DE1128525B

DE1128525B - Control device for generators with low voltage and rapidly changing speeds, especially vehicle alternators

Info

Publication number: DE1128525B
Application number: DEB60246A
Authority: DE
Inventors: Helmut Domann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1960-11-26
Filing date: 1960-11-26
Publication date: 1962-04-26
Also published as: JPS3916372B1; GB964504A

Description

Regeleinrichtung für Generatoren niedriger Spannung und stark wechselnden Drehzahlen, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren niedriger Spannung, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen, mit einem in den Erregerstromkreis des Generators eingeschalteten Transistor, der mit seinem Kollektor an die Feldwicklung des Generators angeschlossen ist und durch ein parallel zu seiner Emitter-Basis-Strecke liegendes, bei Erreichen der Sollspannung in seine Schließstellung gelangendes Arbeitskontaktpaar eines elektromagnetischen Relais gesteuert wird, dessen Erregerspule zwischen der Basis des Transistors und einer der Ausgangsleitungen des Generators angeordnet ist.Control device for generators of low voltage and strongly changing Speeds, in particular vehicle alternators The invention relates to a Control device for generators that can be driven with rapidly changing speeds lower Voltage, especially vehicle alternators, with one in the excitation circuit of the generator switched on transistor, which with its collector to the field winding of the generator is connected and by a parallel to its emitter-base path lying, when the target voltage is reached, the pair of normally open contacts moves into its closed position an electromagnetic relay is controlled, the excitation coil between the Arranged base of the transistor and one of the output lines of the generator is.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, der Erregerspule des elektromagnetischen Relais einen Widerstand vorzuschalten und diesen Vorwiderstand so zwischen der Basis des Transistors ` und einer der Ausgangsleitungen des Generators anzuordnen, daß der bei offenem Kontaktpaar fließende Emitter-Basis-Strom des Transistors über den Vorwiderstand geht. Die auf diese Weise erreichbare Rückführung bewirkt zwar, daß der Einfluß der Maschinengröße auf die Frequenz des Kontaktspiels in der gewünschten Weise weitgehend ausgeschaltet wird, erfordert jedoch zwischen der Basis des Transistors und dem Verbindungspunkt von Vorwiderstand und Erregerspule des Relais einen Basiswiderstand, der eine erhebliche Wärmeentwicklung ergibt und daher die Regeleinrichtung beeinflußt. Dieser Nachteil ist bei einer Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art vermieden, bei der gemäß der Erfindung die Erregerspule des Relais aus zwei Wicklungsteilen besteht, von denen der mit der kleineren Windungszahl ausgeführte Wicklungsteil mit seinem Wicklungsanfang vorzugsweise über einen Widerstand mit der Basis des mit seinem Emitter an eine Ausgangsleitung des Generators angeschlossenen Transistors verbunden ist, mit seinem Wicklungsende zusammen mit dem Wicklungsanfang des zweiten Wicklungsteils an einem der Arbeitskontakte des Relais liegt, während das Wicklungsende des zweiten Wicklungsteils an die andere Ausgangsleitung des Generators über einen Vorwiderstand angeschlossen ist, der sowohl vom Spulenstrom des Relais als auch vom. Basisstrom des Transistors durchflossen wird. Zweckmäßigerweise wird der Vorwiderstand mindestens so groß wie die Summe der Gleichstromwiderstände der beiden Wicklungsteile gewählt, vorzugsweise doppelt so groß wie diese Summe. Wenn die beiden Wicklungsteile des Relais mit gleichem Drahtdurchmesser gewickelt werden und daher zu ihren Windungszahlen nahezu proportionale Gleichstromwiderstände haben, so wird der zwischen dem Wicklungsanfang des kleineren Wicklungsteils und der Basis des Transistors liegende Basiswiderstand Rb etwa 5 bis 250/, kleiner als gewählt, wenn R2, den Vorwiderstand, w2 die Windungszahl des größeren, mit dem Vorwiderstand in Reihe liegenden Wicklungsteils und w1 die Windungszahl des kleineren Wicklungs: teils der Relaisspule bezeicbnet.It has already been proposed to connect a resistor upstream of the excitation coil of the electromagnetic relay and to arrange this series resistor between the base of the transistor and one of the output lines of the generator so that the emitter-base current of the transistor flowing when the contact pair is open goes through the series resistor. The feedback that can be achieved in this way has the effect that the influence of the machine size on the frequency of the contact play is largely eliminated in the desired manner, but requires a base resistance between the base of the transistor and the connection point of the series resistor and the excitation coil of the relay, which generates considerable heat results and therefore affects the control device. This disadvantage is avoided in a control device of the type mentioned at the outset, in which, according to the invention, the excitation coil of the relay consists of two winding parts, of which the winding part with the smaller number of turns starts with its winding preferably via a resistor with the base of its emitter an output line of the generator connected transistor is connected, with its winding end together with the winding start of the second winding part on one of the working contacts of the relay, while the winding end of the second winding part is connected to the other output line of the generator via a series resistor, which is both from the coil current of the Relay as well as from. Base current of the transistor is flowing through. The series resistor is expediently chosen to be at least as large as the sum of the direct current resistances of the two winding parts, preferably twice as large as this sum. If the two winding parts of the relay are wound with the same wire diameter and therefore have almost proportional DC resistances to their number of turns, the base resistance Rb between the winding start of the smaller winding part and the base of the transistor is about 5 to 250 /, smaller than selected when R2 denotes the series resistor, w2 the number of turns of the larger winding part in series with the series resistor and w1 the number of turns of the smaller winding part of the relay coil.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels dargelegt. Es zeigt Fig. 1 eine Fahrzeuglichtanlage mit einem Generator, einem Regler und einer Pufferbatterie in raumbildlicher Darstellung, Fig.2 den Regler in seinem elektrischen Schaltbild.Further details of the invention are given below with reference to a Embodiment set forth. 1 shows a vehicle lighting system with a Generator, a regulator and a buffer battery in a three-dimensional representation, Fig. 2 the controller in its electrical circuit diagram.

In der Lichtanlage nach Fig. 1 wird die mit 10 angedeutete Lichtmaschine über zwei Keilriemenscheiben 11 und 12 und einen Keilriemen 13 durch eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit Drehzahlen angetrieben, die je nach der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem jeweiligen Gang stark wechseln können. Im Lichtmaschinengehäuse 10 ist außer einer in Fig. 2 bei 15 angedeuteten Feldwicklung ein Gleichstromanker 16 untergebracht, der zusammen mit der Riemenscheibe 12 auf der Ankerwelle 17 sitzt. Die in den nicht dargestellten Ankerwicklungen induzierten Spannungen werden an einem ebenfalls nicht dargestellten Kommutator durch eine Minusbürste 18 und eine Plusbürste 19 abgenommen.In the lighting system according to Fig. 1, the alternator indicated by 10 is driven via two V-belt pulleys 11 and 12 and a V-belt 13 by an internal combustion engine of a motor vehicle (not shown) at speeds that can change greatly depending on the vehicle speed and the respective gear. In the light of the machine housing 10 except a direction indicated in Fig. 2 at 15 field winding, a direct current anchor 16 is housed sitting together with the pulley 12 on the armature shaft 17. The voltages induced in the armature windings, not shown, are picked up on a commutator, also not shown, by a minus brush 18 and a plus brush 19 .

Damit die Ausgangsspannung der Lichtmaschine im gesamten Drehzahl- und Belastungsbereich auf einem möglichst gleichbleibenden Wert gehalter werden kann, ist der in Fig. 1 bei 20 angedeutete Regler vorgesehen, der über vier Leitungen 21, 22, 23 und 24 und einen Stecker 25 mit einer Steckermuffe 27 verbunden ist, die auf dem Lichtmaschinengehäuse sitzt und vier in Fig. 2 mit 31, 32, 33 und 34 bezeichnete Anschlußbuchsen enthält. Der Laststrom der Lichtmaschine wird über zwei durch das Lichtmaschinengehäuse isoliert hindurchgeführte Schraubenbclzen 36 und 37 einer Pufferbatterie 40 zugeführt, deren Minusklemme 41 mit Masse verbunden .ist, während ihre Plusklemme 42 unter Umgehung des Reglers über die Leitung 43 unmittelbar an den als Anschlußklemme dienenden Schraubenbolzen 36 der Lichtmaschine angeschlossen ist. Zwischen diesem Schraubenbolzen 36 und der Plusbürste 19 sind ein niederohmigerWiderstand 44 von etwa 0,02 Ohm und ein als Rückstromsperre dienender Gleichrichter 45 vorgesehen. Von der Plusbürste zweigt zur Steckerbuchse 31 eine Leitung 46, vom Verbindungspunkt zwischen Widerstand 44 und Gleichrichter 45 eine zur Steckerbuchse 32 führende Leitung 47 ab. Das Wicklungsende der mit ihrem Wicklungsanfang an die Minusbürste 18 angeschlossenen Feldwicklung 15 der Lichtmaschine ist an die. Steckerbuchse 33 angeschlossen und steht mit der Minusklemme 37 der Lichtmaschine und der Steckerbuchse 34 über eine Germaniumdiode 48 in Verbindung, die in ihrer Sperrichtung beansprucht wird, solange der Feldwicklung über den zum Regler 20 gehörenden Leistungstransistor 50 der bei Je angedeutete Erregerstrom zugeführt wird, jedoch den bei Ja angedeuteten induktiven Ausgleichsstrom zu übernehmen vermag, wenn der Erregerstrom Je zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung durch die im folgenden näher beschriebene Regeleinrichtung 20 periodisch unterbrochen wird.So that the output voltage of the alternator can be kept as constant as possible in the entire speed and load range, the regulator indicated at 20 in Fig. 1 is provided, which has four lines 21, 22, 23 and 24 and a plug 25 with a socket 27 is connected, which sits on the alternator housing and four in Fig. 2 with 31, 32, 33 and 34 designated sockets contains. The load current of the alternator is fed through two screw bolts 36 and 37, which are insulated through the alternator housing, to a buffer battery 40, the minus terminal 41 of which is connected to ground, while its plus terminal 42, bypassing the regulator, via line 43 directly to the screw bolt 36 serving as a connection terminal connected to the alternator. A low-ohmic resistor 44 of approximately 0.02 ohms and a rectifier 45 serving as a non-return valve are provided between this screw bolt 36 and the plus brush 19. A line 46 branches off from the plus brush to the socket 31 , and a line 47 leading to the socket 32 from the connection point between the resistor 44 and the rectifier 45. The winding end of the field winding 15 of the alternator connected to the negative brush 18 with its winding start is to the. Socket 33 is connected and is connected to the negative terminal 37 of the alternator and the socket 34 via a germanium diode 48, which is claimed in its reverse direction as long as the field winding via the power transistor 50 belonging to the controller 20 is supplied with the excitation current indicated at Je, but the is able to take over inductive compensating current indicated in Yes if the excitation current Je is periodically interrupted by the control device 20 described in more detail below in order to keep the output voltage constant.

Die Regeleinrichtung enthält außer dem erwähnten Leistungstransistor 50 ein zu dessen Steuerung dienendes elektromagnetisches Relais, das einen in der angedeuteten Pfeilrichtung unter Federdruck stehenden Schaltarm 51 und einen zugehörigen Arbeitskontakt 52 enthält. Mit diesem Arbeitskontaktpaar - wird der Transistor 50 gesperrt, sobald die Ausgangsspannung der Lichtmaschine den vorgeschriebenen Sollwert von 14 V zu übersteigen droht. Dazu enthält das Relais außerdem eine Spannungsspule, die aus einem mit einer kleineren Windungszahl ausgeführtenWicklungsteil53 und einem mit größerer Windungszahl ausgeführten Wicklungsteil 54 besteht. Auf dem gleichen, in der Zeichnung nicht dargestellten Eisenkern des Relais sitzt ferner eine Stromspule 55, die über einen hochlegierten, nur in der Durchlaßrichtung beanspruchten Germaniumhalbleiter 56 zum Widerstand 44 parallel geschaltet ist. Zwischen dem Wicklungsanfang des kleineren Wicklungsteils 53 der Spannungsspule und der Basis des Transistors 50 liegt ein Basiswiderstand Rb von etwa 5 Ohm, während der größere Wicklungsteil 54 über einen etwa 50 Ohm großen Vorwiderstand R" an die zur Masse führende Minusleitung 24 angeschlossen ist.The control device contains the aforementioned power transistor 50 an electromagnetic relay used to control it, one in the indicated arrow direction under spring pressure switching arm 51 and an associated Normally open contact 52 contains. With this pair of normally open contacts - the transistor becomes 50 locked as soon as the output voltage of the alternator has reached the prescribed target value of 14 V threatens to exceed. For this purpose, the relay also contains a voltage coil, that made up of a winding part 53 made with a smaller number of turns and a With a larger number of turns executed winding part 54 consists. On the same In the drawing, the iron core of the relay, not shown, also has a current coil 55, via a high-alloyed germanium semiconductor stressed only in the forward direction 56 is connected in parallel to resistor 44. Between the beginning of the winding of the smaller one Winding part 53 of the voltage coil and the base of transistor 50 is a Base resistance Rb of about 5 ohms, while the larger winding part 54 has a about 50 Ohm large series resistor R ″ connected to the negative line 24 leading to ground is.

Sobald die Lichtmaschine aus dem Stillstand heraus mit genügend hoher Drehzahl angetrieben wird, erregt sie sich über den dann stromleitenden Leistungstransistor 50 selbst und steigt rasch auf ihren Sollwert von 14 V an. Bei diesem Wert der Ausgangsspannung der Lichtmaschine erreicht der über den Basiswiderstand Rb fließende Basisstrom Jb des Transistors einen solch großen Wert, daß das von ihm erzeugte Magnetfeld im Relais den Schaltarm 51 gegen die Kraft der nicht dargestellten Rückführfeder mit dem an den Emitter des Transistors 50 angeschlossenen Arbeitskontakt 52 in Verbindung bringt und dabei die Emitter-Basis-Strecke des Transistors kurzschließt. Dadurch- wird der seither der Feldwicklung 15 zufließende Erregerstrom Je- unterbrochen, und die Ausgangsspannung der Lichtmaschine beginnt mit einer durch die Größe der Lichtmaschine festgelegten Zeitkonstanten abzusinken. Der Transistor 50 wird erneut wieder stromleitend, sobald das Magnetfeld im Relais den Schaltarm 51 nicht mehr in seiner Schließstellung zu halten vermag. Damit dieser neue Schaltzustand möglichst bald wieder eintritt, ist die Anordnung der Arbeitskontakte des Relais so getroffen, daß diese beim Erreichen ihrer Schließstellung nicht nur die Emitter-Basis-Strecke des Transistors kurzschließen und diesen dabei sperren, sondern gleichzeitig auch den kleineren Wicklungsteil 53 kurzschließen. Bei diesem Kurzschluß wird das im Relais vorhandene Magnetfeld um einen Betrag verringert, der einer Spannungsabsenkung an den Ausgangsklemmen der Lichtmaschine von etwa 0,1 bis 0,2 V entspricht. Die Ausgangsspannung der Lichtmaschine braucht daher um diesen Betrag weniger abzusinken und bewirkt daher zu einem sehr viel früheren Zeitpunkt, daß der Schaltarm des Relais in seine Abfallstellung zurückgelangt und den Transistor 50 erneut stromleitend macht. Auf diese Weise wird ein sehr rasches, von der jeweiligen Größe der mit der Regeleinrichtung zusammenarbeitenden Lichtmaschine weitgehend unabhängiges Kontaktspiel erreicht, das außer einer wesentlich genaueren und stabileren Regelung den Vorteil mit sich bringt, daß mit ein und demselben Reglertyp Lichtmaschinen stark unterschiedlicher Leistungsgrößen geregelt werden können.As soon as the alternator is driven from standstill at a sufficiently high speed, it excites itself via the power transistor 50, which is then conductive, and quickly rises to its setpoint of 14 volts. At this value of the output voltage of the alternator, the base current Jb of the transistor flowing through the base resistor Rb reaches such a large value that the magnetic field generated by it in the relay counteracts the force of the return spring (not shown) with the one connected to the emitter of the transistor 50 Brings working contact 52 in connection and thereby short-circuits the emitter-base path of the transistor. As a result, the excitation current Je flowing to the field winding 15 since then is interrupted, and the output voltage of the alternator begins to decrease with a time constant determined by the size of the alternator. The transistor 50 becomes conductive again as soon as the magnetic field in the relay is no longer able to hold the switching arm 51 in its closed position. So that this new switching state occurs again as soon as possible, the arrangement of the working contacts of the relay is made so that they not only short-circuit the emitter-base path of the transistor when they reach their closed position and block it, but also short-circuit the smaller winding part 53 at the same time. In the event of this short circuit, the magnetic field present in the relay is reduced by an amount that corresponds to a voltage drop at the output terminals of the alternator of approximately 0.1 to 0.2 V. The output voltage of the alternator therefore needs to drop less by this amount and therefore causes the switching arm of the relay to return to its release position at a much earlier point in time and makes transistor 50 conductive again. In this way, a very fast contact clearance, largely independent of the size of the alternator working with the control device, is achieved, which, in addition to a much more precise and stable control, has the advantage that one and the same type of controller can be used to control alternators of widely differing power levels .

Die Stromspule 55 des Relais hat lediglich die Aufgabe, die Spannung der Lichtmaschine dann stark herabzusetzen, wenn der über die Leitung 43 der Batterie und den an diese angeschlossenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Verbrauchern zufließende Laststrom einen vorgegebenen Höchstwert zu überschreiten droht, und schützt daher die Lichtmaschine vor Überlastung. Der am Widerstand 44 vom Laststrom erzeugte Spannungsabfall ruft nämlich einen über die Leitung 46 und den Halbleiter 56 gehenden Steuerstrom JS hervor, sobald dieser Spannungsabfall den bei etwa 0,3 V liegenden Schwellspannungswert des Halbleiters 56 überschreitet. Durch diesen bei Erreichen des Laststromhöchstwertes einsetzenden Steuerstrom wird von der Stromspule 55 ein zusätzliches, die magnetische Erregung des Relais vergrößerndes Magnetfeld erzeugt, durch welches der Schaltarm 51 auch dann noch zur Sperrung des Transistors 50 in seiner Schließstellung gehalten werden kann, wenn der Sollwert der Ausgangsspannung unterschritten ist.The current coil 55 of the relay only has the task of greatly reducing the voltage of the alternator when the load current flowing through line 43 of the battery and the loads connected to it, not shown in the drawing, threatens to exceed a predetermined maximum value, and therefore protects the alternator from overload. The voltage drop generated at resistor 44 by the load current causes a control current JS passing via line 46 and semiconductor 56 as soon as this voltage drop exceeds the threshold voltage value of semiconductor 56, which is approximately 0.3 V. This control current, which starts when the maximum load current value is reached, generates an additional magnetic field which increases the magnetic excitation of the relay, by means of which the switching arm 51 can still be held in its closed position to block the transistor 50 when the nominal value of the output voltage is reached is below.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Control device for low-voltage generators that can be driven at rapidly changing speeds, in particular vehicle alternators, with a transistor connected to the exciter circuit of the generator, the collector of which is connected to the field winding of the generator and a transistor that is parallel to its emitter-base path , when the target voltage is reached in its closed position, the normally open contact pair of an electromagnetic relay is controlled, the field coil of which is arranged in series with a series resistor between the base of the transistor and one of the output lines of the generator that the emitter-base current flowing when the contact pair is open Transistor goes through the series resistor, characterized in that the excitation coil of the relay consists of two winding parts (53, 54), of which the winding part (53) with the smaller number of turns with its winding start, preferably via one Resistor (Rb), with the base of the transistor (50) connected with its emitter to an output line of the generator, with its winding end together with the winding beginning of the second winding part (54) on one (51) of the working contacts (51, 52) of the relay lies, while the winding end of the second winding part (54) is connected to the other output line of the generator via the series resistor (R,).

2. Control device according to claim 1, characterized characterized in that the series resistance is at least as large as the sum of the direct current resistances of the two winding parts, preferably twice as large as this sum.

3. Control device according to claim 2, characterized in that the value of the base resistance (Rb) with respect to the turns ratio of the smaller winding part to the larger winding part and with regard to the series resistor Rv connected upstream of the excitation coil according to the dimensioning rule is chosen.