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Schaltungsanordnung zur Begrenzung der von einen elektrischen Generator abgegebenen Spannung, insbesondere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen Bei elektrischen Generatoren tritt insbesondere dann, wenn die Generatoren mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden, das Problem auf, ihre Ausgangsspannung nicht zu überschreiten. Unter derartigen Verhältnissen arbeiten vor allem Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen, deren Drehzahl von der stark schwankenden Tourenzahl des Motors abhängig ist.
Eine Begrenzung der Ausgangsspan- nung ist aber gerade bei Kraftfahrzeuglichtmaschi- nen unbedingt erforderlich, weil andernfalls die von der Lichtmaschine aufzuladende Batterie bei höheren Tourenzahlen überladen werden würde.
Zwecks Begrenzung der Ausgangsspannung hat man bisher elektromechanische Regler verwendet, die im Prinzip aus einem an die Ausgangsspannung angeschlossenen Relais bestehen, dessen Relaiskontakt in den Erregerstromkreis eingeschleift ist. Eine solche Anordnung arbeitet so, dass von einer bestimmten Spannung ab, bei der das Relais anzieht, der Erregerstrom geschwächt oder unterbrochen wird. Wegen der zwangläufig dem mit Relais verbundenen Trägheit ist mit derartigen Reglern eine genaue Regelung, die bei Anwendung in den elektrischen Anlagen des Kraftfahrzeuges ein überladen der Batterie verhindert, nicht zu erzielen.
Ausserdem unterliegen derartige Regler in hohem Masse dem Verschleiss, da der Relaiskontakt praktisch ständig pendelt, was zur Funkenbildung führt.
Diese Nachteile können durch eine als elektronischer Regler wirkende Schaltungsanordnung beseitigt werden, bei der in den Erregerstromkreis ein den Erregerstrom beeinflussender Steuertransistor gelegt ist, dessen Durchlässigkeitszustand von einer an der Ausgangsspannung des Generators liegenden Zenerdiode gesteuert wird, deren Zenerspannüng so gewählt ist, dass mit ihrem Erreichen der Transistor gesperrt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Schaltung betriebssicher zu gestalten. Erreicht wird dies dadurch, dass die der Steuerelektrode des Steuertransistors zuzuführende Spannung über ein Verzögerungsglied geleitet wird.
Durch diese Massnahme verhindert man, dass plötzliche Änderungen im Leitfähigkeitszustand des Transistors entstehen können. Diese würden nämlich zu an der Erregerwicklung entstehenden Induktionsspannungen führen, welche eine erhebliche Belastung für den Transistor darstellen würden und zu seiner Zerstörung führen können.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der der Erfindung zugrundeliegenden elektronischen Reglerschaltung, bei welchen das erfindungsgemässe Prinzip anzuwenden ist.
Die Fig. 1 zeigt eine erste bekannte Schaltungsanordnung. Bei dieser Schaltung handelt es sich um eine selbsterregte Gleichstrommaschine mit dem Anker A und der Feldwicklung F. Der über die Feldwicklung F fliessende Strom wird durch den pnp- Steuertransistor ST gesteuert, dessen Steuerelektrode an den Abgriff eines Spannungsteilers gelegt ist, der von einer Zenerdiode Z und einem Widerstand W1 gebildet wird. über einen Schaltkontakt K ist an die Maschine eine Batterie B angeschlossen.
Bei dem Schaltkontakt K handelt es sich um den üblicherweise vorgesehenen Schalter, welcher erst mit Erreichen einer bestimmten, durch die Maschine abgegebenen Spannung geschlossen wird, um zu verhindern, dass sich bei zu niedriger Tourenzahl der Maschine und infolgedessen geringer Ausgangsspannung die Batterie B über die Maschine entlädt.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Der Steuertransistor ST befindet sich bei gesperrter Zenerdiode Z in leitendem Zustand, da seine Basis gegenüber dem Emitter über den Widerstand WI negativ vorgespannt ist. Über die Feldwicklung F fliesst infolgedessen der volle Erregerstrom.
Mit Erreichen der Zenerspannung der Zenerdiode Z wird diese niederohmig, wodurch sich das Potential am Abgriff des aus der Zenerdiode Z und dem Widerstand W1 bestehenden Spannungsteilers in positiver Richtung verschiebt, so dass nunmehr der Steuertransistor ST in den Sperrzustand übergeht. In dem übergangsbereich findet eine Abnahme des Stromes über die Feldwicklung statt, so dass damit die Ausgangsspannung der Maschine abnimmt und infolgedessen die Zenerspannung der Diode Z wieder unterschritten wird. Hierdurch steigt das Potential an der Basis des Steuertransistors ST, was eine Erhöhung des Erregerstromes zur Folge hat.
Unter dem Einfluss dieser gegenläufigen Tendenzen stellt sich ein stationärer Endwert ein, in welchem die Ausgangsspannung der Maschine auf eine bestimmte Spannung begrenzt ist, den sie nicht überschreiten kann.
Es ist in der Schaltung noch ein Widerstand W2 vorgesehen, welcher dafür sorgt, dass im Durchlässigkeitszustand des Steuertransistors ST dessen Ennitter ein ausreichend hohes Potential besitzt, damit der Transistor über den Abgriff des Spannungsteilers auch offen gehalten werden kann.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen; bekannten Prinzip, ist nun erfindungsgemäss dem Steuertransistor ein Verzögerungsglied vorzuschalten, was in der Fig.7 dargestellt ist. Hier ist vor die Basis des Steuertransistors ST ein RC-Glied geschaltet, bestehend aus Widerstand W1 und Kondensator C, das plötzliche, der Basis zugeführte Spannungsänderungen abflacht. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein anderes Verzögerungsglied vorzusehen.
Die erfindungsgemässe Schaltung lässt sich auch bei Abwandlungen des eingangs beschriebenen bekannten Prinzips anwenden, die anschliessend zusätzlich zur Schaltung nach Fig.7 als weitere Aus- führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert werden, wobei auf das dem Steuertransistor vorzuschaltende Verzögerungsglied nicht noch einmal eingegangen wird.
In der Fig.2 ist eine entsprechende Schaltung dargestellt, bei der anstelle des pnp-Steuertransistors in der Fig. 1 ein npn-Steuertransistor vorgesehen ist. Dementsprechend sind in dem Spannungsteiler die Zenerdiode und der Widerstand ausgetauscht. Die Funktion der Schaltung ist im übrigen die gleiche wie diejenige der in Fig. 1 dargestellten Schaltung.
In der Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, bei welcher die Feldwicklung aus zwei Teilen F1 und F2 besteht. Bei einer Maschine mit derart geteilter Feldwicklung sieht man den Steuertransistor ST zweckmässig zwischen den beiden Teilen F1 und F2 vor. Im Durchlässigkeitszustand liegt der Steuertransistor ST dann etwa auf der halben Maschinenspannung. Es ist mit dieser Schaltung sehr einfach möglich, den Steuertransistor ST bei Fliessen von Erregerstrom offenzuhalten, da der Emitter des Transistors ST immer ausreichend hoch liegt.
Bei einer solchen Schaltung ist jedoch eine Zenerdiode zu wählen, die eine geringere Zenerspannung besitzt als die Zenerdiode, wie sie in den Schaltungen gemäss den Fig. 1 und 2 verwendet wird.
Wenn der Regelbereich begrenzt ist, kommt man gegebenenfalls mit der Regelung einer Teilerregung aus. Eine entsprechende Schaltung zeigt die Fig. 4. Es sind hier zwei Erregerwicklungen F1 und F2 vorgesehen, von denen die eine zwecks Erzielung einer Grunderregung fest an der Ausgangsspannung und die andere zwecks Erzielung einer regelbaren Erregung in Reihe zu dem Steuertransistor ST gelegt ist. Die Schaltung zur Steuerung dieses Transistors entspricht der in Fig.l dargestellten.
Mit dieser Schaltung lässt sich ein begrenzter, durch die Grenzen der Erregung der Wicklung F2 bestimmter Regelbereich durchsteuern. Dementsprechend ist der Steuertransistor ST hinsichtlich seiner Belastbarkeit diesem begrenzten Regelbereich anzupassen.
Wenn die Spannungsschwankungen, die mit einem aus Zenerdiode und Widerstand bestehenden Spannungsteiler erzielbar sind, zur direkten Aussteuerung des Steuertransistors nicht ausreichen, kann man vorteilhaft dem Steuertransistor einen Verstär- kertransistor vorschalten. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Fig.5 dargestellt. Hier ist dem Steuertransistor ST der Verstärkungstransistor VT vorgeschaltet, dessen Steuerelektrode an einem von der Ausgangsspannung gespeisten Spannungsteiler liegt, welcher aus der Zenerdiode Z und dem Widerstand W1 besteht.
Der Verstärkungstransistor VT wird, wie vorher beschrieben, gesteuert, d. h. mit zunehmender Spannung wird die Durchlässigkeit des Verstärkungstransistors verringert. Vor den Emitter des Verstärkungstransistors VT ist die Basis des Steuertransistors ST gelegt. Wenn also der Verstärkungstransistor VT gesperrt wird, kann auch über die Basis des Steuertransistors ST kein Strom mehr fliessen, so da.ss auch der Steuertransistor in den Sperrzustand übergeht.
Eine andere Schaltung mit einem Verstärkungstransistor zeigt die Fig. 6. Bei dieser wird der Verstärkungstransistor VT mit zunehmender Spannung niederohmiger infolge überschreitens der Zenerspan- nung der Zenerdiode Z, wodurch der über den Verstärkungstransistor VT fliessende Strom an dem Widerstand W1 einen solchen Spannungsabfall hervorruft, dass das Potential an der Basis des Steuer- tansistors ST, die an die eine Seite des Widerstandes W1 geführt ist, ausreichend weit ansteigt,
um den Steuertransistor ST zu sperren.
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Alle Schaltungen nach den Fig. 2 bis 6 enthalten also das lediglich in Fig. 7 dargestellte Verzögerungsglied W l, C.