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Volltransistorisierter Spannungsregler für Generatoren niedriger Spannung
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in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. Jede der Wechselstromwicklungen ist über einen von drei Gleichrichtern 18 mit der gemeinsamen Plusleitung 19 und über einen von drei weiteren Gleichrichtern 20 mit der gemeinsamen, an Masse angeschlossenen Minusleitung 21 verbunden. Ein ebenfalls im Lichtmaschinengehäuse 10 untergebrachter, für den Laststrom der Lichtmaschine bemessener Gleichrichter 25 sorgt dafür, dass der bei 26 angedeuteten Batterie und den an diese anschliessbaren, in der Zeichnung nicht dargestellten Verbrauchern Strom zufliessen kann, wenn die Lichtmaschine mit genügend hohen Drehzahlen und bei ausreichender Erregung angetrieben wird.
Er verhindert jedoch, dass bei Stillstand der Lichtmaschine Strom aus der Batterie in die Lichtmaschine zurückfliessen kann und von dort zu dem auf dem Lichtmaschinengehäuse sitzenden, im folgenden näher beschriebenen Spannungsregler 27 gelangt.
Der Regler enthält einen Leistungstransistor 30, der mit seinem Kollektor an ein Wicklungsende der anderseits an Masse angeschlossenen Feldwicklung 15 angeschlossen ist. Von der Plusleitung 19 zum Emitter des Leistungstransistors führt ein Gleichrichter 31, während die Basis des Leistungstransistors unmittelbar mit dem Kollektor des Steuertransistors 32 verbunden ist und ausserdem über einen Widerstand 33 von etwa 20 Ohm an die Minusleitung 21 angeschlossen ist. Über der zu regelnden Spannung zwischen der Plusleitung 19 und der Minusleitung 21 liegt ein einstellbares Potentiometer 34.
Zwischen dem Abgriff 35 des Potentiometers und der Basis des Steuertransistors 32 ist eine als Sollwertgeber dienende Zensrdiode 36 vorgesehen, die in Sperrichtung beansprucht ist und erst dann stromleitend wird, wenn die zwischen dem Abgriff 35 und der Piusleitung 19 wirksame Spannung den Durchbruchswert der Zenerdiode von etwa 8 V überschreitet. Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine über ihren Sollwert von 14 V hinaus anzusteigen droht. Dann macht der über die Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors 32 fliessende Strom der Zenerdiode 36 den Steuertransistor 32 stromleitend.
Dessen Kollèk- torstrom erzeugt am Widerstand 33 einen solchen starken Spannungsabfall, dass der bisher voll stromleitende Leistungstransistor 30 seinen über die Feldwicklung 15 gehenden Kollektorstrom nicht mehr in der bisherigen Höhe aufrechterhalten kann. Infolge der Induktivität der Feldwicklung 15 entsteht an dieser eine Gegenspannung, die über den mit seiner Zuleitungselektrode an die Minusleitung 21 angeschlossenen, vorzugsweise aus Germanium oder Silicium bestehenden Gleichrichter 37 einen Ausgleichsstrom Ja hervorruft und damit das Potential am Kollektor des Leistungstransistors um etwa 0, 5 V unter das Potential der Minusleitung 21 erniedrigt.
Diese Erniedrigung wird dazu ausgenutzt, den Steuertransistor weit über das Mass hinaus stromleitend zu machen, das der am Abgriff 35 des Potentiometers 34 herrschenden Spannung und dem demzufolge tuber cire Zenerdiode 36 fliessenden Strom entspricht.
Hiezu ist erfindungsgemäss zwischen dem Kollektor des Leistungstransistors 30 und dem Verbindungspunkt von Zenerdiode und Basis des Steuertransistors eine Reaktanz vorgesehen, die aus einem Widerstand 40 von etwa 5000 Ohm und einem mit diesem in Reihe geschalteten Kondensator von etwa 0,1 pu besteht.
Diese Reaktanz bildet zusammen mit einem von Ger Plusleitung 19 zur Basis des Steuertransistors 32 führenden Widerstand 42 einen Spannungsteiler, dessen Wirkung auf den Steuertransistor durch Einstellung der Grösse des Widerstandes 42 leicht beeinflusst werden kann. Über die Reaktanz erhält der Steuertransistor einen durch das Auftreten des Ausgleichsstromes j ausgelösten kapazitiven Ladestromstoss JL, der über die Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors 32 dem Kondensator 41 zufliesst und den Steuertransistor noch stärker stromleitend macht. Dieser bringt den Leistungstransistor noch weiter in sein Sperrgebiet, wobeidas eine erhebliche Verlustleistung ergebende Gebiet zwischen voller Stromleitung und Sperrung des Transistors 30 rasch durchlaufen wird.
Infolge des fehlenden Kollektorstromes Jk klingt die Erregung in der Feldwicklung 15 der Lichtmaschine ab und bewirkt, dass ihre Ausgangsspannung zwischen den Leitungen 19 und 21 ebenfalls absinkt und dabei denjenigen Wert unterschreitet, bei dem die Zeneriiode noch stromleitend gehalten werden kann. Die Grösse der Widerstände 40 und 42 und die Kapazität des Kondensators 41 sind dabei so gewählt, dass zu diesem Zeitpunkt der Ladestrom zum Kondensator 41 bereits abgeklungen ist und die Zenerdiode 36 allein den Steuerstrom des Steuertransistors bestimmt.
So- bald dieser infolgedes Absinkens der Lichtmaschinenausgangsspannung kleiner wird, beginnt der Leistungs- : ransistor wieder stromleitend zu werden, wobei sein Kollektorpotential nahe an das Potential der PlusLeitung 19 heranrückt und bewirkt, dass der jetzt geladene Kondensator 41 die Basis des Steuertransistors segen positive Potentialwertehin verschiebt. Dadurch wird die eine zunehmende Sperrung des Steuertran- iistors 32 hervorrufende Wirkung des nachlassenden Steuerstromes in der Zenerdiode 36 unterstützt und der 5teuertransistor 32 wird stark gesperrt.
Gleichzeitig geht der Leistungstransistor in seinen voll stromleitenden Betriebszustand über, der so lange anhält, bis die Lichtmaschinenausgangsspannung den vorgeschrie- zenen Sollwert wieder zu überschreiten beginnt und das eingangs beschriebene Spiel erneut einsetzt.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind diejenigen Schaltelemente, die gleich wirken wie liejenigen in der Regeleinrichtung nach Fig. 2, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Über die dort
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die Spannung an der Basis des Steuertransistors zusätzlich geglättet und die Ansprechgenauigkeit des Steuertransistors beim Erreichen des Sollwertes der Ausgangsspannung erhöht wird.
Ausserdem ist beim Regler nach Fig. 3 in die Verbindungsleitung vom Potentiometer 34 zur Plusleitung 19 ein Widerstand 46 eingeschaltet, der aus wenigen Windungen eines dünnen Kupferdrahtes besteht und die Aufgabe hat, den Temperaturgang der Zenerdiode 36 zu kompensieren. Hiedurch wird die Regelgenauigkeit weiterhin verbessert und gewährleistet, dass der Regler die Ausgangsspannung der Lichtmaschine in einem weiten Temperaturbereich konstant hält.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist ausserdem eine Strombegrenzungseinrichrung vorgesehen, die dazu bestimmt ist, die Ausgangsspannung des Generators dann stark herabzusetzen, wenn, z. B. infolge eines
Kurzschlusses in einem angeschlossenen Verbraucher, der Laststrom der Lichtmaschine einen vorgeschriebenen Höchstwert zu überschreiten droht. Hiezu ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in der Verbindungsleitung von der Wechselstromwicklung 11 zu den Gleichrichtern 18 und 20 die Primärwicklung 50 eines Stromwandlers eingeschaltet, der zwei miteinander verbundene, an die Plusleitung 19 angeschlos- sene Sekundärwicklungen 51 und 52 hat. Die Sekundärwicklungen sind hintereinandergeschaltet und durch einen einstellbaren Widerstand 53 überbrückt.
Die in den Wicklungen 51,52 induzierten Spannungen sind dem über die Primärwicklung 50 fliessenden Teil des Laststromes proportional und werden durch zwei Gleichrichter 54 und 55 gleichgerichtet und cem Abgriff des Potentiometers 34 über eine Leitung 56 zugeführt. Sobald die zwischen der Plusleitung 19 und der Steuerleitung 56 wirksame Spannung den Wert der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 36 überschreitet, wird diese unabhängig von der Grösse der Ausgangsspannung des Generators stromleitend und bringt über den Steuertransistor 32 den Leistungstransistor 30 in seinen Sperrzustand.
Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Gleichrichter 54 und 55 über die Leitung 56 mit dem Abgriff 35 des Potentiometers 34 unmittelbar verbunden sind und die gleichgerichtete Spannung daher durch das Potentiometer 34 belastet wird, ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zwischen der mit der Zenerdiode 36 verbundenen Leitung 56 und dem Abgriff 35 des Potentiometers eine für den Basisstrom des Transistors 32 durchlässige Germaniumdiode 58 vorgesehen. Durch diese Diode wird erreicht, dass die gleichgerichtete, dem Laststrom proportionale Spannung durch das Potentiometer nicht belastet wird und daher eine mit einem scharfen Knick einsetzende Herabsetzung der Generatorausgangsspannung ergibt, wenn der zulässige Höchstwert des Laststromes erreicht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Volltransistorisierter Spannungsregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare, im Ne-
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wird, dessen Basis über eine Zenerdiode an einen über der zu regelnden Spannung liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist und ausserdem mit dem Kollektor des Leistungstransistors über eine Reaktanz in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktanz aus einem Kondensator (41) und einem mit diesem in Reihe geschalteten Widerstand (40) besteht.