AT208964B - Regeleinrichtung für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger Spannung, insbesondere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

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  Regeleinrichtung   für rotierende elektrische Stromer2'euger   niedriger Spannung, insbesondere für Lichtmaschine von Kraftfahrzeugen 
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger
Spannung mit mindestens einer im Nebenschluss arbeitenden Feldwicklung, insbesondere für Lichtma- schinen von Kraftfahrzeugen nach Patent Nr. 203595, bei der zur Steuerung des über die Feldwicklung gehenden Erregerstroms eine Kristallode, insbesondere ein Transistor verwendet ist. 



     Die im Hauptpatent vorgeschlagenen Regeleinrichtungen berücksichtigen   den Laststrom des Generators nur unvollkommen und ergeben daher eine lastabhängige Klemmenspannung des Generators. Wenn der
Generator zum Antrieb durch eine mit stark wechselnder Drehgeschwindigkeit laufenden   Brennkraftma-   schine od. dgl. bestimmt ist und mit einer Batterie zusammenarbeiten soll, der auch bei stillstehendem Generator ein verhältnismässig grosser Betriebsstrom für elektrische Stromverbraucher, wie Scheinwerfer u. dgl. entnommen werden kann, soll die der Batterie entnommene Ladung durch den vom Generator gelieferten Strom möglichst rasch wieder ersetzt werden können.

   Dies ist dann möglich, wenn die Regel- einrichtung den Generator auch bei starker Belastung durch den Batterieladestrom und den Betriebsstrom von gegebenenfalls zusätzlich angeschlossenen Verbrauchern genau auf seiner Sollspannung zu halten vermag. Um dies zu erreichen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach dem Hauptpatent vorgeschlagen, den am Widerstand in Abhängigkeit vom Laststrom wachsenden Spannungsabfall der Steuerelektrode der Kristallode zuzuführen. 



   In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. 



   Das Ausführungsbeispiel nach Fig.   l   ist zum Anschluss an eine Gleichstromlichtmaschine G bestimmt, deren Feldwicklung F im Nebenschluss zu den Klemmen der Lichtmaschine arbeitet und mit einem für hohe Stromstärken bemessenen Transistor T2 in Reihe liegt. An die als Steuerelektrode dienende Basis B dieses Transistors ist der Kollektor C eines weiteren Transistors Tl angeschlossen, der ausserdem über einen   WiderstandR4an   der Minusklemme der Lichtmaschine   liegt.-Die   Emitter-Elektroden E beider Transistoren liegen unmittelbar an der Plusklemme der Lichtmaschine. Hinter diesen Emitter-Elektroden ist ein Lastwiderstand R5 eingeschaltet, über den der Ladestrom der Batterie 10 geführt ist. Zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Widerstand R5 liegt eine Siliziumdiode D2.

   Von der die Diode D2 und den Widerstand R5 verbindenden Leitung zweigt eine Leitung 11 ab, die zu einem an die Basis des Transistors Tl angeschlossenen Widerstand R3 sowie einem zu diesem parallelgeschalteten Kondensator 12 und einem Widerstand R2 führt, der sowohl an einem mit dem Minuspol der Lichtmaschine verbundenen Widerstand R1 als auch an einer in die Basiszuleitung eingeschalteten Zenerdiode Dl liegt. 



   Die Zenerdiode ist in Sperr-Richtung geschaltet und weist in ihrem Sperrbereich einen starken Knick in ihrem Strom-Spannungsverlauf auf. Solange die angelegte Spannung den Durchbruchswert noch nicht erreicht, ist die Diode praktisch vollständig gesperrt, wird   ! jedoch stark stromleirend.   sobald dieser Wert überschritten wird. 



   Beim Anlaufen der Maschine ist der Transistor T2 über den Widerstand R4 derart vorgespannt, dass er für den Erregerkreis praktisch einen Kurzschluss bildet. Der Transistor   Tl   ist während dieser Anlaufperiode gesperrt. Beim Erreichen der Maschinensollspannung wird die Zenerdiode Dl leitend ; im Transistor Tl 

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 beginnt daher Basisstrom und Kollektorstrom zu fliessen. Dadurch wird das Potential der Basis des Tran- sistors T2 gegen positive Werte hin verschoben und der Transistor T2 beginnt entsprechend zu sperren, womit der Erregerstrom zurückgeht und die Spannungsregelung bewirkt. 



   Die Stromregelung erfolgt in ähnlicher Weise durch den Spannungsabfall, den der Laststrom am
Widerstand R5 bewirkt. Wenn nämlich der Schalter S eingelegt und dadurch ein starker Stromverbraucher, beispielsweise eine Scheinwerferlampe L an die Lichtmaschine G und die ihr parallelliegende Batterie 10 angeschlossen wird, fliesst ein erheblicher Strom J über den Widerstand R5, der einen Wert von etwa
0,035 Ohm aufweist, und erzeugt an diesem eine Spannung U, die über die Leitung 11 dem an die Basis B des Transistors   Tl   angeschlossenen Widerstand   R3   zugeführt wird.

   Dadurch wird die Basiselektrode   13   des
Transistors Tl weniger stark negativ, ihr negatives Potential also in Richtung auf Null hin angehoben und der durch den   ArbeitswiderstandR4fliessende   Kollektorstrom des Transistors   Tl   wird kleiner, die Spannung zwischen dem Emitter E und der Basis B des Transistors T2 daher grösser. Über die Feldwicklung F kann   daher ein grösserer Strom fliessen, de :   die Lichtmaschine stärker erregt. Durch die stärkere Erregung vermag die Lichtmaschine G auch den am Widerstand R5 und der Diode D2 infolge des Laststromes J entstehenden
Spannungsabfall zu decken. Wenn der Widerstand R5 veränderlich gemacht wird, kann er so eingestellt werden, dass trotz wechselnder Lastströme J die an die Batterie gelieferte Spannung konstant bleibt. 



   Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stellt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1 dar. Soweit die einzelnen Schaltelemente in Fig.   l   und 2 die gleichen Wirkungen haben, sind sie mit gleichen Be- zugszeichen versehen. Die Regeleinrichtung nach Fig. 2 weicht von derjenigen nach Fig. 1 insofern ab, als an Stelle des dort verwendeten Transistors Tl vom   pnp-Typ   ein Transistor T3 vom npn-Typ verwendet ist, dessen Emitter E als Steuerelektrode dient und über einen Widerstand R3 an den in die Minusleitung eingeschalteten Kompensationswiderstand R5 angeschlossen ist, während seine Kollektorelektrode C mit der Basis B in den Stromkreis der Feldwicklung F eingeschalteten Transistors T2 über   einen WiderstandR7   verbunden ist. 



   Die Basis des Transistors T3 liegt an einem festen, aus zwei Widerständen R4 und R6 gebildeten, fest eingestellten Spannungsteiler, während die in den Steuerkreis des Transistors eingeschaltete Zenerdiode   Dl   einen nichtlinearen Kennlinienverlauf hat und daher zusammen mit den Widerständen Rl und R2 bzw. R3 einen spannungsabhängigen Zweig der Brückenschaltung bildet. Wie beim ersten Beispiel nach Fig. 1 ist auch beim zweiten nach   Fig.'2   eine als Rückstromschalter dienende Diode D2 vorgesehen. die verhindert, dass sich die Batterie 10 bei stillstehender Lichtmaschine über deren Anker entlädt. 



   Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen, die eine kontinuierliche Änderung des Erregerstromes in der Feldwicklung F bewirken, ist bei den Regeleinrichtungen nach Fig.   3 - 5   die Anordnung derart getroffen, dass der im Stromkreis der Feldspule F liegende Transistor T2 zwischen einem Betriebszustand niedrigen Innenwiderstandes und einem Betriebszustand hohen Innenwiderstandes selbsttätig hin-und herkippt, wobei der Kippeinsatz sowohl durch die Höhe der augenblicklichen Klemmenspannung der Lichtmaschine als auch von der Höhe des jeweiligen Laststromes der Lichtmaschine bestimmt wird. Zur Erzeugung der Kippschwingungen können die verwendeten Schaltelemente auf die Induktivitäten der Erregerwicklung F und der Ankerwicklung der Lichtmaschine abgestimmt sein.

   Die Schaltung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig.   l   im wesentlichen dadurch, dass der Kondensator 12, der in Fig. 1 parallel zum Basiswiderstand R3 liegt, weggelassen ist und dass zur Feldwicklung F eine Diode D3 in Sperr-Richtung parallel liegt. Hiedurch erreicht manbereits eine gute Schwingneigung des aus den beiden Transistoren Tl und T2gebildeten Schwingungssystems. dessen Eigenfrequenz ausser durch die Induktivität der Feldwicklung F auch durch die Elektrodenkapazitäten der Transistoren bestimmt wird, von denen in Fig. 3 nur die Kollektor-Emitter-Kapazität 30 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist. 



   Um die Schwingung auch über einen grossen Drehzahlbereich undbei   starken Lastströmen aufrechtzu-   erhalten, kann man mit Phasendrehgliedern, die aus einzelnen Kondensatoren und Spulen, oder Kombinationen dieser Schaltelemente, gegebenenfalls in Serien- oder Parallelschaltung mit Widerständen gebildeten Kombinationen von Kondensatoren oder Spulen bestehen, den Schwingbereicb wesentlich erweitern. Die hiezu erforderlichen Kondensatoren oder Spulen können kleine Werte haben, wenn man die Phasenglieder 32 in den Steuerkreis des Transistors Tl legt, wie dies in Fig. 3 mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. 



   Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist nur ein einziger Transistor T2 verwendet, der in einer Art Sperrschwingschaltung derart betrieben wird, dass sich eine selbsterregte Schwingung einstellt. Hiezu dient in erster Linie der zwischen der Basiselektrode B und dem Emitter E liegende Kondensator 40. Die von der Höhe der jeweils vorhandenen Lichtmaschinenspannung abhängige Regelgrösse wird durch einen 

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   sogenannten Hallgenerator 43 geliefert. Hallgeneratoren sind Halbleiteranordnungen mit einem etwa prismatischen Halbleiterkristall aus Germanium, die unter dem Einfluss eines äusseren Magnetfeldes ihren Widerstand stark ändern. 



  Zur Erzeugung eines den Hallgenerator 43 beeinflussenden Magnetfeldes ist ein rechtwinklig zur Längsachse des Halbleiterkristalls angeordneter Eisenstab 44 vorgesehen, der zwei Spulen 45 und 46 trägt, von denen die Spule 45 mit einer an die Minusleitung angeschlossenen Zenerdiode Dl in Reihe liegt und mit ihrem andern Ende an den Verbindungspunkt zwischen dem Lastwiderstand R5 und einer ebenfalls in die Plusleitung eingeschalteten, als Rückstromschalter dienenden Diode D2 angeschlossen ist. Der diese Spule durchfliessende Strom Jl nimmt von einem durch die Durchbruchsspannung der Zenerdiode Dl bet stimmten Wert der Lichtmaschinenspannung sehr rasch zu und verschiebt infolge des auf den Hallgenerator 43 einwirkenden Magnetfeldes den Arbeitspunkt des Transistors derart, dass die von diesem erzeugten Stromimpulse kürzer und schwächer werden. 



  Im Gegensatz zu den Anordnungen nach Fig. 1-3 liegt der am Lastwiderstand R5 entstehende Spannungsabfall nicht unmittelbar an der Steuerelektrode B des Transistors T2, sondern ist über eine Diode i D4 der zweiten Spule 46 auf dem Eisenstab 44 zugeführt. Der in dieser Spule fliessende Strom 12 wirkt dem durch den Strom Jl in der Spule 45 erzeugten Magnetfeld entgegen und beeinflusst daher nur mittelbar den Transistor T2. 



  Die Regeleinrichtung nach Fig. 5 enthält ebenfalls nur einen einzigen Transistor T2, der mit der Feldspule F der Lichtmaschine G und mit einem dieser in Sperr-Richtung parallelgeschalteten Gleichrichter D3 in Reihe liegt. Die Basiselektrode B des Transistors T2 ist am einen Ende der Sekundärwicklung 53 eines Transformators, der auf einem gemeinsamen Eisenkern 54 zwei Primärwicklungen 51 und 52 trägt, angeschlossen. Die Primärwicklung 51 liegt in Reihe mit der an die Minusleitung angeschlossenen Zenerdiode Dl und ist über eine Leitung 55 mit dem Pluspol der Batterie 50 verbunden. Wenn die Klemmenspannung der Lichtmaschine ihren Sollwert erreicht, beginnt in der Wicklung 51 ein starker Strom zu fliessen, der in der Sekundärwicklung 53 einen hohen Sperrimpuls induziert und dadurch den Transistor T2 kurzzeitig in den Sperrzustand versetzt.

   Der sinkende Erregerstrom in der Feldwicklung F bewirkt eine geringe Absenkung der Lichtmaschinenspannung unter den Durchbruchswert der Zenerdiode Dl. Da unterhalb der Durchbruchsspannung der Innenwiderstand erheblich grösser ist als oberhalb derselben, geht der Strom J in der Primärwicklung proportional wesentlich stärker zurück als die Lichtmaschinenspannung absinkt und erzeugt dabei einen den Transistor wieder öffnenden Spannungsimpuls in der Sekundärwicklung 53, so dass die Spannung der Lichtmaschine wieder steigt und das beschriebene Spiel von neuem beginnen kann. 



  Wenn gleichzeitig Laständerungen eintreten, so entsteht am Widerstand R5 ein Spannungsabfall, der. zur Folge hat, dass der in der zweiten Primärwicklung 52 fliessende Strom J2 einen den Transistor in den Öffnungszustand steuernden Spannungsimpuls in der Sekundärwicklung 53 erzeugt. 



  PATENTANSPRÜCHE : 1. Regeleinrichtung nach Patent Nr. 203595 für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger Spannung mit mindestens einer im Nebenschluss arbeitenden Feldwicklung, insbesondere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen, bei der zur Steuerung des über die Feldwicklung gehenden Erregerstroms eine Kristallode, vorzugsweise ein Transistor verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens eine Verbindungsleitung von den Klemmen des Stromerzeugers (G) zu einem angeschlossenen Verbraucher (L), insbesondere zu der ihm parallelgeschalteten Batterie (10) wenigstens ein vom Laststrom (J) des Stromerzeugers durchflossener Widerstand (R5) angeordnet und der am Widerstand in Abhängigkeit vom Laststrom wachsende Spannungsabfall (U) der Steuerelektrode (B) der Kristallode (T2) zugeführt ist.

Claims (1)

1. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer selbsterregten Schwingung Phasendrehglieder (32) vorgesehen sind, durch welche die an der Steuerelektrode (B) der Kristallode (T2) wirksame Spannung in die zur Aufrechterhaltung der Selbsterregungsbedingungen erforderliche Phasenlage gebracht wird.

   3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausser einem mit seiner EmitterKollektorstrecke in Reihe mit der, Feldwicklung liegenden Leistungstransistor (T2) ein zu dessen Steuerung dienender zweiter Transistor (Tl) vorgesehen ist, dessen Emitter mit einer der beiden Klemmen des Generators und dessen Kollektor mit der andern Klemme des Generators verbunden ist.

   4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerkreis des zweiten Transistors (Tl) ein Stromleiter (Dl) mit stark gekrümmter Strom-Spannungskennlinie angeordnet ist, der beim Überschreiten des Sollwertes der Generatorspannung einen Steuerstrom zu führen vermag, der sich stärker als die Generatorspannung ändert. <Desc/Clms Page number 4>

   5. Regeleinrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (B) der in den Stromkreis der Feldwicklung (F) eingeschalteten Kristallode (T2) an wenigstens einen Halbleiter (43) angeschlossen ist, dessen elektrischer Längswiderstand in Abhängigkeit von einem quer dazu stehenden veränderlichen Magnetfeld steuerbar ist (Hall-Generator).

   6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des den Hallge- nerator (43) steuernden magnetischen Feldes auf einem Eisenkern (44) wenigstens eine Spule (45) vorge- sehen ist, die vorzugsweise in Reihe mit einer Zenerdiode (D1) an die zu regelnde Spannung angeschlossen ist.

   7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Spule (45) eine zweite Spule (46) auf den gleichen Eisenkern (44) angeordnet ist, die parallel zu einem in den Laststromkreis eingeschalteten Widerstand (R5) liegt.

   8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit der parallel zum Laststromwiderstand (R5) geschalteten Magnetisierungswicklung (46) eine Diode (D4) geschaltet ist.

   9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D4) eine stark ge- krümmte Kennlinie mit einem in der Sperr-Richtung vorhandenen Knick (Zenereffekt) aufweist.

   10. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (B) der mit der Feldwicklung in Reihe liegenden Kristallode (T2) an die Sekundärwicklung (53) eines mit einem Eisenkern (54) versehenen Transformators angeschlossen ist, der zwei Primärwicklungen (51 und 52) hat, von denen die eine über eine Diode (D1) mit stark gekrümmter Kennlinie an der zu regelnden Spannung liegt, während die andere Primärwicklung (52) parallel zu dem vom Laststrom durchflossenen Widerstand (R5) geschaltet ist.

   11. Regeleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dem Lastwiderstand (R5) parallelgeschaltete Wicklung (52) des Transformators in Reihe mit einer Diode (D4) liegt, die eine stark gekrümmte Stromspannungskennlinie hat.

   12. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stromleiters (D1) mit stark gekrümmter Stromspannungskennlinie, der einerseits mit dem den Laststrom führenden Widerstand (R5) und den Stromverbrauchern, anderseits mit der Steuerelektrode eines den Erregerstrom 'beeinflussenden Transistors (Tl, T2, T3) verbunden ist.

   13. Regeleinrichtung nach Anspruch 12,'dadurch gekennzeichnet, dass als Stromleiter (Dl) eine Halbleiterdiode verwendet ist.

   14. Regeleinrichtung nach denAnsprüchen12und 13, dadurchgekennzeichnet, dass der Stromleiter (Dl) mit dem den Laststrom führenden, in einer der beiden Generatoranschlussleitungen liegenden Widerstand (R5) und den Verbrauchern (10, L) über einen Widerstand (R2) verbunden ist, der zusammen mit einem weiteren, an die andere Generatoranschlussleitung angeschlossenen Widerstand (Rl) einen Spannungsteiler für die zu regelnde Spannung bildet.