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Elektrischer Spannungsregler für Lichtmaschinen
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dgl.,leitung 10 angeschlossen ist. In Reihe mit der Spannungsspule 12, die 1200 Windungen eines 0,2 mm starken Drahtes aufweist, liegt die bei 11 angedeutete Hilfswicklung. Die Hilfswicklung hat 200 Windungen aus 0,5 mm starkem Kupferdraht und weist einen Gleichstromwiderstand von etwa 1 Ohm auf. Sie liegt mit ihrem andern Wicklungsende an der Plusklemme a des Generators G und ist gleichzeitig mit einem Widerstand 14 verbunden, der einen Widerstandswert von etwa 0, 03 Ohm hat. Vom Verbindungspunkt der Spannungsspule 12 und der Hilfswicklung 11 zweigt ein Trockengleichrichter 13 ab, der mit seiner Ab- leitungselektrode an die Plusklemme der bei 15 angedeuteten Batterie angeschlossen ist.
Zwischen dem Widerstand 14 und der Plusklemme der Batterie 15 ist ausserdem ein für den vollen Laststrom des Generators bemessener Gleichrichter 16 angeordnet, der bei stillstehender und ungenügend erregter Lichtmaschine G verhindert, dass sich die Batterie über den Anker der Lichtmaschine entladen kann.
Die Regeleinrichtung arbeitet folgendermassen :
Sobald die Lichtmaschine G mit ausreichender Drehzahl angetrieben wird, bildet sich an ihren Klemmen infolge der in den Eisenteilen der Lichtmaschine vorhandenen magnetischen Restfeldstärke eine geringe Klemmenspannung aus, die einen über die Feldwicklung F und den dann in seiner Schliessstellung stehenden Schaltarm c fliessenden Erregerstrom Je zur Folge hat.
Dieser verstärkt die magnetische Erregung der Lichtmaschine, so dass die Klemmenspannung U rasch auf einen Wert von etwa 13,5 V ansteigt, bei dem nicht nur ein geringer Laststrom JL zur Sammlerbatterie 15 fliessen kann, sondern auch durch die Hilfswicklung und die Spannungsspule 12 ein so grosser Magnetisierungsstrom von etwa 0,33 A fliesst, dass der Schaltarm c entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder von seinem Gegenkontakt abgehoben wird und dabei den Feldwiderstand R zur Wirkung bringt. Hiedurch wird der über die Feldwicklung F gehende Erregerstrom Je erheblich geschwächt und die Klemmenspannung der Lichtmaschine geht geringfügig soweit zurück, dass der Schaltarm c wieder in seine Schliessstellung gelangt.
Auf diese Weise wird durch abwechselndes, in rascher Folge vor sich gehendes Öffnen und Schliessen des Schaltarms c ein Mittelwert des Erregerstroms Je eingestellt, der die Klemmenspannung der Lichtmaschine auf einem praktisch gleichbleibenden Wert von 13,5 V hält.
Ausser dieser Spannungsregelung wird noch die im folgenden näher beschriebene Stromregelung wirksam, wenn an die Lichtmaschine ein oder mehrere Verbraucher, von denen in Fig. 1 einer bei 20 angedeutet ist, angeschlossen werden und einen so niedrigen Widerstand haben, dass der von der Lichtmaschine zum Verbraucher fliessende Laststrom JL einen durch die Baugrössen der Lichtmaschine festgelegten Höchstwert überschreiten würde. In diesem Fall wird nämlich die Erregung der Lichtmaschine so stark herabgesetzt, dass die der Lichtmaschine entnommene Leistung den zulässigen Höchstwert nicht überschreitet. Für eine 270 W-Maschine bei einer Sollspannung von 13,5 V beträgt der Höchstwert des Laststroms JL = 20 A.
Durch den Laststrom JL wird am Widerstand 14 und an dem mit ihm in Reihe liegenden Gleichrichter 16 ein Spannungsabfall U3 erzeugt, der mit dem Laststrom ungefähr linear anwächst. Sobald die Spannung U grösser wird als die am Gleichstromwiderstand R1 von 1 Ohm der Hilfswicklung 11 erzeugte Vorspannung U1 = 0, 33 V, kann über den Gleichrichter 13 ein Teil J3 des Laststroms JL fliessen. Dieser Strom J3 erzeugt in der Hilfswicklung 11 ein zusätzliches Magnetfeld, das sich mit vom Strom Jl in der Spannungswicklung 12 erzeugten Feld überlagert und dieses in seiner Wirkung auf den Schaltarm c unterstützt. Dies hat zur Folge, dass sich an den Klemmen der Lichtmaschine eine umso kleinere Spannung U einstellt, je stärker die vom Strom J3 erzeugte zusätzliche Erregung des Spannungsrelais ist.
Der besondere Vorteil besteht dabei darin, dass die Stromregelung bei einem genau definierten, durch die Grösse der Vorspannung Ul festgelegten Wert des Laststroms JL einsetzt. Dadurch ergibt sich eine bis zu diesem Wert des Laststroms praktisch gleichbleibende Lichtmaschinenspannung und ein scharfer Knick der Regelkennlinie bei dem zulässigen Höchstwert des Laststroms.
Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, den Wert des den Laststrom führenden Widerstands 14 zwischen 0,01 und 0, 1 Ohm, vorzugsweise von 0,025 bis 0,. 04 Ohm zu wählen. Dabei kann der Gleichstromwiderstand R1 der Hilfswicklung 11 so niedrig gewählt werden, dass sich im Leerlauf der Lichtmaschine eine durch den die Spannungsspule 12 durchfliessenden Strom J1 hervorgerufene Vorspannung U1 von mindestens 0,3 V einstellt. Wesentlich bei der beschriebenen Anordnung ist jedoch, dass die am Widerstand 14 entstehende Verlustleistung klein gehalten werden kann.
Hiezu ist es erforderlich, dass das Verhältnis des Gleichstromwiderstands R2 der Spannungsspule 12 zum Gleichstromwiderstand Rl der Hilfswicklung 11 wesentlich grösser als l, vorzugsweise grösser als 10 gewählt wird. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Gleichstromwiderstand R2 der Spannungsspule 12 das Vierzigfache des Gleichstromwiderstands R1 der Hilfswicklung 11. Wenn man bereits bei kleinen Werten des am Widerstand 14 entstehenden Spannungsabfalles U, die Stromregelung zur Wirkung bringen will, empfiehlt es sich, einen Gleichrichter 13 zu wählen, der bei einem Durchlass-Strom von 2 A einen Durchlasswiderstand von höchstens 0,2 Ohm hat.
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Electric voltage regulator for alternators
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Like., line 10 is connected. The auxiliary winding indicated at 11 is in series with the voltage coil 12, which has 1200 turns of a 0.2 mm thick wire. The auxiliary winding has 200 turns made of 0.5 mm thick copper wire and has a DC resistance of around 1 ohm. The other end of the winding is connected to the positive terminal a of the generator G and at the same time it is connected to a resistor 14 which has a resistance of approximately 0.03 ohms. A dry-type rectifier 13 branches off from the connection point of the voltage coil 12 and the auxiliary winding 11, and its discharge electrode is connected to the positive terminal of the battery indicated at 15.
Between the resistor 14 and the positive terminal of the battery 15 there is also a rectifier 16 which is dimensioned for the full load current of the generator and which prevents the battery from discharging via the armature of the alternator when the alternator G is stationary and insufficiently excited.
The control device works as follows:
As soon as the alternator G is driven at sufficient speed, a low terminal voltage develops at its terminals due to the residual magnetic field strength present in the iron parts of the alternator, which results in an exciting current Je flowing through the field winding F and the switching arm c then in its closed position Has.
This increases the magnetic excitation of the alternator, so that the terminal voltage U rises rapidly to a value of around 13.5 V, at which not only a small load current JL can flow to the collector battery 15, but also through the auxiliary winding and the voltage coil 12 A large magnetizing current of about 0.33 A flows, so that the switching arm c is lifted from its counter-contact against the force of a return spring, not shown, and thereby brings the field resistance R into effect. As a result, the excitation current Je passing through the field winding F is considerably weakened and the terminal voltage of the alternator is slightly reduced to such an extent that the switching arm c returns to its closed position.
In this way, by alternately opening and closing the switching arm c in rapid succession, an average value of the excitation current Je is set, which keeps the terminal voltage of the alternator at a practically constant value of 13.5 V.
In addition to this voltage regulation, the current regulation described in more detail below is effective when one or more consumers, one of which is indicated at 20 in FIG the flowing load current JL would exceed a maximum value determined by the size of the alternator. In this case, the excitation of the alternator is reduced so much that the power drawn from the alternator does not exceed the maximum permissible value. For a 270 W machine with a nominal voltage of 13.5 V, the maximum value of the load current is JL = 20 A.
The load current JL produces a voltage drop U3 across the resistor 14 and the rectifier 16 in series with it, which increases approximately linearly with the load current. As soon as the voltage U is greater than the bias voltage U1 = 0.33 V generated at the direct current resistor R1 of 1 ohm of the auxiliary winding 11, part J3 of the load current JL can flow via the rectifier 13. This current J3 generates an additional magnetic field in the auxiliary winding 11, which is superimposed with the field generated by the current J1 in the voltage winding 12 and supports this in its effect on the switching arm c. As a result, the voltage U at the terminals of the alternator is lower, the stronger the additional excitation of the voltage relay generated by the current J3.
The particular advantage here is that the current regulation starts at a precisely defined value of the load current JL that is determined by the magnitude of the bias voltage Ul. This results in an alternator voltage practically constant up to this value of the load current and a sharp bend in the control characteristic at the maximum permissible value of the load current.
It has proven to be particularly expedient to set the value of the resistor 14 carrying the load current between 0.01 and 0.1 ohm, preferably from 0.025 to 0.. 04 ohms to choose. The DC resistance R1 of the auxiliary winding 11 can be selected to be so low that a bias voltage U1 of at least 0.3 V, caused by the current J1 flowing through the voltage coil 12, is set when the alternator is idling. However, it is essential with the described arrangement that the power loss occurring at the resistor 14 can be kept small.
For this purpose, it is necessary that the ratio of the direct current resistance R2 of the voltage coil 12 to the direct current resistance Rl of the auxiliary winding 11 is selected to be significantly greater than 1, preferably greater than 10. In the exemplary embodiment described, the direct current resistance R2 of the voltage coil 12 is forty times the direct current resistance R1 of the auxiliary winding 11. If you want to bring about the current control even with small values of the voltage drop U occurring at the resistor 14, it is advisable to choose a rectifier 13, which has a forward resistance of at most 0.2 ohms at a forward current of 2 A.