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Spannungsregler für Gleichstrom-oder Wechselstromgeneratoren Die Erfindung
betrifft Transistor-Spannungsregler, die entweder für Wechselstromgeneratoren oder
Gleichstromgeneratoren verwendet werden können.
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Es sind bisher verschiedene Arten von Spannungsreglern verwendet worden,
beispielsweise veränderbare Widerstandseinrichtungen. Mit der zunehmenden Notwendigkeit,
Erschütterungen und Schwingungen zu widerstehen, haben sich Regler mit beweglichen
Teilen als unzulänglich erwiesen. Es sind bereits verschiedene Arten von feststehenden
Reglern verwendet worden, jedoch sind diese entweder sehr aufwendig, schwierig herzustellen,
oder sie erreichen nicht die erforderliche Genauigkeit. Andererseits hat man bisher
üblicherweise für Gleichstromgeneratoren auf der Wirkungsweise eines Gleichstromverstärkers
beruhende Transistor-Spannungsregler verwendet, da an den Klemmen eines Gleichstromgenerators
keine Wechselspannung zur Verfügung steht. Derartige Regler haben den Nachteil,
daß verhältnismäßig große Verluste in den Transistoren auftreten, wodurch die verfügbare
Ausgangsleistung des Transistorverstärkers oder die zulässige Umgebungstemperatur
oder beide begrenzt sind.
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Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter Transistor-Spannungsregler
für Wechselstrom- oder Gleichstromgeneratoren, in welchem ein zusammengesetztes
Signal, das aus einer der Ausgangsspannung des Generators proportionalen Gleichstromkomponente
überlagerten »Sägezahn«-Komponente gebildet ist, an den Eingang einer Meßbrücke
geführt ist, die ein Sägezahnsignal mit einem der Ausgangsspannung des Generators
umgekehrt proportionalen mittleren Gleichstromwert liefert, welches an den Eingang
eines ein Rechteckwellen-Ausgangssignal erzeugenden Transistorverstärkers geführt
ist, wobei die Breite der Rechteckwellen eine Funktion des mittleren Gleichstromwertes
des genannten Sägezahnsignals ist, worauf das Rechteckwellen-Ausgangssignal gleichgerichtet
wird und dann der Erregung oder der Feldwicklung des Generators zugeführt wird.
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Es ist also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Transistor-Spannungsregler zu schaffen, der sowohl für Wechselstromgeneratoren als
auch für Gleichstromgeneratoren verwendbar ist.
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Das obenerwähnte Ziel sowie andere Ziele und Eigenschaften der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. In
dieser zeigt Fig. 1 schematisch ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung,
welche für die Regelung eines Wechselstromgenerators verwendet ist, Fig. 2 schematisch
ein Schaltbild einer anderen Einrichtung nach der Erfindung, welche für die Regelung
eines Gleichstromgenerators vorgesehen ist. In Fig. 1 ist ein Spannungsregler mit
1 bezeichnet, welcher eine Meßbrücke 2 und einen Transistorverstärker 3 enthält.
Die Vergleichsbrücke 2 wird über zwei Eingangsleiter 4 und 5 gespeist, welche durch
einen Kondensator 6 verbunden sind, während eine Gasdiode 7 mit kalter Kathode in
den Leiter 4 eingefügt ist. Die Meßbrücke 2 enthält in einem Zweig eine Silizium-Zenerdiode
8, einen Widerstand 9 in einem angrenzenden Zweig und einen angezapften Widerstand
10, welcher die anderen Zweige bildet. Eine Ausgangsklemme der Brücke ist über einen
Leiter 11 an die Basis 12 eines Transistors 13 geführt, welcher die erste Stufe
eines Verstärkers 3 bildet. Der Transistor 13 hat einen Emitter 14, der mit einem
Leiter 15 an die andere Ausgangsklemme der Brücke 2 geführt ist, und einen Kollektor
16, der mit einem Widerstand 17 an den Leiter 18 geführt ist. Der Emitter 14 des
Transistors 13 ist ebenso durch einen Leiter 19 mit der Basis 20 eines Transistors
21 verbunden, welcher die zweite Stufe des Verstärkers bildet. Der Kollektor 22
des Transistors 21 ist mit einem Widerstand 23 an den Leiter 18 geführt, und der
Emitter 24 ist durch einen Leiter 25 mit der Basis 26 eines Transistors 27 verbunden.
Der Transistor 27 bildet die dritte Stufe des Verstärkers 3 und weist einen Kollektor
28 auf, welcher mit einem Ausgangsleiter 29 verbunden ist. Ein zweiter Ausgangsleiter
30
ist mit dem Leiter 18 verbunden. Ein Gleichrichter 31 und ein
Widerstand 32 -sind zwischen die Ausgangsleiter 29 und 30 geschaltet.
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Der Transistorverstärker 3 wird durch zwei Speiseleiter 33 und 34
gespeist. Der Leiter 33 ist mit dem Leiter 18 verbunden, während der Leiter 34 über
einen Widerstand 35 mit dem Leiter 25 und über einen Gleichrichter 36 mit dem Emitter
37 des Transistors 27 verbunden ist.
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Die Einrichtung nach Fig. 1 enthält weiter einen Wechselstromgenerator,
der mit 38 bezeichnet ist und eine Erregerwicklung 39 und eine dreiphasige Ausgangswicklung
40 hat. Obwohl ein Dreiphasengenerator dargestellt ist, ist es selbstverständlich,
daß auch ein Einphasengenerator oder ein Vielphasengenerator verwendet werden kann.
Die Ausgangsleiter 41, 42, 43 sind mit der Wicklung 40 verbunden. Ebenso ist ein
Nulleiter 44 mit dem Mittelpunkt der Wicklung 40 verbunden.
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Der Spannungsregler 1 wird von dem Generator 38 über einen Transformator
45 erregt. Der Transformator 45 ist dreiphasig dargestellt und weist Primärwicklungen
46, 47 und 48 auf, von denen je ein Ende mit dem Nulleiter 44 verbunden ist, während
die anderen Enden mit den Ausgangsleitern 41, 42 bzw. 43 verbunden sind. Die Primärwicklung
46 ist mit den Sekundärwicklungen 46 A und 46B gekoppelt. In gleicher Weise ist
die Primärwicklung 47 mit den Sekundärwicklungen 47A und 47B und die Primärwicklung
48 mit den Sekundärwicklungen 48A und 48B gekoppelt. Die Sekundärwicklungen 46A,
47A und 48.4 sind im Dreieck geschaltet, und ihr Ausgang ist über Leiter 49, 50
und 51 an den Eingang eines Vollweggleichrichters 52 geführt. Der Ausgang des Gleichrichters
52 ist mit den Eingangsleitern 4, 5 der Meßbrücke 2 verbunden.
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Die dem Transistorverstärker 3 zugeführte Leistung wird den Sekundärwicklungen
46B, 47B und 48B des Transformators 45 entnommen. Die Sekundärwicklungen 46 B, 47
B und 48 B sind in Dreieck geschaltet, und der Ausgang dieser Dreieckschaltung ist
über Leiter 53, 54 und 55 mit dem Eingang eines Vollweggleichrichters 56 verbunden,
dessen Ausgang mit den Speiseleitungen 33 und 34 des Verstärkers 3 verbunden ist.
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Die Ausgangsleiter 29 und 30 des Verstärkers 3 sind mit der Erregerwicklung
39 des Generators 38 über allgemein übliche Schleifringe verbunden.
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Im Betrieb liegt die Netzspannung des Generators über dem Transformator
45 am Vollweggleichrichter 52. Die Gleichstromausgangsspannung des Gleichrichters
ist dann an die Vergleichsbrücke geführt, welche abgeglichen und so geschaltet ist,
daß eine Vergrößerung der Netzspannung eine Verringerung der Ausgangsspannung und
eine Verringerung der Netzspannung ein Anwachsen der Ausgangsspannung bewirkt. Die
Gleichstromausgangsspannung des Gleichrichters hat eine pulsierende Komponente,
welche ein Bruchteil der Gesamtspannung ist. Ein Teil der Gleichstromkomponente
der Spannung fällt über der Kaltkathoden-Gasdiode ab, und der Rest, in welchem die
wellige Komponente prozentual angewachsen ist, wird der Meßbrücke aufgedrückt. Der
parallel zur Brücke geschaltete Kondensator formt die Wellenspannung angenähert
in eine Sägezahnwellenform um.
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Die Ausgangsspannung der Vergleichsbrücke ist angenähert eine sägezahnförmige
Welle mit einem mittleren Gleichstromwert, der umgekehrt proportional der Wechselstrom-Netzspannung
ist. Dieses Ausgangssignal wird dem Transistorverstärker zugeführt, welcher so ausgelegt
ist, daß er durch die Sägezahnwellenform weit übersteuert wird. Das Ausgangssignal
des Verstärkers ist angenähert eine Rechteckwelle. Irgendeine Änderung des Gleichstromwertes
des Eingangssignals ändert die Breite der am Ausgang auftretenden Rechteckwelle.
Extreme Änderungen der Netzspannung, wie z. B. von der Belastung herrührende Schaltvorgänge,
bewirken eine ausreichende Änderung in dem zugeführten Gleichstromwert, so daß die
erste Stufe vollständig ein- oder ausgeschaltet wird, je nachdem ob eine Überspannung
oder eine Unterspannung auftritt.
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Der Ausgang der ersten Stufe des Verstärkers ist an die zwei folgenden
Verstärkerstufen geführt, von denen jede so ausgelegt ist, daß sie etwas übersteuert
wird. Somit befinden sich jede Stufe entweder in dem Einschaltzustand oder in dem
Ausschaltzustand. Mit der oben beschriebenen Einrichtung wird ein Minimum an Verlustleistung
in jeder Stufe erreicht, wodurch es ermöglicht wird, den Verstärker bei hohen Umgebungstemperaturen
zu verwenden.
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Während der Transistorverstärker als von der Netzspannung des Wechselstromgenerators
über einen Gleichrichter gespeist dargestellt ist, ist es selbstverständlich, daß
die Leistung auch von irgendeiner anderen Quelle bezogen werden kann. Es kann also
der Ausgang des Spannungsreglers auch das Feld einer Erregermaschine erregen, welche
wiederum die Erregung für den Wechselstromgenerator liefert.
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Fig.2 zeigt eine Spannungsregeleinrichtung für einen Gleichstromgenerator.
Diese Einrichtung enthält einen Spannungsregler, der demjenigen in Fig.l beschriebenen
ähnlich ist und in gleicher Weise bezeichnet ist. Der Gleichstromgenerator 56 hat
eine Reihenschlußfeldwicklung 57, einen Anker 58 und eine Nebenschlußfeldwicklung
59. Der Anker 58 hat einen üblichen Kommutator, und dieser ist über übliche Bürsten
an einen Ausgangsleiter 60 und über die Reihenschlußwicklung 57 an einen Ausgangsleiter
61 geführt.
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Der Ausgangsleiter 60 ist direkt mit dem Eingangsleiter 4 der Meßbrücke
2 verbunden, während der Ausgangsleiter 61 mit dem Eingangsleiter 5 der Meßbrücke
über die Sekundärwicklung 62 eines Transformators 63 verbunden ist, dessen Primärwicklung
64 durch Leiter 65 und 66 mit einer passenden Wechselstromquelle verbunden ist (nicht
gezeigt).
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Die dem Transistorverstärker 3 zugeführte Leistung wird direkt den
Ausgangsleitern 60 und 61 des Gleichstromgenerators durch die Speiseleiter 33 und
34 des Verstärkers 3 entnommen. Selbstverständlich kann die Leistung auch von einer
anderen Quelle bezogen werden. Die Ausgangsleiter 29 und 30 des Verstärkers 3 sind
mit der Nebenschlußfeldwicklung 59 des Generators 56 verbunden.
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Im Betrieb ist die Meßbrücke mit dem Ausgang des Gleichstromgenerators
verbunden, wobei ein Teil der Ausgangsspannung über der Kaltkathoden-Gasdiode abfällt.
Ein Wechselstrom ist dem Eingang der Brücke überlagert. Der Kondensator, der parallel
zur Brücke geschaltet ist, formt den Wechselstrom in eine Sägezahnwellenform um.
Wie im Falle der Einrichtung nach Fig. 1 ist die Meßbrücke abgeglichen und so ausgelegt,
daß ein Anwachsen der Netzspannung ein Abfallen der Ausgangsspannung und ein Abfallen
der Netzspannung ein Anwachsen der Ausgangspannung bewirkt.
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Das Ausgangsignal der Meßbrücke hat angenähert Sägezahnform mit einem
mittleren Gleichstromwert, der umgekehrt proportional der Generatornetzspannung
ist.
Die restliche Wirkung der Einrichtung ist gleich der in Verbindung mit der Einrichtung
nach Fig. 1 beschriebenen.
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Obgleich nur zwei Ausführungen der Erfindung dargestellt und beschrieben
sind, können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne daß der allgemeine
Erfindungsgedanke verlassen wird.