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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Schaltschützes und eine Verwendung der Schaltungsanordnung zum Überbrücken eines Strombegrenzungswiderstandes für einen Zwischenkondensator eines Zwischenkreisumrichters.
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Für eine Schaltsteuerung einer magnetischen Schaltvorrichtung (elektromagnetische Schaltvorrichtung (Kontaktor)) wird ein Erregungsstrom, der einer Operationsspule zuzuführen ist, abgestimmt, um dadurch einen Hauptkontakt, der in einer Bedingung eines Leerlaufs ist als ein Ergebnis einer Ladung durch eine Federkraft, in einen Zustand zu steuern, der angezogen werden kann, und dann wird der Hauptkontakt gehalten und zu einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises verlagert. Ansteuersysteme von Operationsspulen enthalten ein System eines gleichspannungs-angesteuerten Typs und ein System eines wechselspannungs-angesteuerten Typs. Patentliteraturstellen 1 und 2 waren als Ansteuerschaltungen zum Umschalten einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung zu einer Anziehungsbedingung und einer Haltebedingung bekannt.
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Patentliteraturstelle 1 offenbart nämlich eine Operationsschaltung eines Schalters, in der ein Schalter, eine Schalteroperationsspule und ein Feldeffekttransistor in Reihe verbunden sind, und eine Gatter-Schaltung ein kontinuierliches schließendes Ein-Gatter-Signal für eine feste Zeit generiert, nachdem der Schalter geschlossen wurde, und ein Ein-/Aus-Gatter-Signal zum Halten einer festen Frequenz und einer vorbestimmten relativen Einschaltdauer generiert, nachdem die feste Zeit abgelaufen ist, sodass der Feldeffekttransistor durch ein Ausgangssignal von der Gatter-Schaltung ein- und ausgeschaltet wird.
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Außerdem offenbart Patentliteraturstelle 2 eine elektromagnetische Gleichstromeinrichtung, die versehen ist mit einer Operationsspule, einem Schaltelement und einem Stromerfassungswiderstand, der mit der Operationsspule in Reihe verbunden ist, einer Monoimpuls-Generierungsschaltung, die einen Monoimpuls mit einer Impulsbreite entsprechend einer Erregungszeit eines schließenden Spulenstroms der Operationsspule generiert, und einem Komparator zum Ausgeben, in einer Ausgabeperiode dieses Monoimpulses, eines Steuersignals, das einen Spulenstrom der Operationsspule zu einem eingestellten Strom proportional zu einer Energieversorgungsspannung zu dem Schaltelement steuert.
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Kurz gesagt enthält in der konventionellen Technologie eine Ansteuerschaltung einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung ein Halbleiterschaltelement und einen Stromerfassungswiderstand, der mit einer Operationsspule der Magnetschaltvorrichtung in Reihe verbunden ist, und eine Anziehungsbedingung und eine Haltebedingung wurden durch Steuern der Breite einer EIN-Zeit des Halbleiterschaltelementes gewechselt.
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Andererseits wird ein Leistungswandler betrachtet, der eine Wechselstromleistung unter Verwendung eines Gleichrichters vorwärts-konvertiert, die gleiche in einem Glättungskondensator akkumuliert, eine Anschlussspannung des Glättungskondensators zu einem Schaltkreis gibt, der Halbleiterschaltelemente enthält, und die gleiche zu einer Wechselstromleistung mit einer Frequenz, die zum Ansteuern eines elektrischen Motors erforderlich ist, rückwärts-konvertiert. Um in einem derartigen Leistungswandler zu verhindern, dass ein großer Strom beim Einschalten in den Glättungskondensator fließt, ist zwischen dem Gleichrichter und dem Glättungskondensator eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung vorgesehen. Die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung ist derart strukturiert, dass unmittelbar nach dem Einschalten ein Stromunterdrückungswiderstand zwischen den Gleichrichter und den Glättungskondensator gestellt wird, um einen Einschaltstrom zu unterdrücken, und danach beide Enden des Stromunterdrückungswiderstands in einen kurz-geschlossenen Zustand durch einen Kurzschluss gebracht werden. Für diesen Kurzschluss wurde eine gleichspannungs-angesteuerte Magnetschaltvorrichtung verwendet. In dem Fall der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung ist die wie oben beschriebene Ansteuerschaltung auf eine begleitende Art und Weise vorgesehen.
Patentliteraturstelle 1:
japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr. S61-93529 Patentliteraturstelle 2:
japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr. H05-291031 -
Die konventionelle Ansteuerschaltung, die zwischen einer Anziehungsbedingung und einer Haltebedingung durch Steuern der Breite einer EIN-Zeit des Halbleiterschaltelementes schaltet, erfordert jedoch eine komplizierte Schaltung zum Umschalten zwischen einer Anziehungsbedingung und einer Haltebedingung. Da die Steuerung kompliziert ist, ist es außerdem schwierig, die Ansteuerschaltung in Größe und Kosten zu reduzieren. Außerdem ist in der gleichspannungs-angesteuerten Schaltvorrichtung eine Gleichstrom-Ansteuerleistungsversorgung, die zu einer festen Spannung gesteuert wird, zum Erregen der Operationsspule erforderlich. Da ein dicker Leitungsstab für die Operationsspule verwendet wird, ist die magnetische Schaltvorrichtung größer und aufwändiger als eine wechselspannungs-angesteuerte Magnetschaltvorrichtung. Aus derartigen Gründen kann in einem System, das eine gleichspannungs-angesteuerte Magnetschaltvorrichtung verwendet, die mit einer konventionellen Ansteuerschaltung als eine Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung eines Leistungswandlers versehen ist, eine Verringerung von Größe und Kosten einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung nicht realisiert werden.
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Da in der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung die gleichspannungs-angesteuerte Magnetschaltvorrichtung in einem Zeitpunkt betrieben werden muss, wo der Glättungskondensator vollständig geladen wurde, ist außerdem eine Startschaltung der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung erforderlich, und für diese Startschaltung ist eine Gleichstromenergieversorgung erforderlich. In dieser Hinsicht können Größe und Kosten der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung ebenso nicht reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme durchgeführt, und ein Ziel von ihr ist, eine Ansteuerschaltung vorzusehen, die Größe und Kosten einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung reduzieren kann.
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Außerdem ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Leistungswandler vorzusehen, der mit einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung versehen ist, wofür Größe und Kosten unter Verwendung einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung, die mit einer Ansteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, reduziert wurden.
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Die obigen Ziele werden erreicht durch die Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und deren Verwendung gemäß Patentanspruch 4. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
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Wenn eine angelegte Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung zu einem vorbestimmten Wert angestiegen ist, arbeitet gemäß der vorliegenden Erfindung eine Startschaltung, die aus einer ersten Ansteuerschaltung und einem Starthalbleiterschaltelement besteht, unter Verwendung der Ansteuergleichstrom-Energieversorgung als eine Betriebsenergieversorgung und bildet einen Strompfad, der das Starthalbleiterschaltelement von dem Hilfskontakt durchläuft. Dadurch wird eine Ladepfadschleife von der Ansteuergleichstrom-Energieversorgung zu dem Ladekondensator über das Starthalbleiterschaltelement gebildet. Wenn der Ladekondensator vollständig geladen ist, verwendet die zweite Ansteuerschaltung eine Anschlussspannung des Ladekondensators als eine Startenergieversorgung, um das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement dazu zu bringen, eine Schaltoperation in einem festen Zyklus durchzuführen. Da der Hilfskontakt eine Öffnungsschaltungsoperation nach Ablauf einer Anziehungsperiode durchführt, schaltet der Strompfad der Operationsspule zu einer Strecke, die das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement durchläuft, und zu der Operationsspule fließt ein Strom, der durch das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement chopper-gesteuert wird. Der Hauptkontakt führt eine schließende Schaltungsoperation nach Ablauf einer Anziehungsperiode durch. Da in diesem Umschalten von einer Anziehungsperiode zu einer Halteperiode keine spezielle Steuerung ausgeführt wird, kann die Schaltungskonfiguration vereinfacht werden. Da ein Erregungsstrom, der zu der Operationsspule fließt, durch Chopper-Steuerung zu einem kleinen Strom gemacht wird, ist es unnötig, einen dicken Leitungsstab für die Operationsspule zu verwenden, und somit können Größe und Kosten der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung reduziert werden. Da die erste Ansteuerschaltung und die zweite Ansteuerschaltung eine Ansteuergleichstrom-Energieversorgung als eine gemeinsame Energieversorgung verwenden, kann außerdem die Größe reduziert werden und die Schaltungskonfiguration kann vereinfacht werden. Da es ausreichend ist, nur Chopper-Steuerung ohne Ändern der Breite einer EIN-Zeit des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes auszuführen, kann des weiteren die Schaltungskonfiguration vereinfacht werden.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen Effekt derart vor, dass zusätzlich zu einer Verringerung von Größe und Kosten einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung eine Ansteuerschaltung vereinfacht werden kann.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ansteuerschaltung in einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Anziehungsstrom-Steueroperation der Ansteuerschaltung der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung, die in 1 gezeigt wird;
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3 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Ladeoperation, die zu der Zeit einer Anziehung der Ansteuerschaltung der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung ausgeführt wird, die in 1 gezeigt wird;
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4 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Haltestrom-Steueroperation der Ansteuerschaltung der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung, die in 1 gezeigt wird;
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5 ist ein Zeitdiagramm von Operationen von jeweiligen Einheiten in einem Verlauf von einer Anziehungsstrom-Steueroperation zu einer Haltestrom-Steueroperation der Ansteuerschaltung der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung, die in 1 gezeigt wird;
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6 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern einer stabilisierenden Steueroperation eines Haltestroms, die in einer Ansteuerschaltung einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird; und
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7 ist ein Schaltungsdiagramm eines nicht von der Erfindung umfassten Leistungswandlers.
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Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen einer Ansteuerschaltung einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung und eines nicht von der Erfindung umfassten Leistungswandlers mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert erläutert.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ansteuerschaltung in einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 ist die gleichspannungs-angesteuerte Magnetschaltvorrichtung versehen mit einer Operationsspule 3, die zu einer Gleichstromerregung fähig ist, einem Hauptkontakt 4, der in einer Leerlaufbedingung in einer Anziehungsperiode einer Anfangsperiode einer Erregung durch diese Operationsspule 3 ist, und in einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises in der folgenden Halteperiode ist, und einem Hilfskontakt 5, einem so genannten b-Kontakt, der eine Öffnungs- und Schließoperation umgekehrt zu dem Hauptkontakt 4 ausführt. Hierin nachstehend wird die gleichspannungs-angesteuerte Magnetschaltvorrichtung einfach als MC abgekürzt, es sei denn es ist notwendig, eine Unterscheidung durchzuführen.
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Ein Ende der Operationsspule 3 der MC ist mit einer positiven Elektrodenseite P einer Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 zusammen mit einer Katode einer Freilaufdiode 2 verbunden. Das andere Ende der Operationsspule 3 der MC ist mit einem Ende des Hilfskontaktes 5 zusammen mit einer Anode der Freilaufdiode 2 verbunden. Eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6 und eines Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstandes 7 ist zwischen den beiden Enden des Hilfskontakts 5 verbunden. Eine Steuerelektrode des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6 ist mit einem Steuersignal-Ausgangsende einer Ansteuerschaltung 10 verbunden.
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Ein Ende eines Widerstands 8 ist mit einem Verbindungsende zwischen einem Ende des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 und dem Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 8 ist mit einem Ende eines Kondensators 9 und einem Stromüberwachungsende der Ansteuerschaltung 10 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 9, zusammen mit dem anderen Ende des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7, ist mit dem anderen Stromüberwachungsende der Ansteuerschaltung 10 verbunden. Der Widerstand 8 und der Kondensator 9 bauen als ein ganzes ein Tiefpassfilter auf.
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Ein Starthalbleiterschaltelement 15 ist zwischen einer negativen Elektrodenseite N der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 und einem Verbindungsende, das zwischen dem anderen Ende des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 und dem anderen Ende des Hilfskontaktes 5 ist, vorgesehen. Eine Steuerelektrode des Starthalbleiterschaltelementes 15 ist mit einem Steuersignal-Ausgangsende einer Ansteuerschaltung 16 verbunden.
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Ferner ist ein Ende eines Ladekondensators 11 mit einem Verbindungsende zwischen dem anderen Ende des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstandes 7 und dem anderen Ende des Hilfskontaktes 5 verbunden, und das andere Ende des Ladekondensators 11 ist mit einem Startspannungseingangsende der Ansteuerschaltung 10 und einem Ende eines Ladestrom-Begrenzungswiderstands 12 verbunden. Das andere Ende des Ladestrom-Begrenzungswiderstands 12 ist mit einer Katode einer Gleichrichtungsdiode 13 verbunden, und eine Anode der Gleichrichtungsdiode 13 ist mit einem positiven Elektrodenende einer Ansteuergleichstrom-Energieversorgung 17 und einem Energieversorgungsende der Ansteuerschaltung 16 verbunden.
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Ein negatives Elektrodenende der Ansteuergleichstrom-Energieversorgung 17 und ein Masseende der Ansteuerschaltung 16, zusammen mit einem Masseende einer Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 18, sind mit der negativen Elektrodenseite N der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 verbunden. Ein Erfassungsspannungs-Eingangsende der Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 18 ist mit dem positiven Elektrodenende P der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 über einen Widerstand 14 verbunden.
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Als Nächstes werden Operationen der Ansteuerschaltung der MC, die wie oben aufgebaut ist, mit Bezug auf 2 bis 5 erläutert. 2 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Anziehungsstrom-Steueroperation der Ansteuerschaltung der MC, die in 1 gezeigt wird. 3 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Ladeoperation, die zur Zeit einer Anziehung der Ansteuerschaltung der MC ausgeführt wird, die in 1 gezeigt wird. 4 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Haltestrom-Steueroperation der Ansteuerschaltung der MC, die in 1 gezeigt wird. 5 ist ein Zeitdiagramm von Operationen von jeweiligen Einheiten in einem Verlauf von einer Anziehungsstrom-Steueroperation zu einer Haltestrom-Steueroperation der Ansteuerschaltung der MC, die in 1 gezeigt wird.
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Wie in 2 gezeigt, wird, wenn eine Spannung an die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 angelegt wird, die angelegte Spannung in die Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 18 über den Widerstand 14 eingegeben. Bei Erfassung eines Anstiegs der angelegten Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 zu einem vorgeschriebenen Wert gibt die Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 18 ein MC-Startinstruktionssignal zu der Ansteuerschaltung 16 aus. Das MC-Startinstruktionssignal unterhält einen der binären Pegel für eine Periode, wo die Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 über dem vorgeschriebenen Wert ist. Bei Empfang des MC-Startinstruktionssignals veranlasst die Ansteuerschaltung 16 dann das Starthalbleiterschaltelement 15, eine EIN-Operation für eine Periode durchzuführen, die durch das MC-Startinstruktionssignal angezeigt wird.
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Zu dieser Zeit ist der Hilfskontakt 5 in einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises, wenn das Starthalbleiterschaltelement 15 eine EIN-Operation durchführt, wie in 2 gezeigt, es wird ein Anziehungsstrompfad A von dem positiven Elektrodenende P der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1, der Operationsspule 3, dem Hilfskontakt 5 und dem Starthalbleiterschaltelement 15 zu dem negativen Elektrodenende N der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 gebildet. Deshalb fließt ein Anziehungsstrom zum Anziehen des Hauptkontaktes 4 zu der Operationsspule 3, wodurch die Operationsspule 3 erregt wird.
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Wenn das Starthalbleiterschaltelement 15 eine EIN-Operation durchführt, wird gleichzeitig, wie in 3 gezeigt, eine Schleife eines Ladepfades B von dem positiven Elektrodenende der Ansteuergleichstrom-Energieversorgung 17, der Gleichrichtungsdiode 13, dem Ladestrom-Begrenzungswiderstand 12, dem Ladekondensator 11, dem Starthalbleiterschaltelement 15 und dem negativen Elektrodenende N der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 zu dem negativen Elektrodenende der Ansteuergleichstrom-Energieversorgung 17 gebildet. Während der EIN-Operation des Starthalbleiterschaltelementes 15 lädt deshalb die Ansteuergleichstrom-Energieversorgung 17 den Ladekondensator 11. Die Ladezeit wird basierend auf dem Widerstandswert des Ladestrom-Begrenzungswiderstands 12 und der Kapazität des Ladekondensators 11 bestimmt.
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Wenn der Ladekondensator 11 vollständig geladen ist, verwendet die Ansteuerschaltung 10 die geladene Spannung als eine Startenergieversorgung, um eine Ansteuerinstruktion (Ein-/Aus-Steuersignal) zu dem Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6 zu geben, sodass das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6 in einer voreingestellten Frequenz geschaltet wird und eine Schaltoperation beginnt. Hierin generiert die Ansteuerschaltung 10 eine Ansteuerinstruktion (Ein-/Aus-Steuersignal) ohne Verwenden einer Schaltung des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7, des Widerstands 8 und des Kondensators 9.
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Wenn ein ausreichender Anziehungsstrom zu der Operationsspule 3 fließt und eine Anziehung des Hauptkontaktes 4 abgeschlossen ist, ist der Hauptkontakt 4 dann in einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises, und der Hilfskontakt 5 ist gleichzeitig in einer Bedingung eines Leerlaufs. Deshalb ändert sich der Strompfad, der zu der Operationsspule 3 fließt, wie in 4 gezeigt, zu einem Haltestrompfad C von dem positiven Elektrodenende P der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1, der Operationsspule 3, dem Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6, dem Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstand 7 und dem Starthalbleiterschaltelement 15 zu dem negativen Elektrodenende N der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1, und es fließt ein Haltestrom zum Halten des Hauptkontaktes 4.
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Operationen der jeweiligen Einheiten in dem obigen Operationsverlauf sind, wie in 5 gezeigt wird. (1) Ein MC-Startinstruktionssignal, welches ein Ausgangssignal von der Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 18 ist, ist auf einem tiefen Pegel (hierin nachstehend ”L-Pegel”), bis eine Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 einen vorgeschriebenen Wert erreicht, dies führt jedoch zu einem hohen Pegel (hierin nachstehend ”H-Pegel”), wenn die Spannung einen vorgeschriebenen Wert überschritten hat, und unterhält den H-Pegel für eine Periode, wo die Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 über dem vorgeschriebenen Wert ist.
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Da eine Gatter-Spannung, die von der Ansteuerschaltung 16 zu einer Gatter-Elektrode des Starthalbleiterschaltelementes 15 angelegt wird, auf einem H-Pegel für eine Periode ist, wo das MC-Startinstruktionssignal auf einem H-Pegel ist, setzt das Starthalbleiterschaltelement 15 eine Durchführung einer EIN-Operation für die Periode fort, wo das MC-Startinstruktionssignal auf einem H-Pegel ist.
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Der Hilfskontakt 5 ist in einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises, bevor die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 eingeschaltet ist, unterhält die Bedingung des geschlossenen Stromkreises nach Einschalten der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1, bis eine Erregung ausgeführt wird, die für die Operationsspule 3 ausreichend ist, um den Hauptkontakt 4 anzuziehen, schaltet zu einer Bedingung eines Leerlaufs um, wenn die Erregung ausgeführt wurde, die für die Operationsspule 3 ausreichend ist, um den Hauptkontakt 4 anzuziehen, unterhält die Bedingung des Leerlaufs, bis die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet ist, und kehrt zu der ursprünglichen Bedingung des geschlossenen Stromkreises zurück, wenn die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet wurde.
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Eine Spannung zwischen beiden Enden des Ladekondensators 11 steigt als Reaktion auf eine EIN-Operation des Starthalbleiterschaltelementes 15 an, erreicht eine feste Spannung durch eine vorbestimmte Ladeperiode 21 und unterhält die Spannung, bis die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet ist, und entlädt sich und verschwindet, wenn die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet wurde.
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Ein Ein-/Aus-Steuersignal eines festen Zyklus wird von der Ansteuerschaltung 10 zu einer Gatter-Elektrode des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6 nach Ablauf der Ladeperiode 21 angelegt. Dies setzt sich fort, bis die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet ist.
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Ein Erregungsstrom der Operationsspule 3 ist ein Strom mit einem Maximalwert, sodass eine Erregung, die ausreichend ist, um den Hauptkontakt 4 anzuziehen, in einer Anziehungsperiode 22 ausgeführt wird, und wird ein Strom fester Amplitude, wenn die Erregung, die ausreichend ist, um den Hauptkontakt 4 anzuziehen, ausgeführt wurde und die Anziehungsperiode 22 zu einer Halteperiode 23 umgeschaltet ist.
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Der Hauptkontakt 4 ist in einer Bedingung eines Leerlaufs, bevor die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 eingeschaltet ist, unterhält die Bedingung des Leerlaufs nach Einschalten der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1, bis die Anziehungsperiode 22, wo eine Erregung ausgeführt wird, die für die Operationsspule 3 ausreichend ist, um den Hauptkontakt 4 anzuziehen, endet, schaltet zu einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises um, wenn die Anziehungsperiode 22 beendet ist, und schaltet zu der Halteperiode 23 um, unterhält die Bedingung des geschlossenen Stromkreises, bis die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet ist, und kehrt zu der ursprünglichen Bedingung des Leerlaufs zurück, wenn die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 ausgeschaltet wurde.
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Als solches ist in der ersten Ausführungsform ein System zum Umschalten zwischen einer Anziehungsbedingung und einer Haltebedingung der Operationsspule der Hilfskontakt (b-Kontakt), der eine Bedingung eines Leerlaufs erreicht, wenn der Hauptkontakt in einer Bedingung eines geschlossenen Stromkreises ist, und eine Bedingung eines geschlossenen Stromkreises erreicht, wenn der Hauptkontakt in einer Bedingung eines Leerlaufs ist, und welche die MC selbst ursprünglich erreicht hat. Deshalb wird eine komplizierte Schaltung, um eine Endzeitsteuerung der Anziehungsbedingung zu beurteilen, unnötig, und somit kann die Ansteuerschaltung vereinfacht werden. Mit anderen Worten kann in dem konventionellen System zum Umschalten zwischen einer Anziehungsbedingung und einer Haltebedingung durch Steuern einer EIN-Zeitbreite des Halbleiterschaltelementes, obwohl die Ansteuerschaltung kompliziert war, um zwischen der Anziehungsbedingung und der Haltebedingung umzuschalten, dieses Problem gelöst werden. Außerdem kann in der Halteperiode des Hauptkontaktes, da Chopper-Steuerung unter Verwendung des strombegrenzenden Halbleiters ausgeführt wird, somit ein fester Haltestrom ungeachtet einer Schwankung in einer Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung fließen. Entsprechend wird es möglich, die MC für einen Gleichstrom-Energieversorgungs-Spannungsbereich anzusteuern, der breiter als der des Standes der Technik ist.
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Da eine MC-Startschaltung bereitgestellt wurde, wird es außerdem möglich, die MC in einer beliebigen Spannung ohne Verwendung einer externen Schaltung sicher anzusteuern, selbst wenn ein Anstieg in der Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannung gering ist.
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In einer strombegrenzenden Schaltung, die aus dem Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement und seiner Ansteuerschaltung besteht, ist es ausreichend, nur Chopper-Steuerung eines Haltestroms als eine Schaltungsoperation auszuführen, und daher kann die strombegrenzende Schaltung vereinfacht werden. Da die einzelne Ansteuergleichstrom-Energieversorgung 17 als eine Ansteuerenergieversorgung der MC-Startschaltung und der strombegrenzenden Schaltung gemeinsam genutzt werden kann, kann die MC-Startschaltung vereinfacht werden.
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Da ein Wechsel zwischen einer Anziehungsbedingung und einer Haltebedingung durch nur eine Ladezeitkonstante, die durch den Ladekondensator 11 bestimmt wird, der eine Ansteuerenergieversorgung für die strombegrenzende Schaltung und den Ladestrom-Begrenzungswiderstand 12 ist, und eine Operationszeit des Hilfskontaktes 5 gestaltet werden kann, wird außerdem es möglich, die MC-Ansteuerschaltung basierend ebenso auf diesem Punkt zu vereinfachen.
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Andererseits fließt ein chopper-gesteuerter Erregungsstrom als die gleichspannungs-angesteuerte MC zu der Operationsspule. Deshalb ist es für einen Leitungsstab der Operationsspule unnötig, einen dicken Leitungsstab wie in der konventionellen gleichspannungs-angesteuerten MC zu verwenden, und es kann ein dünner Leitungsstab wie in einer wechselspannungs-angesteuerten Allzweck-MC für den Zweck einer kleinen Breite einer Schwankung in einer Eingangsspannung verwendet werden. Folglich können gemäß der ersten Ausführungsform Größe und Kosten der gleichspannungs-angesteuerten MC reduziert werden.
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6 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern einer stabilisierenden Steueroperation eines Haltestroms, die in einer Ansteuerschaltung einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Eine stabilisierende Steueroperation eines Haltestroms, die durch die Ansteuerschaltung 10 zu der Zeit einer Haltestrom-Steueroperation, die in der ersten Ausführungsform erläutert wird, unter Verwendung des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 ausgeführt wird, wird in der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die Konfiguration erläutert, die in 1 gezeigt wird. Hier ist das Tiefpassfilter vorgesehen, das aus dem Widerstand 8 und dem Kondensator 9 besteht, da ein Erregungsstrom, der zu der Operationsspule fließt, ein chopper-gesteuerter kleiner Strom ist, um eine Gleichstromkomponente des gleichen sicher zu extrahieren.
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In der in 1 gezeigten Konfiguration überwacht in der vorliegenden Ausführungsform 2 zu der Zeit einer Haltestrom-Steueroperation, die in der ersten Ausführungsform erläutert wird, die Ansteuerschaltung 10 eine Anschlussspannung des Strombegrenzungs-Nebenschlusswiderstands 7 über das Tiefpassfilter, das aus dem Widerstand 8 und dem Kondensator 9 besteht, in Form des veranschaulichten Beispiels, und führt eine Steuerung so aus, um das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6 dazu zu bringen, eine EIN-/AUS-Operation in einem festen Zyklus durchzuführen, wenn die Anschlussspannung gleich oder kleiner einem vorgeschriebenen Wert ist, und eine Erweiterung einer AUS-Operationsperiode des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6, wenn die Anschlussspannung einen vorgeschriebenen Wert überschritten hat.
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Operationen werden mit Bezug auf 6 detailliert erläutert. In der Ansteuerschaltung 10 wird im voraus ein Überstromerfassungspegel 25 eingestellt. Nachdem die Zeit einer Haltestrom-Steueroperation beginnt, die in der ersten Ausführungsform erläutert wird, wenn sich ein Erregungsstrom der Operationsspule 3 ändert, wie in (1) von 6 gezeigt, ist in einer Periode 26 ein Pegel des Erregungsstroms der Operationsspule 3, der basierend auf einer Absenkung in der Spannung des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 erfasst wird, kleiner als der Überstromerfassungspegel 25. Deshalb bringt die Ansteuerschaltung 10 das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6 dazu, eine EIN-/AUS-Operation in einem voreingestellten Zyklus durchzuführen.
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In einer Periode 27 steigt der Erregungsstrom der Operationsspule 3 an. Ein Pegel des Erregungsstroms der Operationsspule 3, der basierend auf einer Absenkung in einer Spannung des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 erfasst wird, ist höher als der Überstromerfassungspegel 25. Deshalb führt die Ansteuerschaltung 10 eine Steuerung so aus, dass eine EIN-Operationsperiode des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6 entsprechend dem Grad des Anstiegs in dem Erregungsstrom verkürzt wird. Als ein Ergebnis wird der Pegel eines Erregungsstroms der Operationsspule 3 gleich oder kleiner dem Überstromerfassungspegel 25 abgesenkt.
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In Perioden 28 und 29, obwohl der Erregungsstrompegel der Operationsspule 3 schwankt, überschreitet dies den Überstromerfassungspegel 25 in jedem Fall nicht. Ähnlich zu der Periode 26 bringt die Ansteuerschaltung 10 deshalb das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement 6 dazu, eine EIN-/AUS-Operation in einem voreingestellten Zyklus durchzuführen. Somit kann ein fester Haltestrom ungeachtet einer Schwankung in der Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 fließen.
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Als solches wird gemäß der zweiten Ausführungsform ein Haltestrom durch Verkürzen der EIN-Zeitbreite des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes reduziert, wenn die Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannung hoch ist und der Haltestrom groß ist, und es wird eine voreingestellte EIN-Zeitbreite ohne Änderung der EIN-Zeitbreite des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes verwendet, wenn die Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannung gering ist und der Haltestrom kleiner ist. Deshalb wird es möglich, eine thermische Zerstörung des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes und einen Drahtbruch der betroffenen Operationsspule wegen einer Erhöhung in der EIN-Zeitbreite zu verhindern.
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Außerdem ist es ausreichend, das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement dazu zu bringen, eine AUS-Operation nur durchzuführen, wenn der Haltestrom groß ist. Deshalb ist eine komplizierte Schaltung nicht notwendig, um den Wert eines Haltestroms zu beurteilen und die EIN-Zeitbreite des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes zu steuern.
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Außerdem ist es ausreichend, das Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement dazu zu bringen, eine EIN-/AUS-Operation in einem voreingestellten Zyklus in einem Zeitpunkt, wenn eine Spannung des Ladekondensators angestiegen ist, als eine normale Operation der strombegrenzenden Schaltung durchzuführen. Deshalb kann die strombegrenzende Schaltung vereinfacht werden.
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7 ist ein Schaltungsdiagramm eines nicht von der Erfindung umfassten Leistungswandlers. Dort wird ein Konfigurationsbeispiel eines Leistungswandlers betrachtet, der mit einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung versehen ist, in der eine MC mit der Ansteuerschaltung einbezogen wurde, die in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform beschrieben wird.
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In 7 ist der nicht von der Erfindung umfasste Leistungswandler versehen mit einer Gleichrichtungsschaltung 32 einer Diodenbrückenkonfiguration, die eine Wechselstromleistung, die von einer dreiphasigen Wechselstrom-Energieversorgung 31 eingegeben wird, zu einer Gleichstromleistung vorwärts-konvertiert, einem Glättungskondensator 34, der die Gleichstromleistung glättet, die durch die Gleichrichtungsschaltung 32 vorwärts-konvertiert wird, und die gleiche als eine Gleichspannung auf dem Bus hält, einem Schaltkreis 35, der die Gleichspannung auf dem Bus, was eine Anschlussspannung des Glättungskondensators 34 ist, zu einem Wechselstrom durch Umschalten der Gleichspannung auf dem Bus unter Verwendung von Halbleiterschaltelementen rückwärts-konvertiert, und einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 37, die zwischen der Gleichrichtungsschaltung 32 und dem Glättungskondensator 34 vorgesehen ist.
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Der Schaltkreis 35 enthält drei Sätze von zwei Halbleiterschaltelementen, die in Reihe verbunden sind zwischen einer positiven Elektrodenseite P und einer negativen Elektrodenseite N der Gleichspannung auf dem Bus und Freilaufdioden, die parallel zu den jeweiligen Halbleiterschaltelementen verbunden sind, und ein Elektromotor 36 ist mit dem dreiphasigen Ausgangsende verbunden, das aus drei Verbindungsenden der zwei Halbleiterschaltelemente besteht, die in Reihe verbunden sind.
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Die Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 37 ist eine Schaltung um zu unterdrücken, dass ein großer Strom in den Glättungskondensator 34 beim Einschalten der Wechselstrom-Energieversorgung 31 fließt. In der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 37 wurden ein Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand 38 und der Hauptkontakt 4 einer gleichspannungs-angesteuerten MC mit der Ansteuerschaltung, die in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform beschrieben wird, parallel verbunden, und die in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform gezeigte Ansteuerschaltung wurde auf eine begleitende Art und Weise einbezogen.
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Hierin ist die einbezogene Ansteuerschaltung, die in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform gezeigt wird, aufgebaut, unter Verwendung der Gleichspannung auf dem Bus, die eine Anschlussspannung des Glättungskondensators 34 ist, als die Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 zu arbeiten. Dies geschieht, wie in der ersten Ausführungsform erläutert, da ein Erregungsstrom zu der Operationsspule 3 durch Chopper-Steuerung zugeführt wird, die Ansteuerschaltung ohne Problem arbeitet, selbst wenn es eine leichte Schwankung in der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung 1 gibt.
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In der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung 37 ist es notwendig, den Hauptkontakt 4 zu schließen, um beide Enden des Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstands 38 in einem Zeitpunkt kurz zu schließen, wo eine Ladung des Glättungskondensators 34 abgeschlossen wurde. Da in der Ansteuerschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 18 einen Zeitpunkt erfasst, wo eine Ladung des Glättungskondensators 34 abgeschlossen wurde und eine Operation beginnt, ist es jedoch unnötig, eine getrennte Startschaltung, die eine Startinstruktion zu einer gleichspannungs-angesteuerten MC gibt, und eine Energieversorgung für die Startschaltung wie in dem Stand der Technik vorzusehen. Somit können Größe und Kosten der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung reduziert werden.
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Wie in der ersten Ausführungsform erläutert, ist es, wenn die Ansteuerschaltung der gleichspannungs-angesteuerten MC gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, für die Operationsspule der gleichspannungs-angesteuerten MC unnötig, einen dicken Leitungsstab wie in der konventionellen gleichspannungs-angesteuerten MC zu verwenden, und es kann ein dünner Leitungsstab wie in einer wechselspannungs-angesteuerten Allzweck-MC für den Zweck einer kleinen Breite einer Schwankung in einer Eingangsspannung verwendet werden. Deshalb können Größe und Kosten der gleichspannungs-angesteuerten MC reduziert werden. Es wird ebenso möglich, Größe und Kosten der Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung basierend auf diesem Punkt zu reduzieren.
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Während die stabilisierende Steueroperation eines Haltestroms, die in 6 gezeigt wird, durch Erfassen einer Absenkung in einer Spannung des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 über das Tiefpassfilter, das aus dem Widerstand 8 und dem Kondensator 9 besteht, ausgeführt wird, extrahiert die Ansteuerschaltung 10 eine Gleichstromkomponente mit Genauigkeit von einem kleinen Strom, der zu der Operationsspule fließt, und beurteilt das Vorhandensein eines überschüssigen Stroms. Somit kann ein fester Haltestrom ungeachtet einer Schwankung in einer Spannung der Erregungsgleichstrom-Energieversorgung genau fließen.
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Zu dieser Zeit kann eine Abschaltungsoperation des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6, die aus einer Erfassung des Betrags einer Absenkung in einer Spannung des Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstands 7 resultiert, als eine Überstromschutzoperation zur Zeit eines Kurzschlussfehlers des Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes 6 genutzt werden. Somit wird es möglich, eine ausfallsichere Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung aufzubauen.
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Wie oben beschrieben, ist eine Ansteuerschaltung einer gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren von Größe und Kosten der gleichspannungs-angesteuerten Magnetschaltvorrichtung von Nutzen, und ist insbesondere für eine Verwendung in einer Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung eines Leistungswandlers zum Reduzieren von Größe und Kosten geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erregungsgleichstrom-Energieversorgung
- 2
- Freilaufdiode
- 3
- Operationsspule
- 4
- Hauptkontakt
- 5
- Hilfskontakt
- 6
- Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelement
- 7
- Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstand
- 8
- Widerstand
- 9
- Kondensator
- 10
- Ansteuerschaltung eines Strombegrenzungs-Halbleiterschaltelementes
- 11
- Ladekondensator
- 12
- Ladestrom-Begrenzungswiderstand
- 13
- Gleichrichtungsdiode
- 14
- Widerstand
- 15
- Starthalbleiterschaltelement
- 16
- Ansteuerschaltung eines Starthalbleiterschaltelementes
- 17
- Ansteuergleichstrom-Energieversorgung
- 18
- Erregungsgleichstrom-Energieversorgungsspannungs-Erfassungsschaltung
- 31
- Dreiphasige Wechselstrom-Energieversorgung
- 32
- Gleichrichterschaltung
- 34
- Glättungskondensator
- 35
- Schaltkreis
- 36
- Elektromotor
- 37
- Einschaltstrom-Unterdrückungsschaltung
- 38
- Einschaltstrom-Unterdrückungswiderstand