DE2703129A1

DE2703129A1 - Steuerschaltung fuer einen elektromagneten

Info

Publication number: DE2703129A1
Application number: DE19772703129
Authority: DE
Inventors: Bryan Johnson
Original assignee: Instron Holdings Ltd
Current assignee: Instron Holdings Ltd
Priority date: 1976-01-27
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1977-07-28
Also published as: JPS5293962A; GB1511931A; FR2339944A1

Description

High Wycombe, Buckinghamshire, England

Steuerschaltung für einen Elektromagneten

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Elektromagneten mit einer Gleichspannungsquelle.

Zu? Ermüdungsprüfung von Materialien werden häufig elektromagnetische Resonanzvorrichtungen verwendet, da sie hohe Arbeitsfrequenzen aufweisen und relativ geringe Leistungen erfordern. Die Anregungskraft wird vom einem Elektromagneten erzeugt, der normalerweise mit einem linearen Verstärker mit etwa 400 Watt über einen Arbeitsfrequenzbereich von 50 bis 300 Hz betrieben wird. Ein linearer Verstärker hat den Nachteil eines hohen Leistungsverlustes, hoher Kosten und mittlerer Verlässlichkeit. Eine Alternative liegt in der Verwendung eines einfachen Schalterantriebs für den Magneten. Ein Elektromagnet jedoch stellt einen kleinen Lastwiderstand mit hoher Induktanz dar und bei einem Schalterantriebssystem ergeben sich Probleme hinsichtlich vorrübergehender bzw. sich ändernder Spannungen und der Vernichtung der im Magneten gespeichertem

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Energie sowie hinsichtlich dem Erreichen kurzer Stromanstiegszeiten und der Begrenzung des Stromes auf einen sicheren Wert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Betreiben eines Elektromagneten zu schaffen, die den gestellten Anforderungen in einwandfreier Weise genügt.

Diese Aufgabe wird mit einer Steuerschaltung der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß gelöst durch eine Schalteinrichtung mit einem Steuereingang, die bei Beaufschlagen des Steuereingangs mit einem Steuerimpuls einen durch den Elektromagneten fließenden Strom erzeugt, der mit einer gegebenen Geschwindigkeit linear zunimmt, und bei Beendigung des Impulses eine lineare Abnahme des Stromes durch den Elektromagneten mit der gleichen Geschwindigkeit hervorruft, und einer Einrichtung, die, sobald der Strom durch den Elektromagneten ein bestimmtes Maximum erreicht, eine weitere Zunahme des Stromes verhindert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

P i g. 1 ein Schaltbild einer Steuerschaltung, P i g. 2 ein Schaltbild eines Teils der F i g. 1 zur Darstellung

des Stromflusses unter verschiedenen Bedingungen, P i g. 3 verschiedene Wellenformen und
F i g. ^ ein Schaltbild eines Pegelschiebers.

Die Schaltung der F i g. 1 enthält ein Halteglied, das durch ein Paar über Kreuz geschalteter NAND-Verknüpfungsglieder G₁, G_? gebildet ist, drei Transistoren Q₁, Q₂, Q,, ein NAND-Verknüpfungsglied 10, Dioden D₁, D₂, einen Widerstand R und eine induktive Last L, die den Elektromagneten darstellt. Im praktischen Gebrauch werden mit dem Halteglied und einem Eingang des Verknüpfungsgliedes 10 verbundenen Steuereingang Rechteckwellenimpulse

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zugeführt. Der Ausgang a des Haltegliedes ist mit dem anderen Eingang des Verknüpfungsgliedes 10 verbunden.

Wenn der Steuereingang auf niederem Wert ist, sperren die Transistoren Q₁ und Q₂ und das durch G₁ und Gp gebildete Halteglied ist in dem Zustand in dem es bei a einen hohen Ausgang erzeugt. Wenn der Steuereingang auf hohen Wert geht, werden die Transistoren Q₁ und Q_P durchlässig, so daß durch L ein Strom fließt,

Vc c
der mit einer Geschwindigkeiten—γ— zunimmt, wie in P i g. 3 mit A bezeichnet. Dieser Stromfluß ist in F i g. 2 durch den Stromweg A dargestellt.

durch
Wenn der Laststrom einen/R bestimmten Wert erreicht, wird durch den Transistor Q, ein Signal zum Halteglied gesandt, um es zu schalten und zu bewirken, daß sein Eingang bei A auf niederen Wert geht. Dies schaltet den Transistor Q₁ ab bzw. sperrt ihn und die Rückwärts-E.M.F. von L bewirkt, daß der Punkt D auf negativen Wert geht. Die Diode Dp leitet dann und der Laststrom fließt durch Dp, L, Q₂ und R und nimmt dabei mit einer Geschwindigkeit ab, die durch den Gesamtwiderstand in der Schleife und den Spannungsabfall über Q₂ und D₂ gegeben ist, wie bei B in F i g. 3 dargestellt. Dieser Stromfluß ist in F i g. 2 durch den Strompfad B dargestellt. Bei einem Elektromagneten mit hoher Induktanz und niederem Gleichstromwiderstand ist die Abnahmegeschwindigkeit klein.

Wenn der Steuereingang wieder auf niederen Wert geht, wird das Halteglied G₁, G₂ rückgesetzt, der Transistor Q₂ wird abgeschaltet bzw. sperrt,und die Rück-E.M.F. von L bewirkt, daß D₁* und D₅ leiten. Der Laststrom fließt von OV durch D_D, L und D₁ zu Vcc und nimmt dabei mit einer Geschwindigkeit vis —γ— ab, wie in F i g. 3 bei C gezeigt. Dieser Strom ist in F i g. 2 durch den otrompfad C dargestellt und führt die in L gespeicherte Energie wieder der Energiequelle zu.Wenn der Laststrom Null erreicht,fällt die Rück-E.M.F. von L auf 0 ab und D₁ und D₂ hören auf zu leiten.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist der Stromp£ad B unwirksam, wenn

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der Steuereingang auf niederen Wert geht bevor der Laststrom einen Maximalwert erreicht. In diesem Falle nimmt der Laststrom mit einer durch den Strompfad C gegebenen Geschwindigkeit auf Null ab.

Erforderlichenfalls können anstelle der Transistoren andere Schalteinrichtungen, beispielsweise mit Verknüpfungsgliedern arbeitende Abschalt-SCRs verwendet werden.

Die Schaltung enthält einen Pegelschieber 11, der in F i g. 4 genauer dargestellt ist.

Weil der Emitter des Transistors Q₁ an Vcc liegt, sperrt Q₁, wenn die Basisspannung Vcc beträgt_/ und ist durchlässig, wenn die Basisspannung Vcc -1 Volt beträgt. Der Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 10 geht von Ov auf + 5v und die Funktion des Pegelschiebers liegt darin, diesen übergang im Ausgang in einen Pegel umzuwandeln, der zum Treiben der Basis von Q₁ geeignet ist. Er erreicht dies auf folgende Weise:

Wenn der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 10 auf niederem Wert liegt, sperrt ein Transistor Q₁^, wodurch wiederum ein weiterer Transistor Q₁- sperrt. Dies ermöglicht dem Transistor Q₁ wegen des Stromes, der von der Basis von Q₁ durch R, zu Ov fließt, anzuschalten bzw. durchlässig zu werden. Wenn der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 10 auf hohem Wert liegt, schalten die Transistoren Qj. und Qj. an, wodurch die Basis des Transistors Q₁ auf Vcc gebracht wird und der Transistor Q₁ somit abgeschaltet wird.

Die Vorteile der Erfindung sind folgende:

1. Fehlen eines hohen Energieverlustes, der bei linearen Magnettreiberverstärkern auftritt, zusammen mit größerer Verlässlichkeit und geringeren Kosten.

2. Fehlen eines hohen Energieverlustes, der in Widerständen oder Zenerdioden auftritt, wenn der Magnet mit einem herkömmlichen Schalterantrieb abgeschaltet wird.

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3. Stark verminderte Energieversorgungserfordernisse. Beispielsweise verbraucht ein herkömmlicher Schalterantrieb bei einer Spannung von 100 Volt 5 Ampere, während das im vorgehenden beschriebene System für den gleichen Magnetstrom bei 100 Volt 0,7 Ampere verbraucht.

4. Die maximale, an den Transistoren oder Dioden auftretende Spannung ist auf die Versorgungsspannung begrenzt, während bei herkömmlichen Schalterantrieben an den Transistoren die doppelte Versorgungsspannung erscheint. Entsprechend kann eine höhere Vcc verwendet werden, damit die Stromanstiegszeit zunimmt, ohne daß dadurch Hochspannungstransistoren benötigt werden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

' l.ySteuerschaltung für einen Elektromagneten mit einer Gleichspannungsquelle, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (G., Gp, Q₁, Q₂, 10, 11, D₁, D₂) mit einem Steuereingang, die bei Beaufschlagen des Steüereingangs mit einem Steuerimpuls einen durch den Elektromagneten (L) fließenden Strom erzeugt, der mit einer gegebenen Geschwindigkeit linear zunimmt, und bei Beendigung des Impulses eine lineare Abnahme des Stromes durch den Elektromagneten mit der gleichen Geschwindigkeit hervorruft, und einer Einrichtung (R, Q-,), die,sobald der Strom durch den Elektromagneten ein bestimmtes Maximum erreicht, eine weitere Zunahme des Stromes verhindert.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Halteglied, das durch ein Paar über Kreuz geschalteter NAND-Verknüpfungsglieder (G₁, Gp) gebildet ist, ein NAND-Verknüpfungsglied (10), wobei der Steuereingang mit dem Halteglied und einem Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes verbunden ist und der Ausgang des Verknüpfungsgliedes mit dem anderen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes verbunden ist, Schaltvorrichtungen (Q₁, Q₂) die mit dem Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes und dem Steuereingang verbunden sind und bei Anlegen eines Steuerimpulses geschaltet werden, um den linear zunehmenden Strom durch den Elektromagneten hervorzurufen, und eine weitere Schaltvorrichtung (Transistor Q,)_y die mit dem Halteglied verbunden ist und dieses schaltet, wenn der Strom einen vorgestimmten Wert erreicht, und dadurch die mit dem NAND-Verknüpfungsglied verbundene Schaltvorrichtung (Transistor Q₁) abschaltet und eine Abnahme des Stromes durch den Elektromagneten hervorruft.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtungen Transistoren (Q₁, Q₂, Q-*) sind.

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ORIGINAL INSPECTED

H. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Pegelschieber (11), der zwischen das NAND-Verknüpfungsglied (10) und den mit dem Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes verbundenen Transistor (Q₁) geschaltet ist.

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