DE1095923B - Regeleinrichtung zur kontaktlosen Regelung der Spannung eines Nebenschlussgenerators, insbesondere einer Lichtmaschine fuer Fahrzeuge - Google Patents

Description

• Regeleinrichtung zur kontaktlosen Regelung der Spannung eines Nebenschlußgenerators, insbesondere einer Lichtmaschine für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zur kontaktlosen Regelung der Spannung eines Nebenschlußgenerators, insbesondere einer zum Betrieb auf Kraftfahrzeugen bestimmten Lichtmaschine.
• Gemäß der Erfindung soll ein in den Erregerstromkreis des Generators einschaltbarer Transistor von einem zweiten Transistor gesteuert werden, dessen Basis an der zu regelnden Spannung liegt und dessen Ausgangsleistung zum Teil derart auf seinen Eingang rückgekoppelt ist, daß selbsterregte Schwingungen entstehen.
• In der Zeichnung sind Schaltbilder von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt.
• Die im Schaltbild nach Fig. 1 mit F bezeichnete Feldwicklung einer Gleichstromlichtmaschine, die von einem zur Fortbewegung eines Kraftfahrzeugs bestimmten, in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotor .in Umdrehung versetzt werden kann, liegt im Nebenschluß zum Anker G. Sie ist mit ihrem einen Ende an die negative Bürste a der Lichtmaschine angeschlossen, während ihr anderes Ende mit der Kollektorelektrode Cl eines Flächentransistors 10 verbunden ist, -dessen Emitterelektrode Ei an der positiven Bürste b der Lichtmaschine liegt. Die Größe des über die Feldwicklung F fließenden Erregerstroms Je und damit die Höhe der im Anker G induzierten und an den Bürsten a und b abgenommenen Spannung hängt ab von der Größe des über die Besiselektrode Bi des Transistors 10 fließenden Basisstromes Jb, der über einen Widerstand 11 von etwa 100 Ohm zur Masse bzw. zur negativen Bürste a. geführt wird. Zur Steuerung des Transistors 10 äst ein zweiter Transistors 20 vorgesehen, der so geschaltet ist, daß er eine selbsterregte elektrische Schwingung erzeugt. Zu diesem Zweck ist in seinem Ausgangskreis ein Transformator vorgesehen, dessen Eisenkern in der Zeichnung mit 21 bezeichnet ist und drei im gleichen Wickelsinne ausgeführten Wicklungen 22, 23, 24 trägt. Die mittlere Wicklung 23 hat etwa 90 Windungen bei 20 mH und liegt mit ihrem einen Ende an der mit der negativen Bürste a verbundenen Messeleitung; ihr anderes Ende isst mit .der Kollektorelektrode C2 des Transistors 20 verbunden. In die Verbindung von der Plusbürste b der Lichtmaschine zur Emitterelektrode E2 dieses Transistors ist eine Hilfsbatterie H mit einer Spannung UH von etwa 2 Volt derart eingeschaltet, daß die Emitterelektrode E2 niedrigeres Potential als die Plusbürste b hat. Auf der Eingangsseite des Transistors 20 ;ist die Basiselektrode B2 einerseits über einen einstellbaren Widerstand 25 von etwa 10 Ohm mit oder Plusbürste b und der Plusplatte der Hilfsbatterie H, andererseits mit der Minusbürste a der Lichtmaschine durch folgende tx Reihe liegende Schaltelemente verbunden: einen Widerstand 26 von etwa 40 bis 50 Ohm, einen Heißleiter 27, dessen Widerstand in kaltem Zustand etwa 10 Ohm b°trägt, und die niederohmige Wicklung 24, vor der ein Gleichrichter 28 abzweigt, der zusammen mit einem an die Wicklung 22 des Transformators 21 angeschlossenen zweiten Gleichrichter 29 an der Basiselektrode Bi des Transistors 10 liegt.
• Der Heißleiter 27, der in kaltem Zustand einen höheren Widerstand als im warmen Zustand hat, ist von einer Heizwicklung 30 umgeben, die .im Zuge der Zuleitung 31 liegt, die von der Plusbürste b der Lichtmaschine zu der mit 32 bezeichneten Batterie führt. An diese können verschiedene Verbraucher angeschlossen werden, von denen im Schaltbild nur ein mit 33 bezeichneter mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. Um zu vermeiden, daß die Batterie sich über die Lichtmaschine entladen kann, ist in die Zuleitung ein Gleichrichter 34 aus Halbleitermetall eingeschaltet.
• Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung läßt sich leicht übersehen, wenn man davon ausgeht, daß die an den Bürsten a und b abgenommene Spannung U der Lichtmaschine im Ansteigen begriffen und der Widerstand 25 so eingestellt sei, daß .bei Erreichen der Sollspannung die am Widerstand 25 abfallende Teilspannung die Basis B2 auf gleiches Potential wie die negativ vorgespannte Emitterelektrode E2 des Transistors 20 bringt. Dadurch wird der Transistor 20 leitend, und es setzt ein Kollektorstrom J2 ein, der im Wicklungsteil 24 eine durch den Pfeil U2 angedeutete Spannung induziert.
• Die in der Wicklung 24 erzeugte Spannung U2 ist des gerichtet, daß sie die Basis B2 es Transistors 20 gegenüber der Emitterelektröde E2 noch stärker negativ macht und daher einen stark anwachsenden Basisstrom (dessen Maximalwert durch die Größe der induzierten Spannung U2 und die Größe der Widerstände 26 und 27 gegeben ist) und demzufolge auch einen stark anwachsenden'-Kollektorstrom 12 erzeugt. Die vom Kollektorstrom J2 während seines Anstiegs induzierte Spannung U2 ändert sich nur wenig. Der Kollektorstrom erreicht jedoch bald seinen Maximalwert, der durch den Maximalwert des Basisstromes und die Baudaten des Transistors festgelegt.ist. Wenn sich dieser Maximalwert eigestellt hat, verschwindet die in den Wicklungen induzierte Spannung U2, und das Potential der Basiselektrode B2 springt auf einen höheren Wert zurück, so daB der Basisstrom Jb nicht mehr in der seitherigen Höhe aufrechterhalten werden kann. Dadurch wird auch der Kollektorstrom J2 gedrosselt. Die Induktivität der Wicklung 23 wirkt dieser Änderung des Kollektorstromes entgegen und erzeugt einen Spannungsimpuls, der in der Zeichnung mit einem in unterbrochenen Linien ausgeführten Spannungspfeil U2 angedeutet ist. Durch diesen Spannungsimpuls wird der Transistor 20 vollends in den nicht leitenden Zustand gesteuert, in dem er so lange gehalten wird, bis der Spannungsimpuls U2 abgeklungen ist. Dann kann das beschriebene Spiel von neuem beginnen, wenn die Lichtmaschinenspannung U wieder ihren Sollwert erreicht.
• Da die in der Wicklung 24 infolge der Änderungen des Kollektorstromes J2 erzeugten Spannungen U2 und U2 auf das Potential der Basis B2 und damit auf den Eingangskreis des Transistors 20 im Sinne einer Verstärkung dieser Änderungen wirken, entsteht eine selbsterregte elektrische Schwingung, bei welcher der Transistor 20 zwischen einem Betriebszustand mit hohem und einem Betriebszustand mit niedrigem Kollektorstrom J2 nach Art eines monostabilen Sperrschwingers hin- und zurückkippt, sooft die ansteigende Lichtm.aschinenspannung bis zu dem am Widerstand 25 eingestellten Sollwert angestiegen ist.
• Die Spannungsimpulse U2 und U2 werden über die Gleichrichter 28 und 29 auf einen Ladekondensator 35 gegeben, dessen Größe der Zeitkonstante der Lichtmaschine angepaßt ist. Er hat einen Wert von etwa 50 [F und .ist parallel zu dem Basiswiderstand 11 an die Basis B, des ersten Transistors 10 angeschlossen. Jeder der Spannungsstöße bewirkt, daß das Potential der Basis Bi kurzzeitig angehoben wird und den Erregerstrom Je stark drosselt, wodurch die Lichtmaschinenspannung abgesenkt wird. Das Absinken der Lichtmaschinenspannung unter den Sollwert hat zur Folge, daß der Transistor 20 so lange gesperrt bleibt und daher keine die Lichtmaschinenspannung absenkenden Impulse auf den Transistor 10 zu geben vermag, bis die Lichtmaschine sich wieder selbst auf ihre Sollspannung erregt hat.
• Um eine Überlastung der Lichtmaschine durch zu hohe Verbraucherströme zu vermeiden, ist ihr Laststrom über die Heizwicklung 30 geführt. Je größer dieser Laststrom ist, um so .größer ist die in der Heizwicklung 30 erzeugte Wärme und um so niedriger wird der Widerstand des Heißleiters 27. Dadurch verschiebt sich das Spannungsteilerverhältnis an der Basiselektrode B2 derart, daß bereits bei einer kleineren Lichtmaschinenspannung die am Widerstand 25 bfallende Teilspannung ausreicht, den Transistor 20 zu öffnen. Es stellt sich daher an den Bürsten der Lichtmaschine eine geregelte Spannung ein, die mit steigender Belastung zu kleineren Werten abfällt. Damit an der Feldwicklung F keine schädlichen Spannungsspitzen auftreten können, wenn der .im Erregerkreis liegende Leistungstransistor 10 in den Sperrzustand gesteuert wird, empfiehlt es sich, einen in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten, mit 36 bezeichneten Gleichrichter parallel zur Feldwicklung derart einzuschalten, daß er bei konstanter Erregung praktisch keinen Strom durchläßt. Wenn man als Gleichrichter eine Kristallode verwendet, kann es sich empfehlen, in den Zug der Zuleitung zu dem Gleichrichter 36 einen Begrenzungswiderstand 37 einzuschalten. Bei Lichtmaschinen großer Leistung kann es ferner zweckmäßig sein, zur Feldwicklung einen Dämpfungswiderstand 38 parallel zu schalten.
• Das in Fig.2 dargestellte Beispiel unterscheidet sich von demjenigen nach Fi.g. 1 im wesentlichen dadurch, daß an Stelle der dort vorgesehenen Hilfsbatterie H zwei in Reihe geschaltete Gleichrichter 41 und 42 vorgesehen sind, die einerseits am Pluspol der Lichtmaschine und andererseits am Emitter E des Steuertransistors 40 angeschlossen sind. Sie bilden zusammen mit einem Widerstand 43, der zwischen der Emitterelektrode E und der Minusbürste der Lichtmaschine liegt, einen Spannungsteiler, der zusammen mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen 44 und 45 eine elektrische Brücke ergibt, in deren Diagonalzweig die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 40 liegt. Die Gleichrichter 41 und 42 haben stark gekrümmte Kennlinien und ergeben daher in ähnlicher Weise, wie das bei Fig. 1 durch die Batterie H erfolgt, eine Vergleichsspannung, die als Bezugsgröße für die mit dem Widerstand 44 einstellbare Sollspannung dient. Wie beim vorherigen Beispiel ist die Kollektorelektrode C an den Verbindungspunkt der Wicklungen 22 und 23 des in Fig. 2 nicht näher dargestellten Transformators angeschlossen.
• Zur Erzeugung einer Vergleichsspannung zwischen der Emitterelektrode E und der Plusbürste der Lichtmaschine kann man an Stelle der beiden Gleichrichter 41 und 42 auch eine Kristalldiode vorsehen, die im Sperrbereich einen nahezu rechtwinkligen Kennlinienverlauf hat. Eine solche sogenannte Zenerdiode ist in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien angedeutet und mit 46 bezeichnet. Gegenüber der Verwendung von Gleichrichtern hat eine solche Diode den Vorteil, daß der mit ihr zur Erzielung eines Spannungsteilers ,in Reihe zu schaltende Widerstand 47 verhältnismäßig hochohmig gewählt werden kann.
• Damit die Regeleinrichtung nach Fig.2 eine bei wachsender Belastung absinkende Sollspannung einhält, kann man in die Verbindungsleitung von der Plusbürste der Lichtmaschine zum einstellbaren Widerstand 44 einen gestrichelt angedeuteten Widerstand 48 einschalten, der einen Wert von etwa 5 Milliohm hat. An den Verbindungspunkt dieses Widerstandes mit dem einstellbaren Widerstand 44 wird dann die Batterie 32 über eine Halbleiterdiode 49 angeschlossen. Je nach der Größe des der Lichtmaschine entnommenen Belastungsstromes fällt am Widerstand 48 eine Spannung ab, die bewirkt, daß der Transistor 40 bereits bei kleineren Werben der Lichtmaschinenspannung strohmführend wird und über die Transformatorwicklungen, wie beim Beispiel nach Fig.l. Sperrimpulse zur Herabsetzung der Lichtmaschinenerregung auf den Leistungstransistor 10 gibt. -

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Regeleinrichtung zur kontaktlosen Regelung der Spannung eines Nebenschlußgenerators, insbesondere einer zum Betrieb auf Kraftfahrzeugen bestimmten Lichtmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Erregerstrom des Generators einschaltbarer Transistor von einem zweiten Transistor gesteuert wird, dessen Basis an der zu regelnden Spannung liegt und dessen Ausgangsleistung zum Teil derart auf seinen Eingang rückgekoppelt ist, daß selbsterregte Schwingungen entstehen.
2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom zweiten Transistor (20) erzeugten Schwingungsimpulse dem in den Erregerstromkreis eingeschalteten ersten Transistor (10) derart zugeführt sind, daß sie diesen kurzzeitig sperren oder wenigstens seinen Arbeitspunkt in ein Gebiet höheren Widerstandes verschieben.
3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (20) auf einen Transformator arbeitet, der mit einem Teil seiner Wicklung in den Eingangskreis des zweiten Transistors (20) eingeschaltet ist.
4. 4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator drei in Reihe geschaltete Wicklungen (22, 23, 24) aufweist, von denen nur eine in den Ausgangskreis des zweiten Transistors und die zweite in dessen Eingangskreis eingeschaltet ist, während die dritte (22) mit der Steuerelektrode (B1) des in den Erregerstromkreis eingeschalteten ersten Transistors (10) - vorzugsweise über einen Gleichrichter (29) - verbunden ist.
5. 5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß -der zweite Transistor (20) als monostabiler Sperrschwinger geschaltet ist und in einer Brückenschaltung liegt, die wenigstens einen nichtlinearen Widerstand enthält.
6. 6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlineare Widerstände Gleichrichter verwendet sind.
7. 7. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zenerdiode als nichtlinearer Widerstand verwendet ist. B.
8. Regeleinrichtung nach einem -der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststrom des Generators auf Schaltelemente einwirkt, die im Steuerkreis des zweiten Transistors angeordnet sind.
9. 9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststrom über einen zwischen zwei Elektroden, vorzugsweise zwischen der Emitter- und der Basiselektrode des zweiten Transistors eingeschalteten Widerstand (48) geführt ist.
10. 10. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (B2) des zweiten Transistors (20) an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, dessen einer Teilwiderstand (27) temperaturabhängig ist und von einem in den Laststromkreis eingeschalteten Widerstand (30) aufgeheizt wird.
11. 11. Regeleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (27) ein Heißleiter ist, der zwischen die Steuerelektrode (B2) des zweiten Transistors (20) und die Minusbürste (a) der Lichtmaschine geschaltet ist.
12. 12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Laststromkreis eingeschaltete Widerstand (30) den Heißleiter (27) wendelförmig umschlingt.
13. 13. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerelektrode des im Erregerkreis angeordneten Transistors (10) ein Kondensator großer Kapazität angeschlossen ist, dem die vom zweiten Transistor erzeugten Sperrimpulse zugeführt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1069 757.