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Lichtanlage für Fahrzeuge mit einem Transistorregler
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Gleichrichter bleiben dann so lange gesperrt, bis die Ausgangsspannung auf einen dicht unterhalb des Sollwertes liegenden Wert abgesunken ist, bei dem die Schwingungen erneut einsetzen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichter zweckmässigerweise über je einen Schutzwiderstand von etwa 10-100 Ohm an die galvanisch von der Primärwicklung und der Rückkopplungswicklung des Transformators getrennte, für alle Gleichrichter gemeinsame Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen. Da der Steuertransistor die steuerbaren Halbleitergleichrichter nur so lange stromleitend hält, bis die Ausgangsspannung des Generators auf ihren Sollwert ansteigt, die selbsterregte Schwingung jedoch abreisst und dann die Gleichrichter selbsttätig in ihren Sperrzustand zurückkehren, sobald die Sollspannung erreicht wird, kann man eine hoheRegelgenauigkeit erzielen.
Die Frequenz der im Vortransistor erzeugten selbsterregten Schwingungen wird zweckmässig um ein Mehrfaches höher gewählt als die bei der höchsten Drehzahl des Generators auftretende Frequenz der von den steuerbaren Gleichrichtern gleichzurichtenden Wechselströme. Vorteilhaft wird die Frequenz der selbsterregten Schwingungen zehnmal höher gewählt und soll zur Erzielung kleiner Abmessungen des Transformators und des mit ihm zusammenarbeitenden Vortransistors wenigstens 3 KHz betragen.
Weitere Einzelheiten und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung sind nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Es z & igt : Fig. l eineDrehstromlichtanlage in einem Übersichtsbild und Fig. 2 ein elektrisches Schalt- bild der Lichtanlage nach Fig. 1.
Die dargestellte Lichtanlage enthält einen Drehstromgenerator 10, der drei feststehende Wechselstrom- wicklungen 11, 12 und 13 enthält. Der im übrigen nicht näher bezeichnete Anker des Generators wird über eine auf-der Ankerwelle 14 sitzende Keilriemenscheibe 15 während des Fahrbetriebes mit stark wech- selnden Drehzahlen angetrieben und trägt eine umlaufende Erregerwicklung 16. Zur Erzeugung eines mit dem Anker umlaufenden und die Drehstromwicklungen 11, 12 und 13 induzierenden magnetischen Gleich- feldes ist die Feldwicklung 16 mit einem ihrer Wicklungsenden an eine gemeinsame, zu einer Sammler- batterie 17 führende Minusleitung 19 angeschlossen und mit den Ableitungselektroden zweier steuerbarer
Gleichrichter 20 und 21 verbunden, deren Zuleitungselektroden mit den beiden Drehstromwicklungen 11 und 12 verbunden sind.
Die Gleichrichter 20 und 21 dienen lediglich dazu, beim Betrieb des Generators den erforderlichen Erregerstrom zu liefern, während zur Versorgung der Batterie und der nicht dargestell- ten, an diese anschliessbaren Verbraucher ein Gleichrichtersatz 22 vorgesehen ist, der drei Gleichrichter- paare 23, 24 enthält, von denen jeweils ein Gleichrichter zwischen einer der Wechselstromwicklungen 11,
12 und 13 und der gemeinsamen Plusleitung 18 angeschlossen ist, während die andern Gleichrichter 24 zwischen der Minusleitung 19 und einer der Drehstromwicklungen liegen. Die Gleichrichterpaare 23, 24 sind in einem auf die der Antriebsscheibe 15 abgekehrte Stirnseite des Generatorgehäuses aufgesetzten Gleichrichtergehäuse 25 untergebracht.
Um die Generatorausgangsspannung bei allen vorkommenden Betriebsdrehzahlen auf einem festgelegten Sollwert zu halten, ist ein auf dem Generatorgehäuse 10 sitzender Spannungsschnellregler 26 vorgesehen, dessen Bauteile im Schaltbild nach Fig. 2 mit unterbrochenen Linien umrahmt sind. Der Spannungsregler enthält ausser den oben bereits erwähnten steuerbaren Gleichrichtern 20 und 21 einen für eine kleine Leistung bemessenen Transistor 30, der mit seiner Basis über einen Widerstand 31 von etwa 10 K-Ohm an die Minusleitung 19 angeschlossen ist. Zwischen den beiden Ausgangsleitungen des Generators ist ein Spannungsteiler 32 vorgesehen. Vom Abgriff 33 dieses Spannungsteilers führt zur Basis des Transistors 30 ein in dieser Richtung stromdurchlässiger Gleichrichter 34.
Damit der Transistor 30 bei unterhalb des einzuhaltenden Sollwertes liegender Ausgangsspannung stromleitend gehalten werden kann und in seinen Sperrbereich erst dann gelangt, wenn der Sollwert erreicht wird, ist zwischen den beiden Ausgangsleitungen die Reihenschaltung aus einemEmitterkreis desTransistors 30 liegenden Widerstand 35 von etwa 1 K-Ohm und einer Zenerdiode 36 vorgesehen, deren Durchbruchsspannung bei etwa 12 V, d. h. der Hälfte der Batteriespannung liegt.
Zwischen dem Transistor 30 und den beiden steuerbaren Gleichrichtern 20 und 21 ist ein Transformator 40 vorgesehen, der auf einem gemeinsamen Eisenkern 41 ausser einer vom Kollektor des Transistors 30 zur Minusleitung 19 führenden Primärwicklung 42 und einer für beide Gleichrichter 20, 21 gemeinsamen Sekundärwicklung 43 noch eine Rückkopplungswicklung 44 trägt, die mit einem Wicklungsende an den Verbindungspunkt P desEmitterwiderstandes 35 und der Zenerdiode 36 angeschlossen ist.
Sie steht mit ihrem andern Wicklungsende mit dem Emitter des Transistors 30 in Verbindung und ist so gepolt, dass der Transistor über die Primärwicklung 42 und die Rückkopplungswicklung 44 selbsterregte Schwingungen von etwa 10 KHz erzeugen kann, solange sein Basispotential niedriger als das Potential des Verbindungspunktes P ist.
Solange dieserSchwingungsvorgang anhält, werden die beiden steuerbaren Halbleiter 20 und 21, de-
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renSteuerelektroden 46 und 47 über je einenSchutzwiderstand 48 bzw. 49 an eines der beiden Wicklungsenden der Sekundärwicklung 43 angeschlossen sind. bei jeder der in den Wicklungen 11 und 12 induzier- tenspannungshalbwellen stromleitend gemacht und führen dann derFeldwicklung 16 des Generators einen hohen Erregerstrom zu, der das Magnetfeld im umlaufenden Anker des Generators verstärkt und dadurch eine Erhöhung der in den Wechselstromwicklungen 11, 12 und 13 induzierten Wechselspannungen bewirkt.
Wenn dasMagnetfeld so stark angewachsen ist, dass die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Generators zwischen den Leitungen 18 und 19 den Sollwert von etwa 28V erreicht, wird der Potentialunterschied zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 30 so gering, dass der Transistor die selbsterregte Schwingung nicht mehr aufrechterhalten kann und die Schwingung daher abreisst. Dann bleiben die seither in der Sekundärwicklung 43 induzierten, an den Steuerelektroden 46 und 47 der Gleichrichter 20 und 21 wirksamen Spannungen aus, so dass diese bei der nächstfolgenden, in den Wicklungen 11 bzw. 12 induzierten Wechselspannungshalbwelle nicht mehr stromleitend werden können und daher den seither über die Feldwicklung 16 fliessenden Erregerstrom vollständig unterbrechen.
Infolge des fehlenden Erregerstromes wird das Magnetfeld des Ankers rasch verkleinert und die Ausgangsspannung des Generators sinkt geringfügig unter den Sollwert ab. Sobald diese Spannungsabsenkung
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durch welche die steuerbaren Halbleiter 20 und 21 stromleitend gemacht werden, bis der Sollwert der Spannung wieder erreicht ist und das beschriebene Spiel von neuem beginnen kann.
Im Schaubild nach Fig. 3 ist die Wirkungsweise des Spannungsreglers näher erläutert. Wenn der Generator aus dem Stillstand heraus angetrieben wird, entsteht infolge der in seinen Eisenteilen verbliebenen magnetischen Kräfte eine kleine Spannung in den Wechselstromwicklungen 11, 12 und 13, die jedoch ausreicht, um den Transistor 30 zur Erzeugung der selbsterregten, an der Sekundärwicklung 43 des Transformators 40 entstehenden Steuerschwingungen Us zu veranlassen. Solange diese Schwingungen vorhanden sind, kann jeder der beiden gesteuerten Gleichrichter 20 und 21 bei jeder der in den Wechselstromwick-
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ren, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist.
Durch diese Ströme wird die magnetische Erregung des Generators vergrössert und die zwischen den Ausgangsleitungen 18 und 19 entstehenden, vom Gleichrichtersatz 22 gleichgerichteten Wechselspannungshalbwellen können so lange ansteigen, bis eine derSpannungshalbwellen in dem bei Tl angedeuteten Zeitpunkt den Wert Ul erreicht, bei welchem der Steuertransistor 30 nicht mehr stromleitend gehalten werden kann. Die seither erregten Steuerschwingungen Us reissen dann ab. In dem dargestellten Zeitpunkt T. sind beide Gleichrichter 20 und 21 noch stromleitend. Sie bleiben in diesem Betriebszustand für eine kurze Zeitspanne noch so lange bis die zugehörige Wechselspannungshalbwelle auf Null abgesunken ist und bleiben von dann ab gesperrt.
Demzufolge sinkt die magnetische Erregung und daher auch der Spitzenwert der induzierten Wechselspannungen in der in Fig. 3 dargestellten Weise ab, bis im Zeitpunkt T2 die Ausgangsspannung unter den unteren Grenzwert Uz absinkt, bei wel-
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gnetischen Erregung des Generators steigen die in den Wechselstromwicklungen induzierten Wechselspannungen ebenfalls an bis zum Zeitpunkt T3, in welchem der obere Grenzwert Ul erreicht wird und demzufolge die Steuerschwingungen Us wieder unterbrochen werden.
Um den Generator 10 und die Gleichrichter 23 und 24 des Gleichrichtersatzes 22 vor Überlastung zu schützen, wenn an die Batterie 17 Verbraucher mit zu niedrigem Widerstand angeschlossen werden, ist in die von der Wechselstromwicklung 13 zum Gleichrichtersatz 22 führende Phasenleitung 50 die Primärwicklung 51 eines Stromwandlers eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung 52 mit einem niederohmigen Widerstand 53 überbrückt und an eine aus vier Gleichrichtern 54 bestehende Gleichrichteranordnung angeschlossen ist.
Die negativeAusgangsklemme der Gleichrichteranordnung ist über eine Leitung 55 an den Verbindungspunkt P des Emitterwiderstandes 35 und der Zenerdiode 36 angeschlossen, während ihre positive Ausgangsklemme über eine Leitung 56 mit der Basis des Transistors 30 dem Basiswiderstand 31, dem Gleichrichter 34 sowie einem weiteren Gleichrichter 57 verbunden ist, dessen Zuleitungselektrode an dem Verbindungspunkt P liegt. Sobald die Ausgangsspannung der Gleichrichteranordnung 54 einen bestimmten Mindestwert von etwa 0, 5 V überschreitet, wird der Transistor 30 unabhängig von der jeweiligen Höhe der Generatorausgangsspannung gesperrt, so dass keine weiteren Erregerstromhalbwellen 11 und J2 der Erregerwicklung zufliessen können und die Generatorausgangsspannung daher stark erniedrigt wird.
Zur Erhöhung der Ansprechgenauigkeit des Steuertransistors 30 im Spannungsregelungsbereich ist zur Zenerdiode 36 ein Glättungskondensator 58 von etwa 10 uF parallelgeschaltet, durch welchen erreicht
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wird, dass der Verbindungspunkt P auf einem nahezu oberwellenfreien Gleichspannungspotential von etwa
12 V gehalten wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann nur jeweils den beiden Wechselstrom- wicklungen 11 und 12Erregerstrom für die Feldwicklung 16 entnommen werden, während die in Fig. 6 mit strichpunktierten Linien angedeuteten, in der Wechselstromwicklung 13 induzierten Spannungshalbwellen für die Erregung des Generators unausgenützt bleiben.
Es ist jedoch ohne weiteres möglich, auch die
Wechselstromwicklung 13 für diesen Zweck hinzuzuziehen, wenn zwischen dieser und der Feldwicklung in gleicher Weise wie bei den andern beiden Wechselstromwicklungen ein weiterer steuerbarer Gleichrichter vorgesehen wird, dessen Steuerelektrode mit einem eigenen Entkopplungswiderstand an der Sekundärwick- lung 43 des Transformators angeschlossen ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bereits bei Verwendung von nur zwei steuerbaren Halbleitern eine ausreichend hohe Regelgenauigkeit erreicht werden kann, weil der Übergangsbereich, in welchem die selbsterregten Schwingungen abreissen oder wieder einsetzen, ausser- ordentlich klein gehalten werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem auf eineBatterie arbeitenden
Drehstromgenerator, der eine zu seiner Selbsterregung dienende Nebenschlussfeldwicklung hat, und mit einem Spannungsregler, der beim Überschreiten des Sollwertes der Generatorausgangsspannung den Erre-