<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Regeln von Nebenschlussgeneratoren, insbesondere von
Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln von Nebenschlussgeneratoren, insbesondere von Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge, mit einem oder mehreren Relais, das mindestens einen Umschalter aufweist, zu dessen Ruhekontakten (die bei untererregtem Relais miteinander in Berührung stehenden Kontakte) ein in Reihe mit der Erregerwicklung des Generators liegender Regelwiderstand parallel geschaltet ist.
Bekannte Einrichtungen dieser Art weisen den Nachteil auf, dass infolge des grossen zu schaltenden Stromes die Kontakte einer starken Abnützung unterliegen und durch die auftretenden Funken Funkstörungen herbeigeführt werden. Durch die im Hinblick auf die hohen Stromstärken erforderliche grosse Dimen- sionierung der Kontakte bringen deren grosse Massengewichte eine ungünstige Beschleunigungsfestigkeit der beweglichen Relaisteile bei von aussen her auftretenden Schwingungen mit sich.
Es wurden auch schon Einrichtungen vorgeschlagen, bei denen in Serie mit der Erregerwicklung des Nebenschlussgenerators ein Transistor als gesteuerter Schalter zur Regelung des Erregerstromes vorgesehen ist. Der Transistorinnenwiderstand wird dabei entweder durch Betätigung eines mechanischen Kontaktes oder durch einen weiteren Transistor (Steuertransistor) und gegebenenfalls noch vorhandene Brückenschal- tungen nichtlinearer Widerstände abwechselnd von einem Minimalwert (leitender Transistor) zu einem Maximalwert (gesperrter Transistor) und wieder zurück geschaltet.
Wenn die Generatorspannung höher ist als die maximal zulässige Sperrspannung eines Transistors, so kann gemäss einer andern Regeleinrichtung ein Widerstandsteiler vorgesehen sein. wobei der Transistor nur zu einem Teilwiderstand parallel geschaltet ist. Die Teilwiderstände dienen auch zur Einstellung bzw. Stabilisierung des Transistorarbeitspunktes, es kann jedoch nicht die gesamte Generatorspannung durchgesteuert werden. Daher wurde auch schon der Vorschlag gemacht, bei hoher Generatorspannung mehrere Transistoren in Serie zu schalten, (s. diesbezüglich z. B. die deutsche Auslegeschrift Nr. 1052526).
Alle diese Einrichtungen, bei denen ein Transistor als gesteuerter Schalter vorgesehen ist, haben den grossen Nachteil, dass der Transistor dauernd vom Erregerstrom durchflossen ist und daher auch dauernd Leistung aufnehmen muss. Aus diesem Grunde muss ein Transistor vorgesehen werden, der für eine sehr grosse Verlustleistung geeignet ist ; derartige Leistungstransistoren sind jedoch sehr teuer.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beheben. Erfindungsgemäss ist parallel zum Umschalter und zum Regelwiderstand ein vom Umschalter steuerbarer Widerstand, z. B. eine Röhre, ein Transistor, insbesondere ein Schalttransistor, derart geschaltet, dass dessen Widerstand bei offenen Umschalterkontakten niederohmig, bei geschlossenen Umschalterarbeitskontakten (nämlich bei vollerregtem Relais miteinander in Berührung stehenden Kontakten) hingegen hochohmig ist.
Mit der erfindungsgemässen Massnahme wird die Schaltleistung der Kontakte -nittels des parallel geschalteten Transistors auf ein Minimum reduziert, wobei praktisch davon gesprochen werden kann, dass die Kontakte leistungslos schalten, wodurch diese sehr klein und äusserst trägheitsarm dimensioniert werden können. Es wird hiebei eine mehrfache Lebensdauer gegenüber der bei den bisher bekannten Enrichtungengewährleistet und ausserdem die Störungen in Anlagen für Funkbetrieb weitgehendst vermieden.
Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der Kontakteinrichtung ist als steuerbarer Widerstand ein Transistor vorgesehen, dessen Kollektor-Emitterstrecke parallel zum Ruhekontakt und dem beweglichen
<Desc/Clms Page number 2>
Kontakt des Umschalters liegt und dessen Basiselektrode mit dem Arbeitskontakt des Umschalters verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist die Emitterelektrode des Transistors mit dem beweglichen Kontakt des Umschalters und mit der einen Anschlussklemme des Nebenschlussgenerators, die Kollektorelektrode mit dem feststehenden Ruhekontakt, welcher im spannungslosen Zustand mit dem beweglichen Kontakt in Berührung ist und an welchen eine Klemme der Feldwicklung angeschlossen ist, und die Basiselektrode mit dem zweiten feststehenden Kontakt und über einen Widerstand mit der zweiten, nicht mit der Emitterelektrode verbundenen Anschlussklemme des Generators verbunden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachstehenden und aus der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, ohne den Schutz hierauf zu beschränken.
Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung einer Lichtanlage mit der erfindungsgemässen Kontakteinrichtung und die Fig. 2 und 3 ausführlichere Schaltungen von Lichtanlagen für Kraftfahrzeuge.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Generator bezeichnet, welcher eine Nebenschlussfeldwicklung 2 besitzt. Diese Feldwicklung 2 ist über einen Widerstand 3, welcher von den Kontakten 4 und 5 periodisch kurzgeschlossen wird, an die Anschlussklemmen des Generators 1 angeschaltet. Gemäss der Erfindung ist parallel zu den Kontakten 4, 5 und damit auch parallel zum Regelwiderstand 3 ein Transistor 6 geschaltet. Die Emitterelektrode dieses Transistors 6 ist mit dem beweglichen Kontakt 4 und, falls der Transistor 3, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, ein pnp-Transistor ist, mit der positiven Anschlussklemme des Generators 1 verbunden.
Die Kollektorelektrode des Transistors 6 ist mit dem feststehendenRuhekontakt 5, wel cher im spannungslosen Zustand mit dem beweglichen Kontakt 4 in Berührung ist, und die Basiselektrode mit dem feststehenden Arbeitskontakt 7 verbunden. Weiters ist die Basiselektrode des Transistors 6 über den Widerstand 8 mit der negativen Anschlussklemme des Generators 1 verbunden. Die Betätigung des Kontaktes 4 wird mittels einer Spannungsspule 9 erzielt, welche an die Anschlussklemmen des Generators angeschlossen ist. Ferner ist in an sichbekannterweise parallel zur Feldwicklung 2 ein Widerstand 10 geschal- tet, welcher zur Unterdrückung der Selbstinduktionsspannungen dient, welche an der Feldwicklung 2 während des Schaltens entstehen.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgt :
Im Anlaufgebiet des Generators ist der Kontakt 4 mit dem Ruhekontakt 5 in Berührung, wodurch der Regelwiderstand 3 und die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 6 kurzgeschlossen sind und die Feldwicklung 2 den vollen Erregerstrom führt. Weiters fliesst über den Widerstand 8 ein Strom über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 6, welcher die Kollektor-Emitterstrecke dieses Transistors niederohmig macht, die jedoch wegen des Kurzschlusses über die Kontakte 4 und 5 wirkungslos ist. Wenn der Generator 1 nun seine Sollspannung erreicht, so wird mittels der Spannungsspule 9 der bewegliche Kontakt 4 betätigt.
In dem Schaltaugenblick, während dem der bewegliche Kontakt 4 weder mit dem festen Kontakt 5 noch mit dem festen Kontakt 7 in Berührung ist, wird die niederohmige Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 6 wirksam, da diese gegenüber dem Regelwiderstand 3 einen viel kleineren Widerstandswelt aufweist. Nachdem der bewegliche Kontakt 4 umgekippt und nunmehr mit dem feststehenden Kontakt 7 in Berührung ist, wird durch die Kontakte 4 und 7 die Basis-Emitterstrecke des Transistors 6 kurzgeschlossen, wodurch kein Basisstrom mehr im Transistor 6 fliesst und infolgedessen die Kollektor-Emitterstrecke sehr hochohmig wird.
Die Kollektor-Emitterstrecke ist nun wegen des parallel geschalteten Regelwiderstandes 3 unwirksam, da dieser im Vergleich zu der hochohmigen Kollektor-Emitterstrecke nunmehr einen viel kleineren Widerstandswert aufweist. Beim Zurückkippen des beweglichen Kontaktes 4 wiederholt sich dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge, d. h. die Emitter-Kollektorstrecke des rransistors 6 wird durch Aufheben des Kurzschlusses der Emitter-Basisstrecke, welcher Kurzschluss durch die sich berührenden Kontakte 4 und 7 verursacht wurde, wieder niederohmig und nach völligem Umkippen des Kontaktes 4 durch die sich berührenden Kontakte 4 und 5 kurzgeschlossen. Der Transistor 6 ist also, wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich sein dürfte, nur während der Umldppzeit des bewegli- : hen Kontaktes 4 wirksam.
Diese Umkippzeit kann durch einen möglichst geringen Abstand, z. B. 0, 1 mm, zwischen den feststehenden Kontakten 5 und 7 und durch eine astatische Einstellung des Relais sehr klein gehalten werden. Weiters wird eine Beschädigung des Transistors durch Selbstinduktionsspannungen, die bereits durch einen parallel zur Feldwicklung 2 liegenden Widerstand 10 weitgehendst unterdrückt werJen, unter allen Umständen vermieden, da der Regelwiderstand 3 dauernd parallel zur Kollektor-Emit- : erstrecke des Transistors liegt.
Um die mittels der erfindungsgemässen Kontakteinrichtung erzielbare Reduzierung der Schaltleistung ! er Koniakte zu veranschaulichen, sei diese im nachstehenden anHand von Zahlenwerten dargelegt. Falls lie einzelnen Nennwerte bzw. Bauteile folgendermassen bemessen werden :
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb>
<tb> Ohmscher <SEP> Widerstand <SEP> der <SEP> Feldwicklung <SEP> 2 <SEP> zirka <SEP> 40
<tb> Regelwiderstand <SEP> 3 <SEP> 500 <SEP>
<tb> Sollspannung <SEP> des <SEP> Generators <SEP> 1 <SEP> 14 <SEP> V <SEP>
<tb> Kollektorspannung <SEP> des <SEP> Transistors <SEP> 6
<tb> im <SEP> niederohmigen <SEP> Bereich <SEP> zirka <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> V <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 8 <SEP> zirka <SEP> 60 <SEP> ss
<tb>
so ergibt sich an dem Kontaktpaar 4, 5 eine Schaltleistung gemäss der Formel
EMI3.2
worin U die Kollektorspannung des Transistors im niederohmigen Bereich, 11 den vollen Erregerstrom und
EMI3.3
noch mit dem Kontakt 7 in Berührung ist. Mit den oben angeführten Daten ergibt sich hieraus nach Durchrechnung eine Schaltleistung von zirka 0, 07 Watt.
An dem Kontaktpaar 4, 7 ergibt sich eine Schaltleistung N , welche gemäss der Formel
EMI3.4
berechnet werden kann, worin U wiederum die Kollektorspannung des Transistors 6 im niederohmigen Bereich und Ib den Basisstrom darstellt. Nach Durchrechnung ergibt sich mit den oben genannten Daten eine Schaltleistung ni von zirka 0, 12 Watt.
Falls anstatt der erfindungsgemässen Kontakteinrichtung eine bekannte Kontakteinrichtung verwendet wird, so ergibt sich eine Schaltleistung N gemäss der Formel
EMI3.5
worin UR die am Widerstand 3 auftretende Spannung bei stark reduziertem Erregerstrom, 11 den vollen Erregerstrom und 15 den stark reduzierten Erregerstrom darstellen, welche Schaltleistung bei den oben gemachten Angaben zirka 40 Watt beträgt.
Es zeigt sich also, dass die Schaltleistung bei der erfindungsgemässen Kontakteinrichtung nur einige t-c cimlle der tatsächlichen Leistungs & nderung im Erregerkreis des Generators beträgt, so dass ohne weiteres davon gesprochen werden darf, dass bei der erfindungsgemässen Kontakteinrichtung die Kontakte praktisch leistungslos schalten.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten. Zum Unterschied gegenüber der Fig. 1 wirkt bei der Schaltung gemäss Fig. 2 auf den Kontakt 4 nicht nur die Spannungsspule 9, sondern auch eine Stromspule 11 ein, wodurch in an sich bekannter Weise eine geneigte Strom-Spannungskennlinie des Generators 1 erzielt wird. Ferner ist die Emitterelektrode des Transistors 6 nicht direkt an den beweglichen Kontakt 4 angeschlossen, sondern nach der Stromspule 11, während der Kontakt 4 mit dem andern Anschluss der Stromspule 11, also direkt mit der Generatorklemme, verbunden ist. Diese Anordnung dient bei Belastung, also bei hoher Umgebungstemperatur, zur positiven Vorspannung der Basis gegenüber dem Emitter, um zu erreichen, dass der Transistor auch tatsächlich bei hohen Umgebungstemperaturen gesperrt (hochohmig) bleibt.
Der Generator 1 ist über einen elektromagnetischen Ladeschalter 12, welcher in an sich bekannter Weise eine Spannungsspule 13 und eine Stromspule 14 besitzt, mit der Batterie 15 und weiteren nicht dargestellten Verbrauchern verbunden. Selbstverständlich kann auch, wie dies in der Zeichnung strichliert angedeutet ist, die Verbindung zwischen dem Generator und der Batterie in an sich bekannter Weise über ein elektrisches Ventil, z. B. eine Diode 16, erfolgen.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung unterscheidet sich insofern von der in Fig. 2 dargestellten, dass sowohl die Spannungsspule 9 als auch die Stromspule 11 je auf einen Umschaltkontakt einwirken. Hiebei
EMI3.6
Transistors 6 verbunden. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Generatorspannung bis zur Erreichung des höchstzulässigen Laststromes mittels der Spannungsspule 9 auf eine gleichbleibende Spannung
<Desc/Clms Page number 4>
geregelt wird, während bei Überschreiten des höchstzulässigen Laststromes infolge der Stromspule 11 die Spannung rasch abfallend geregelt wird. Durch die dargestellte Schaltung wird also die in vielen Fällen erwünschte Knickspannungskennlinie erzielt. Der Anschluss des Generators an die Batterie kann wiederum analog zu den in der Fig. 2 dargestellten Möglichkeiten erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Regeln von Nebenschlussgeneratoren, insbesondere von Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge mit einem oder mehreren Relais, das mindestens einen Umschalter aufweist, zu dessen Ruhekontakten (die bei untererregtem Relais miteinander in Berührung stehenden Kontakte) ein in Reihe mit der Erregerwicklung des Generators liegender Regelwiderstand parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Umschalter (4, 5, 7) und zumRegelwiderstand (3) ein vom Umschalter (4, 5, 7) steuerbarer Widerstand, z.
B. eine Röhre, ein Transistor (6), insbesondere ein Schalttransistor, derart geschaltet ist, dass dessen Widerstand bei offenen Umschalter-Kontakten (4, 5) niederohmig, bei geschlossenen Umschalter-Arbeitskontakten (4, 7) (nämlich bei voll erregtem Relais (9) miteinander in Berührung stehenden Kontakten) hingegen hochohmig ist.
EMI4.1