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Kontaktlos Regeleinrichtung für selbsterregte Nebenschlussgeneratoren, insbesondere Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine zur kontaktlosen Regelung der Spannung von Nebenschlussgenera- toren, vorzugsweise von Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge bestimmte Regeleinrichtung, nach Patent
Nr. 203595, bei der ein in denErregerstromkreis des Generators eingeschalteter Transistor von einem zwei- ten Transistor gesteuert wird, dessen Ausgangsleistung mindestens teilweise auf seinen Eingangskreis zur Erzeugung einer selbsterregten Schwingung rückgekoppelt ist.
Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, im Steuerkreis des bzw. der die selbsterregte Schwingung erzeugenden Schaltelemente einen im Laststromkreis des Generators angeordneten Widerstand vorzusehen und den an diesem Widerstand entstehenden Spannungsabfall dem bzw. den Schaltelementen über einen
Stromleiter zuzuführen, der unterhalb eines vorgegebenen Wertes des Spannungsabfalls im wesentlichen gesperrt ist, oberhalb dieses Wertes jedoch leitend wird.
Als Stromleiter dieser Art lässt sich ein aktiver oder passiver Zweipol verwenden, der negativ vorge- spannt ist oder eine Stromspannungskennlinie mit ausgeprägtem Knick aufweist. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn eine Kristalldiode mit Zenereffekt als Stromleiter verwendet wird.
In der Zeichnung sind Schaltbilder von zwei Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die im Schaltbild nach Fig. l mit F bezeichnete Feldwicklung einer Gleichstromlichtmaschine, die von einem zur Fortbewegung eines Kraftfahrzeugs bestimmten, in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotor in Umdrehung versetzt werden kann, liegt im Nebenschluss zu deren Anker G. Sie ist mit ihrem einen Ende an die negative Bürste a der Lichtmaschine angeschlossen, während ihr anderes Ende mit der Kollektorelektrode Cl eines Flächentransistors 10 verbunden ist, dessen Emitterelektrode EI an der positiven Bürste b der Lichtmaschine liegt.
Die Grösse des über die Feldwicklung F fliessenden Erregerstroms Je und damit die Höhe der im Anker G induzierten und an den Bürsten a und b abgenommenen Spannung U hängt ab von der Grösse des über die Basiselektrode B des Transistors 10 fliessenden Basisstroms Jus der über einen Widerstand 11 von etwa 100 Ohm zur Masse bzw. zur negativen Bürste a geführt wird. Zur Steuerung des Transistors 10 ist ein zweiter Transistor 20 vorgesehen, der so geschaltet ist, dass er eine selbsterregte elektrische Schwingung erzeugt.
Zu diesem Zweck ist in seinem Ausgangskreis ein Transformator vorgesehen, dessen Eisenkern in der Zeichnung mit 21 bezeichnet ist und drei im gleichen Wickelsinne ausgeführte Wicklungen 22,23, 24 sowie eine vierte Wicklung 27 trägt. Die mittlere Wicklung 23 hat etwa 90 Windungen bei 20 mHy und liegt mit ihrem einen Ende an der mit der negativen Bürste a verbundenen Masseleitung ; ihr anderes Ende ist mit der Kollektorelektrode C2 des Transistors 20 verbunden.
In die Verbindungsleitung von der Plus-Bürste b der Lichtmaschine zur Emitterelektrode E2 dieses Transistors ist ein Lastwiderstand R von etwa 40 MilliOhm derart eingeschaltet, dass die Emitterelektrode E2 niedrigeres Potential als die Plusbürste b bekommt, wenn die Generatorspannung U höher ist als die Spannung der mit 32 bezeichneten Sammlerbatterie und daher ein Laststrom 11 von der Plusbürste zur Plusklemme der Batterie über den Lastwiderstand R fliesst. Hinter dem Lastwiderstand R ist ein Silicium-Gleichrichter 42 abgezweigt, der zusammen mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 43 einen Spannungsteiler bildet, an dem die Emitterelektrode E2 des
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Transistors 20 liegt.
Auf der Eingangsseite des Transistors 20 ist die Basiselektrode B einerseits über einen einstellbaren Widerstand 25 von etwa 10 Ohm mit dem Lastwiderstand R, anderseits mit der Minus-Bürste a der Lichtmaschine über einen Widerstand 26 von etwa 40 bis 50 Ohm und die mit ihm in Reihe geschaltete niederohmige Wicklung 24 verbunden. Von der Wicklung 24 zweigt ein Gleichrichter 28 ab, der zusammen mit einem an die Wicklung 22 des Transformators 21 angeschlossenen zweiten Gleichrichter 29 an der Basiselektrode B des Transistors 10 liegt.
Die Widerstände 25, 26 und der Gleichstromwiderstand der Wicklung 24 bilden den einen, der Gleichrichter 42 und der Widerstand 43 den andern Zweig einer nichtlinearen Brücke, deren Diagonalspannung sich wegen des stark gekrümmten Kennlinienverlaufes des Gleichrichters 42 mehr als proportional zu den Abweichungen der Generatorspannung U von ihrem Sollwert ändert. An die Batterie 32 können verschiedene Verbraucher angeschlossen werden, von denen in Fig. l nur ein mit 33 bezeichneter mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. Um zu vermeiden, dass die Batterie sich über die Lichtmaschine entladen kann, ist in ihre Zuleitung ein Gleichrichter 34 aus Halbleitermetall eingeschaltet.
Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung lässt sich leicht übersehen, wenn man davon ausgeht, dass die an den Bürsten a und b abgenommene Spannung U der Lichtmaschine im Ansteigen begriffen und der Widerstand 25 so eingestellt sei, dass bei Erreichen der Sollspannung die am Widerstand 25 abfallende Teilspannung die Basis B auf gleiches Potential wie die negativ vorgespannte Emitterelektrode E des Transi-
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Spannung U2 ändert sich nur wenig. Der Kollektorstrom erreicht jedoch bald seinen Maximalwert, der durch den Maximalwert des Basisstromes Jb und die Baudaten des Transistors festgelegt ist.
Wenn sich dieser Maximalwert eingestellt hat, verschwindet die in den Wicklungen induzierte Spannung U und das Potential der Basiselektrode B springt auf einen höheren Wert zurück, so dass der Basisstrom Jb nicht mehr in der bisherigen Höhe aufrechterhalten werden kann. Dadurch wird auch der Kollektorstrom Jb gedrosselt. Die Induktivität der Wicklung 23 wirkt dieser Änderung des Kollektorstromes entgegen und erzeugt einen Spannungsimpuls, der in der Zeichnung mit einem in unterbrochenen Linien ausgeführten Spannungspfeil U'angedeutete ist. Durch diesen Spannungsimpuls wird der Transistor 20 vollends in den nichtleitenden Zustand gesteuert, in dem er so lange gehalten wird, bis der Spannungsimpuls U , abgeklungen ist.
Dann kann das beschriebene Spiel von neuem beginnen, wenn die Lichtmaschinenspannung U wieder ihren Soll- wert erreicht.
Da die in der Wicklung 24 infolge der Änderungen des Kollektorstromes J2 erzeugten Spannungen U2 und U'2 auf das Potential der Basiselektrode B2 und damit auf den Eingangskreis des Transistors 20 im Sinne einer Verstärkung dieser Änderungen wirken, entsteht eine selbsterregte elektrische Schwingung, bei welcher der Transistor 20 zwischen einem Betriebszustand mit hohem und einem Betriebszustand mit niedrigem Kollektorstrom J2 nach Art eines monostabilen Sperrschwingers hin- und zurückkippt, so oft die ansteigende Lichtmaschinenspannung bis zu dem am Widerstand 25 eingestellten Sollwert angestiegen ist.
DieSpannungsimpulse und U'werden über die Gleichrichter 28 und 29 auf einen Ladekondensator
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der Transistor 10 den Erregerstrom Je stark drosselt, wodurch die Lichtmaschinenspannung abgesenkt wird.
Das Absinken der Lichtmaschinenspannung unter den Sollwert hat zur Folge, dass der Transistor 20 so lange gesperrt bleibt und daher keine die Lichtmaschinenspannung absenkenden Impulse auf den Transistor 10 zu geben vermag, bis die Lichtmaschine sich wieder selbst auf ihre Sollspannung erregt hat. Dieser Vorgang wiederholt sich in rascher Folge in der beschriebenen Weise, solange der Laststrom Jb den Wert Null (oder einen konstanten Wert) hat.
Um eine Überlastung der Lichtmaschine durch zu hohe Verbraucherströme zu vermeiden, ist ihr Laststrom über den Lastwiderstand R geführt. Ausserdem ist vor dem Lastwiderstand R ein Zweipol 50 mit stark geknickter Kennlinie abgezweigt, der in Reihe mit der Transformatorwicklung 27 liegt. Bei einer ausge-
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ders wirkungsvoll erwiesen.
Die Zenerdiode 51 liegt in der Schaltung nach Fig. 2 zusammen mit der vierten Transformatorwick-
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lung 27 parallel zu den Bürsten a und b des Generators G und erhält daher praktisch deren volle Spannung U. Solange kein Laststrom JL fliesst, fällt am Lastwiderstand keine Spannung ab. Mit zunehmendem Laststrom wächst jedoch der Spannungsabfall am Lastwiderstand R und der Transistor 20 wird von der nichtlinearen Brücke 42, 43 und 25, 26, 24 so gesteuert, dass die Generatorspannung U um den Betrag des Spannungsabfalls an R ansteigt. Der mit S bezeichnete Punkt wird dabei praktisch auf konstantem Potential gehalten.
Der Wert des Widerstandes R ist so gewählt, dass die an der Zenerdiode 51 liegende Teilspannung der Lichtmaschinenspannung U die Durchbruchsspannung erreicht, wenn der Laststrom JL den für die Lichtmaschine zulässigen Maximalwert überschreitet. In diesem Augenblick wird die vorher gesperrte Zenerdiode 51 leitend, so dass durch die Transformatorwicklung 27 Strom fliesst, der in den übrigen Wicklungen desTransformators Spannungsstösse induziert, die die gleiche Polarität haben wie die für die Wicklung 24 eingezeichnete Spannung . Durch diese zusätzliche Spannung wird das Potential der Basiselektrode B 2 des Transistors 20 herabgesetzt und der Transistor 20 gibt über die Wicklung 23 auf den Transistor 10 einen Sperrimpuls, der zur Folge hat, dass die Generatorspannung absinkt.
Gleichzeitig fällt die an der Zenerdiode 51 liegende Teilspannung unter den Durchbruchswert dieser Diode, so dass auch der Laststrom fällt.
Gegenüber der Schaltung nach Fig. l hat die Regeleinrichtung nach Fig. 2 den Vorteil, dass die Begrenzung des Maximalstromes JL unabhängig von der Höhe der Lichtmaschinenspannung erfolgt.
Im Schaltschema nach Fig. 2 sind für Schaltelemente, die mit solchen nach Fig. l gleich oder gleich-
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Wicklungen 22, 23 und 24 über Gleichrichter 28 und 29 beeinflusst. Der Transformator wird gespeist durch den Transistor 20, dessen Emitterbasisstrecke wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l im Diagonalzweig einer nichtlinearen Brücke liegt, die einerseits von dem veränderbaren Widerstand 25 und dem Festwiderstand 26 sowie dem vernachlässigbar kleinen Gleichstromwiderstand der Wicklung 24, anderseits von dem Festwiderstand 43 und dem als nichtlineares Brückenelement dienenden Siliziumgleichrichter 42 gebildet wird.
Abweichend von der Schaltung nach Fig. l ist bei derjenigen nach Fig. 2 der am Lastwiderstand R infolge des Laststroms JL entstehende Spannungsabfall in die als Sollwertgeber für die Spannungsregelung dienende nichtlineare Brücke eingekoppelt. Parallel zum Lastwiderstand R liegt ein nichtlinearer Spannungsteller, der aus einer in Flussrichtung betriebenen Kristalldiode 51 und einem Festwiderstand 52 von etwa 0, 5 Ohm besteht. An den Verbindungspunkt des Spannungsteilers ist der veränderbare Widerstand 25 angeschlossen. Solange die am Lastwiderstand R abfallende Spannung klein ist, hat die Kristalldiode einen verhältnismässig grossen, bei grossem Spannungsabfall dagegen einen verhältnismässig kleinen Widerstand.
Durch diese spannungsabhängige Charakteristik der Diode 51 wird erreicht, dass die an der Lichtmaschine eingeregelte Spannung U bis zu einem vorbestimmten Wert des Laststroms JL annähernd konstant bleibt, oberhalb dieses Stromwerts jedoch rasch abfällt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regeleinrichtung zur kontaktlosen Regelung der Spannung von Nebenschlussgeneratoren, vorzugsweise von Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge, nach Patent Nr. 203595 bei der ein in den Erregerstromkreis des Generators eingeschalteter Transistor von einem zweiten Transistor gesteuert wird, dessen Ausgangsleistung mindestens teilweise auf seinen Eingangskreis zur Erzeugung einer selbsterregten Schwingung rückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerkreis des bzw. der die selbsterregte Schwindung erzeugenden Schaltelemente ein im Laststromkreis angeordneter Widerstand (R) vorgesehen und der an diesem Widerstand entstehende Spannungsabfall dem bzw.
den Schaltelementen über einen Stromleiter (50) zugeführt ist, der unterhalb eines vorgegebenen Wertes des Spannungsabfalls im wesentlichen gesperrt ist, oberhalb dieses Wertes jedoch leitend wird.