die primäre Gleichspannungsquelle (5) bildende Sammlerbatterie austauschbare Sammlerbatterie (6) enthält.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennstoffzellen-Batterie die primäre Gleichspannungsquelle (5) bildet, und der Gleichstromverbraucher (4) eine Elektrolyseapparatur enthält, welche zur Erzeugung von zwecks Energierückgewinnung der Brennstoffzellen-Batterie zuführbaren Stoffen dient.