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DE4409369C2 - Circuit arrangement for controlling at least three inductive consumers arranged one behind the other - Google Patents

Circuit arrangement for controlling at least three inductive consumers arranged one behind the other

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DE4409369C2
DE4409369C2 DE19944409369 DE4409369A DE4409369C2 DE 4409369 C2 DE4409369 C2 DE 4409369C2 DE 19944409369 DE19944409369 DE 19944409369 DE 4409369 A DE4409369 A DE 4409369A DE 4409369 C2 DE4409369 C2 DE 4409369C2
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Germany
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inductive
diode
connection
inductive consumer
circuit arrangement
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DE19944409369
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Gerhard Dr Hettich
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Temic Telefunken Microelectronic GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1877Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings controlling a plurality of loads

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von hin­ tereinander angeordneten, mindestens zwei Anschlüsse aufweisenden indukti­ ven Verbrauchern, wie sie aus der DE 38 15 702 A1 bekannt ist.The invention relates to a circuit arrangement for the control of arranged inductively, having at least two connections ven consumers, as is known from DE 38 15 702 A1.

In der Elektrotechnik - insbesondere in der Steuerungs- und Regelungstech­ nik - werden zur Ansteuerung von induktiven Verbrauchern elektromagne­ tische Stellelemente wie Motoren, Ventile oder Relais eingesetzt. Um die Verlustleistung bei der Ansteuerung gering zu halten, werden die induk­ tiven Verbraucher in der Regel schaltbar angesteuert. Wegen des Induk­ tionsgesetzes steigt beim Einschaltvorgang der Strom exponentiell bis zum Endstrom an, beim Abschalten tritt eine negative Spannungsspitze auf. Zur Vermeidung dieser Spannungsspitzen und der hiermit verbundenen elek­ tromagnetischen Störungen sowie zur Unterdrückung von Netzstörungen (Glättung des Versorgungsstroms) werden Schaltungsanordnungen mit (Glät­ tungs-) Kondensatoren zur Reduzierung der Welligkeit der Netzspannung und mit (Freilauf-) Dioden zum Abführen der Magnetfeldenergie eingesetzt. Nachteilig hierbei ist:In electrical engineering - especially in control and regulation technology nik - are used to control inductive consumers table control elements such as motors, valves or relays. To the To keep power loss low during control, the induc tive consumers are usually controlled switchable. Because of the induc tion law increases exponentially during the switch-on process up to Final current, a negative voltage peak occurs when switching off. For Avoidance of these voltage peaks and the associated elec tromagnetic interference as well as to suppress network interference (Smoothing the supply current) are circuit arrangements with (smoothing ) capacitors to reduce the ripple of the mains voltage and used with (free-wheeling) diodes to dissipate the magnetic field energy. The disadvantage here is:

  • - für jeden induktiven Verbraucher (für jedes elektromagnetische Stell­ element) muß eine separate Schaltungsanordnung mit Kondensator und Diode vorgesehen werden- for every inductive consumer (for every electromagnetic position element) must have a separate circuit arrangement with a capacitor and diode are provided
  • - da bei vorgegebener Versorgungsspannung der Spulenstrom bis zum Erreichen seines Endwerts exponentiell ansteigt, sind zum Beschleu­ nigen von Einschaltvorgängen (beispielsweise an Magnetventilen) hohe Spannungen erforderlich, die meist aufwendig mit besonderen Spannungsgeneratoren (beispielsweise besonders leistungsstarken Netzgeräten) erzeugt werden müssen- Since with a given supply voltage, the coil current up to Reaching its final value increases exponentially, for acceleration of switch-on processes (e.g. on solenoid valves) high voltages are required, which are usually complex with special  Voltage generators (for example, particularly powerful ones Power supplies) must be generated
  • - als Glättungskondensatoren werden große und teure Kondensatoren benötigt; die hierfür verwendeten Elektrolytkondensatoren sind je­ doch nur bis Temperaturen von 125°C verwendbar, was bei vielen Anwendungen Probleme bereitet - insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, da hier hohe Umgebungstemperaturen auftreten.- Large and expensive capacitors are used as smoothing capacitors needed; the electrolytic capacitors used for this are each but only usable up to temperatures of 125 ° C, which is the case with many Applications causes problems - especially when used in Motor vehicles, since high ambient temperatures occur here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei der diese Nachteile vermieden werden und die vorteilhafte Eigenschaften, insbeson­ dere bzgl. der Energieübertragung zwischen den induktiven Verbrauchern aufweist.The invention is based, ge a circuit arrangement according to the preamble of claim 1, in which this Disadvantages are avoided and the advantageous properties, in particular the other regarding the energy transfer between the inductive consumers having.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features in the indicator Chen of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.Advantageous developments of the invention result from the Unteran sayings.

Bei der Schaltungsanordnung der Erfindung werden die hintereinander an­ geordneten - mindestens drei - induktiven Verbraucher durch Dioden-Netz­ werke aus jeweils zwei Dioden und Schalt-Netzwerke aus jeweils minde­ stens einem Schaltelement zyklisch miteinander verbunden. Die in der Schaltungsanordnung gespeicherte Magnetfeldenergie kann durch geeigne­ te Ansteuerung der Schalt-Netzwerke (Hintereinanderschaltung der indukti­ ven Verbraucher) beim Abschaltvorgang eines induktiven Verbrauchers zy­ klisch zum Aufbau des Magnetfelds beim jeweils nächstfolgenden zugeschal­ teten induktiven Verbraucher verwendet werden.In the circuit arrangement of the invention, the one after the other ordered - at least three - inductive consumers through diode network works from two diodes and switching networks from at least one least one switching element cyclically connected to each other. The in the Circuit arrangement stored magnetic field energy can by suitable te control of the switching networks (series connection of the inducti ven consumers) when switching off an inductive consumer zy cliché to build up the magnetic field at the next following one Inductive consumers are used.

Hiermit sind mehrere Vorteile verbunden:This has several advantages:

  • - die zum Beschleunigen von Einschaltvorgängen eines induktiven Ver­ brauchers benötigte erhöhte Spannung wird direkt beim Abschalt­ vorgang des vorherigen induktiven Verbrauchers erzeugt; aufwen­ dige Spannungsgeneratoren sind daher nicht mehr erforderlich - The to accelerate the switching on of an inductive Ver the increased voltage required by the user is immediately switched off process of the previous inductive consumer generated; spend The voltage generators are therefore no longer required  
  • - da die induktiven Verbraucher im Falle der Energieübertragung hin­ tereinandergeschaltet werden und somit ein Teil der Energie zwi­ schen den induktiven Verbrauchern (Spulen) ausgetauscht wird, kön­ nen zur Glättung des Versorgungsstroms kostengünstige Kondensato­ ren mit geringen Kapazitätswerten eingesetzt werden- Since the inductive consumers in the case of energy transmission be switched and thus part of the energy between the inductive consumers (coils) can be exchanged low-cost condensate for smoothing the supply current be used with low capacity values
  • - bei Mehrfachspulensystemen (mehreren induktiven Verbrauchern - beispielsweise bei Einspritzventilen von Verbrennungsmotoren oder Elektromotoren) kann die Energie zyklisch zwischen den induktiven Verbrauchern umverteilt werden, wobei durch die Schaltelemente und deren Schaltzeitpunkt die Drehrichtung des Energieflusses be­ stimmt werden kann.- with multiple coil systems (several inductive consumers - for example in the case of injection valves of internal combustion engines or Electric motors) can cycle between the inductive energy Consumers are redistributed, with the switching elements and their switching time be the direction of rotation of the energy flow can be voted.

Die Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.The circuit arrangement is explained in more detail below with reference to the drawing described.

Hierbei zeigt die Figur ein Prinzipschaltbild für drei hintereinander ange­ ordnete induktive Verbraucher (Spulen).Here, the figure shows a block diagram for three in a row ordered inductive consumers (coils).

Gemäß der Figur sind drei induktive Verbraucher V₁, V₂, V₃ hintereinander angeordnet und zyklisch miteinander verbunden (diese Anordnung kann durch Hinzufügen weiterer induktiver Verbraucher auf beliebig viele induk­ tive Verbraucher erweitert werden).According to the figure, three inductive consumers V₁, V₂, V₃ are one behind the other arranged and cyclically interconnected (this arrangement can by adding further inductive consumers to any number of induc active consumers).

Jeder induktive Verbraucher V₁ bzw. V₂ bzw. V₃ ist zyklisch mit dem jeweils nächstfolgenden induktiven Verbraucher V₂ bzw. V₃ bzw. V₁ über ein Di­ oden-Netzwerk DNW₁ bzw. DNW₂ bzw. DNW₃ verbunden; ein erster Anschluß A₁₁ bzw. A₂₁ bzw. A₃₁ jedes induktiven Verbrauchers V₁ bzw. V₂ bzw. V₃ ist über ein Schalt-Netzwerk SNW₁ bzw. SNW₂ bzw. SNW₃ an eine erste gemein­ same Verbindungsleitung VL₁ angeschlossen, ein zweiter Anschluß A₁₂ bzw. A₂₂ bzw. A₃₂ über eine Abblock-Diode D₁₃ bzw. D₂₃ bzw. D₃₃ zur Verhinde­ rung von Kurzschlüssen an eine zweite gemeinsame Verbindungsleitung VL₂ angeschlossen. Die Verbindungsleitung VL₂ ist beispielsweise an den positi­ ven Pol (+) und die Verbindungsleitung VL₁ beispielsweise an den negativen Pol (-) einer Spannungsquelle mit der Eingangsspannung UE angeschlossen. Das Dioden-Netzwerk DNW₁ bzw. DNW₂ bzw. DNW₃ besteht aus zwei Dioden D₁₁, D₁₂ bzw. D₂₁, D₂₂ bzw. D₃₁, D₃₂; eine Diode D₁₁ bzw. D₂₁ bzw. D₃₁ verbindet in Sperrichtung den zweiten Anschluß A₁₂ bzw. A₂₂ bzw. A₃₂ ei­ nes induktiven Verbrauchers V₁ bzw. V₂ bzw. V₃ mit dem ersten Anschluß A₂₁ bzw. A₃₁ bzw. A₁₁ des nächstfolgenden induktiven Verbrauchers V₂ bzw. V₃ bzw. V₁, eine Diode D₁₂ bzw. D₂₂ bzw. D₃₂ verbindet in Durchlaß­ richtung den ersten Anschluß A₁₁ bzw. A₂₁ bzw. A₃₁ eines induktiven Ver­ brauchers V₁ bzw. V₂ bzw. V₃ mit dem zweiten Anschluß A₂₂ bzw. A₃₂ bzw. A₁₂ des nächstfolgenden induktiven Verbrauchers V₂ bzw. V₃ bzw. V₁. Das Schalt-Netzwerk SNW₁ bzw. SNW₂ bzw. SNW₃ besteht aus zwei hintereinan­ dergeschalteten Schaltelementen S₁₁, S₁₂ bzw. S₂₁, S₂₂ bzw. S₃₁, S₃₂; am Verbindungspunkt der beiden Schaltelemente S₁₁, S₁₂ bzw. S₂₁, S₂₂ bzw. S₃₁, S₃₂ ist die Anode der Diode D₁₂ bzw. D₂₂ bzw. D₃₂ angeschlossen. Das Schaltelement S₁₁ bzw. S₂₁ bzw. S₃₁ dient zur Betätigung des Einschaltvor­ gangs bzw. Ausschaltvorgangs; das Schaltelement S₁₂ bzw. S₂₂ bzw. S₃₂ dient zur Selektion desjenigen induktiven Verbrauchers V₁ bzw. v₂ bzw. V₃, in den Energie eingespeist werden soll. Die beiden Schaltelemente S₁₁, S₁₂ bzw. S₂₁, S₂₂ bzw. S₃₁, S₃₂ eines induktiven Verbrauchers V₁ bzw. V₂ bzw. V₃ werden synchron angesteuert (eingeschaltet und abgeschaltet).Each inductive consumer V₁ or V₂ or V₃ is cyclically connected to the next inductive consumer V₂ or V₃ or V₁ via a diode network DNW₁ or DNW₂ or DNW₃; a first connection A₁₁ or A₂₁ or A₃₁ of each inductive consumer V₁ or V₂ or V₃ is connected via a switching network SNW₁ or SNW₂ or SNW₃ to a first common connecting line VL₁, a second connection A₁₂ or A₂₂ or A₃₂ connected via a blocking diode D₁₃ or D₂₃ or D₃₃ to prevent short circuits to a second common connecting line VL₂. The connecting line VL₂ is for example connected to the positive pole (+) and the connecting line VL₁ for example to the negative pole (-) of a voltage source with the input voltage U E. The diode network DNW₁ or DNW₂ or DNW₃ consists of two diodes D₁₁, D₁₂ or D₂₁, D₂₂ or D₃₁, D₃₂; a diode D₁₁ or D₂₁ or D₃₁ connects the second connection A₁₂ or A₂₂ or A₃₂ egg nes inductive consumer V₁ or V₂ or V₃ with the first connection A₂₁ or A₃₁ or A₁₁ of the next inductive consumer V₂ or V₃ or V₁, a diode D₁₂ or D₂₂ or D₃₂ connects in the forward direction the first connection A₁₁ or A₂₁ or A₃₁ of an inductive consumer V₁ or V₂ or V₃ with the second connection A₂₂ or A₃₂ or A₁₂ of the next inductive consumer V₂ or V₃ or V₁. The switching network SNW₁ or SNW₂ or SNW₃ consists of two consecutively connected switching elements S₁₁, S₁₂ or S₂₁, S₂₂ or S₃₁, S₃₂; at the junction of the two switching elements S₁₁, S₁₂ or S₂₁, S₂₂ or S₃₁, S₃₂ the anode of the diode D₁₂ or D₂₂ or D₃₂ is connected. The switching element S₁₁ or S₂₁ or S₃₁ is used to actuate the Einschaltvor gear or switch-off operation; the switching element S₁₂ or S₂₂ or S₃₂ is used to select that inductive consumer V₁ or V₂ or V₃, in which energy is to be fed. The two switching elements S₁₁, S₁₂ or S₂₁, S₂₂ or S₃₁, S₃₂ of an inductive consumer V₁ or V₂ or V₃ are controlled synchronously (switched on and off).

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von hintereinander angeordne­ ten, mindestens zwei Anschlüsse (A₁₁, A₁₂ bzw. A₂₁, A₂₂ bzw. A₃₁, A₃₂) auf­ weisenden induktiven Verbrauchern (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃), dadurch gekenn­ zeichnet:
  • - die Schaltungsanordnung weist mindestens drei hintereinander an­ geordnete Induktive Verbraucher (V₁, V₂, V₃) auf, die von einer eine Eingangsspannung (UE) liefern den Spannungsquelle über zwei Verbin­ dungsleitungen (VL₁, VL₂) versorgt werden
  • - jeder Induktive Verbraucher (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) ist zyklisch mit dem nächstfolgenden induktiven Verbraucher (V₂ bzw. V₃ bzw. V₁) über ein Dioden-Netzwerk (DNW₁ bzw. DNW₂ bzw. DNW₃) verbunden,
  • - der erste Anschluß (A₁₁ bzw. A₂₁ bzw. A₃₁) jedes induktiven Ver­ brauchers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) ist über ein Schalt-Netzwerk (SNW₁ bzw. SNW₂ bzw. SNW₃) an die erste Verbindungsleitung (VL₁) ange­ schlossen,
  • - der zweite Anschluß (A₁₂ bzw. A₂₂ bzw. A₃₂) jedes induktiven Ver­ brauchers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) ist über eine Abblock-Diode (D₁₃ bzw. D₂₃ bzw. D₃₃) an die zweite Verbindungsleitung (VL₂) angeschlossen.
1. Circuit arrangement for controlling consecutively arranged th, at least two connections (A₁₁, A₁₂ or A₂₁, A₂₂ or A₃₁, A₃₂) on pointing inductive consumers (V₁ or V₂ or V₃), characterized in :
  • - The circuit arrangement has at least three consecutive arranged inductive loads (V₁, V₂, V₃), which supply an input voltage (U E ) to the voltage source via two connecting lines (VL₁, VL₂)
  • - Each inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) is cyclically connected to the next inductive consumer (V₂ or V₃ or V₁) via a diode network (DNW₁ or DNW₂ or DNW₃),
  • - The first connection (A₁₁ or A₂₁ or A₃₁) of each inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) is connected via a switching network (SNW₁ or SNW₂ or SNW₃) to the first connecting line (VL₁) ,
  • - The second connection (A₁₂ or A₂₂ or A₃₂) of each inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) is connected via a blocking diode (D₁₃ or D₂₃ or D₃₃) to the second connecting line (VL₂).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch:
  • - das Dioden-Netzwerk (DNW₁ bzw. DNW₂ bzw. DNW₃) besteht jeweils aus zwei Dioden (D₁₁, D₁₂ bzw. D₂₁, D₂₂ bzw. D₃₁, D₃₂),
  • - die erste Diode (D₁₁ bzw. D₂₁ bzw. D₃₁) verbindet jeweils in Sperrich­ tung den zweiten Anschluß (A₁₂ bzw. A₂₂ bzw. A₃₂) eines induktiven Verbrauchers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) mit dem ersten Anschluß (A₂₁ bzw. A₃₁ bzw. A₁₁) des nächstfolgenden induktiven Verbrauchers (V₂ bzw. V₃ bzw. V₁),
  • - die zweite Diode (D₁₂ bzw. D₂₂ bzw. D₃₂) verbindet jeweils in Durch­ laßrichtung den ersten Anschluß (A₁₁ bzw. A₂₁ bzw. A₃₁) eines induk­ tiven Verbrauchers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) mit dem zweiten Anschluß (A₁₂ bzw. A₂₂ bzw. A₃₂) des nächstfolgenden induktiven Verbrau­ chers (V₂ bzw. V₃ bzw. V₁).
2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in:
  • - The diode network (DNW₁ or DNW₂ or DNW₃) consists of two diodes (D₁₁, D₁₂ or D₂₁, D₂₂ or D₃₁, D₃₂),
  • - The first diode (D₁₁ or D₂₁ or D₃₁) connects the second connection (A₁₂ or A₂₂ or A₃₂) of an inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) with the first connection (A₂₁ or A₃₁ or A₁₁) of the next inductive consumer (V₂ or V₃ or V₁),
  • - The second diode (D₁₂ or D₂₂ or D₃₂) connects each in the forward direction of the first connection (A₁₁ or A₂₁ or A₃₁) of an inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) with the second connection (A₁₂ or A₂₂ or A₃₂) of the next inductive consumer chers (V₂ or V₃ or V₁).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Schalt-Netzwerk (SNW₁ bzw. SNW₂ bzw. SNW₃) zumindest aus einem ersten Schaltelement (S₁₁ bzw. S₂₁ bzw. S₃₁) besteht.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the switching network (SNW₁ or SNW₂ or SNW₃) at least from one first switching element (S₁₁ or S₂₁ or S₃₁). 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch:
  • - zwischen dem jeweils ersten Schaltelement (S₁₁ bzw. S₂₁ bzw. S₃₁) und dem ersten Anschluß (A₁₁ bzw. A₂₁ bzw. A₃₁) eines induktiven Verbrauchers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) ist ein zweites Schaltelement (S₁₂ bzw. S₂₂ bzw. S₃₂) angeordnet,
  • - die Anode der ersten Diode (D₁₁ bzw. D₂₁ bzw. D₃₁) des Dioden-Netzwerks (DNW₁ bzw. DNW₂ bzw. DNW₃) eines induktiven Verbrau­ chers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) ist mit dem gemeinsamen Anschluß der beiden Schaltelemente (S₁₁, S₁₂ bzw. S₂₁, S₂₂ bzw. S₃₁, S₃₂) des nächstfolgenden induktiven Verbrauchers (V₂ bzw. V₃ bzw. V₁) ver­ bunden,
  • - die Anode der zweiten Diode (D₁₂ bzw. D₂₂ bzw. D₃₂) des Dioden-Netzwerks (DNW₁ bzw. DNW₂ bzw. DNW₃) eines induktiven Verbrau­ chers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) ist mit dem gemeinsamen Anschluß der beiden Schaltelemente (S₁₁, S₁₂ bzw. S₂₁, S₂₂ bzw. S₃₁, S₃₂) des in­ duktiven Verbrauchers (V₁ bzw. V₂ bzw. V₃) verbunden.
4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in:
  • - Between the first switching element (S₁₁ or S₂₁ or S₃₁) and the first connection (A₁₁ or A₂₁ or A₃₁) of an inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) is a second switching element (S₁₂ or S₂₂ or S₃₂) arranged,
  • - The anode of the first diode (D₁₁ or D₂₁ or D₃₁) of the diode network (DNW₁ or DNW₂ or DNW₃) of an inductive consumer chers (V₁ or V₂ or V₃) is with the common connection of the two switching elements ( S₁₁, S₁₂ or S₂₁, S₂₂ or S₃₁, S₃₂) of the next inductive consumer (V₂ or V₃ or V₁) connected,
  • - The anode of the second diode (D₁₂ or D₂₂ or D₃₂) of the diode network (DNW₁ or DNW₂ or DNW₃) of an inductive consumer chers (V₁ or V₂ or V₃) is with the common connection of the two switching elements ( S₁₁, S₁₂ or S₂₁, S₂₂ or S₃₁, S₃₂) of the inductive consumer (V₁ or V₂ or V₃) connected.
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