DE1203361B - Electrical control device for a physical quantity - Google Patents
Electrical control device for a physical quantityInfo
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Description
Elektrische Regeleinrichtung für eine physikalische Größe Es kommt häufig vor, daß in einer industriellen Anlage irgendeine Betriebsgröße, z. B. eine Temperatur, ein Druck oder eine elektrische Spannung, einen bestimmten Wert nicht überschreiten soll und daß demgemäß eine selbsttätige Regelung dieser Größe vorgesehen wird. Das kommt vor allem in Betracht bei elektrischen Energieversorgungsanlagen mit Akkumulatorenbatterien, wobei es sich um reinen Ladebetrieb oder einen Pufferbetrieb handeln kann. Herbei muß dafür gesorgt werden, daß jeweils dann, wenn die Batterie ihren Ladeendzustand erreicht, zur Vermeidung einer schädlichen Erwärmung der Batterieflüssigkeit der Ladestrom bis auf einen kleinen Ladeerhaltungsstrom herabgesetzt wird, so daß die Spannung der Batterie einen gewissen Wert nicht überschreitet. Beispielsweise ist das bei Beleuchtungsanlagen für Kraftfahrzeuge oder Reisezugwagen der Fall, bei denen während des Stillstandes die benötigte elektrische Energie der Batterie entnommen und diese während der Fahrt aufgeladen wird. Dies geschieht vorzugsweise mittels Drehstromerzeugern, die von Fahrzeugachsen angetrieben werden und gleichzeitig mit der Batterieladung die Verbraucher mit Energie versorgen können. Es kann sich aber auch um stationäre Batterieladeeinrichtungen handeln, die an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind und einen Ladegleichrichter aufweisen.Electrical control device for a physical quantity It comes often before that in an industrial plant some operational size, z. Legs Temperature, pressure or electrical voltage, not a certain value should exceed and that accordingly an automatic control of this size is provided will. This is particularly important in the case of electrical energy supply systems with accumulator batteries, which are pure charging mode or buffer mode can act. Care must be taken that each time the battery has reached its end-of-charge state, in order to avoid harmful heating of the battery fluid the charging current is reduced to a small trickle charge current, so that the voltage of the battery does not exceed a certain value. For example this is the case with lighting systems for motor vehicles or coaches, where the required electrical energy of the battery during standstill removed and charged while driving. This is preferably done by means of three-phase generators that are driven by vehicle axles and at the same time can supply consumers with energy with the battery charge. It can but also to be stationary battery charging devices that are connected to an alternating current network are connected and have a charging rectifier.
Man hat in den genannten Fällen zur selbsttätigen Regelung der Batteriespannung Regeleinrichtungen mit vormagnetisierten Drosseln und/oder Transistoren verwendet. Die Erfindung bezweckt, eine Spannungsregelung in Fällen der genannten Art, aber auch eine selbsttätige Regelung irgendeiner anderen Betriebsgröße, mit besonders einfachen Mitteln zuverlässig herbeizuführen.In the cases mentioned, you have to automatically regulate the battery voltage Control devices with premagnetized chokes and / or transistors are used. The invention aims to provide voltage regulation in cases of the type mentioned, however also an automatic control of any other operating size, with special reliably bring about simple means.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regeleinrichtung für eine physikalische Größe, bei welcher der Eingang des Stellgliedes in Abhängigkeit von der Regelabweichung durch einen steuerbaren Halbleiter überbrückt wird, vorzugsweise zur Batterieladung; und die Erfindung besteht in erster Linie darin, daß eine von einer Halbwellenspannung in an sich bekannter Weise gespeiste Vierschichttriode vorgesehen ist, die den Eingang des Stellgliedes im Sinne einer Zweipunktregelung zeitweise kurzschließt.The invention relates to an electrical control device for a physical quantity at which the input of the actuator is dependent is bridged by the control deviation by a controllable semiconductor, preferably for battery charging; and the invention consists primarily in that one of a half-wave voltage fed in a known manner four-layer triode is provided that the input of the actuator in the sense of a two-point control temporarily shorts.
Einen steuerbaren Siliziumgleichrichter mit einer Halbwellenspannung zu speisen, ist bei einer Prüfschaltung bekannt, mittels deren die Sperr- und Leitkennlinien sowie die Zündung des steuerbaren Siliziumgleichrichters gemessen werden. Hierbei wird nur jede zweite Halbwelle der Wechselspannung ausgenutzt, während bei der Regeleinrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch die Umkehrphasen des Wechselstromes wirksam werden.A controllable silicon rectifier with a half-wave voltage to feed is known in a test circuit, by means of which the blocking and control characteristics and the ignition of the controllable silicon rectifier can be measured. Here only every second half-wave of the alternating voltage is used, while in the case of the control device According to the present invention, the reverse phases of the alternating current are also effective will.
Es ist auch bekannt, eine gittergesteuerte Entladungsröhre an zwei einander gegenüberliegende Ecken einer Gleichrichter-Graetz-Schaltung zu legen, die mit ihren beiden anderen Ecken zwischen einem z. B. einphasigen Wechselstromnetz und einem Wechselstromverbraucher liegt. Das geschieht zur beliebigen Steuerung des Wechselstrom-Verbrauchers nach Maßgabe der Gittersteuerung.It is also known to have a grid controlled discharge tube on two to place opposite corners of a rectifier Graetz circuit, the other two corners between a z. B. single-phase AC network and an alternating current consumer. This happens for any control of the AC consumer according to the grid control.
Eine Zweipunktregelung ist zwar für Stromrichterantriebe, und stromrichtergespeiste Erregerkreise angewendet worden, wobei der Mittelwert der Gleichspannung durch die Zündhäufigkeit und die Brenndauer des Stromrichters bestimmt, d. h. dieser entweder bei einem konstanten Zündwinkel oder gar nicht gezündet wird, doch wird diese Zweipunktregelung nicht durch eine von einer Halbwellenspannung gespeiste, den Eingang eines Stellgliedes kurzschließende Vierschichttriode bewirkt.A two-point control has been used for converter drives and converter-fed excitation circuits, the mean value of the DC voltage being determined by the frequency of ignition and the duration of the converter, i.e. H. This is either ignited at a constant ignition angle or not at all, but this two-point control is not effected by a four-layer triode which is fed by a half-wave voltage and which short-circuits the input of an actuator.
Ferner ist eine Regeleinrichtung bekannt, mittels deren die Ausgangsspannung eines Gleichstromerzeugers im wesentlichen konstant gehalten wird. Hierbei wird der durch eine Nebenschluß-Erregerwicklung des Stromerzeugers fließende Strom durch eine Impulssteuerung beeinflußt, und zwar mittels eines Transistors, der in Reihe mit der Errgerwicklung geschaltet ist. Dieser wird durch einen Magnetverstärker gesteuert, dessen Magnetfluß nach Maßgabe der jeweiligen Differenz zwischen einer konstanten Spannung und der Ausgangsspannung des Stromerzeugers geändert wird. Hierzu werden zwei weitere Transistoren, zwei Batterien und eine Wechselstromquelle mit einem Transformator benötigt. Demgegenüber bringt die vorliegende Erfindung den Fortschritt, daß eine sehr genaue Regelung mit erheblich einfacheren Mitteln erzielt wird.Furthermore, a control device is known by means of which the output voltage a DC generator is kept essentially constant. Here is the current flowing through a shunt excitation winding of the power generator influenced a pulse control, by means of a transistor in series is connected to the field winding. This is done by a magnetic amplifier controlled, the magnetic flux in accordance with the respective difference between one constant voltage and the output voltage of the generator is changed. For this will have two more transistors, two batteries and an AC power source a transformer is required. In contrast, the present invention brings the Progress that one very precise regulation with considerably simpler ones Funds is achieved.
Außerdem wird bei einer Regeleinrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Konstanthalten einer Generatorspannung die Selbsterregung ohne Anwendung einer Fremdstromquelle eingeleitet.In addition, in a control device according to the present invention To keep a generator voltage constant, self-excitation without the use of a External power source initiated.
Bei einer Regeleinrichtung nach der Erfindung wird die Halbwellenspannung zweckmäßig durch einen Gleichrichter erzeugt, in dessen Wechselstromzuleitung entsprechend dem bekannten Prinzip der Parallelstabilisierung ein Widerstand eingeschaltet ist. Dieser Widerstand ist ein induktiver Widerstand in Form einer Luftspaltdrossel oder einer vorinagnetisierten Drossel, zu dem z. B. ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist. Die Steuerspannung der Vierschichttriode kann bei der Regelung einer Spannung von einem Potentiometer abgegriffen werden, an dem die zu regelnde Spannung liegt. Es ist zur Vermeidung des Temperatureinflusses bekanntlich auch möglich, daß die Steuerspannung der Vierschichttriode gebildet wird durch den Unterschied zwischen dem in einem Widerstand auftretenden Spannungsabfall und der Sperrspannung einer Zenerdiode, die beide parallel zueinander - vorzugsweise über je einen weiteren Widerstand - an die zu regelnde Spannung gelegt sind. Das Stellglied kann bei einer Regeleinrichtung nach der Erfindung eine Erregerwicklung eines Stromerzeug*ers, aber auch, z. B. bei einem Batterieladegerät, eine Vormagnetisierungswicklung einer Drossel sein, die sich in einer Verbindungsleitung zwischen dem Netz und dem Ladegleichrichter befindet, wobei die Batteriespannung als Regelgröße die Steuerspannung der Vierschichttriode beeinflußt.In the case of a control device according to the invention, the half-wave voltage is expediently generated by a rectifier, in whose alternating current feed line a resistor is connected in accordance with the known principle of parallel stabilization. This resistance is an inductive resistance in the form of an air gap choke or a pre-magnetized choke, to which z. B. an ohmic resistor is connected in parallel. When regulating a voltage, the control voltage of the four-layer triode can be tapped from a potentiometer to which the voltage to be regulated is applied. To avoid the influence of temperature, it is known that the control voltage of the four-layer triode is formed by the difference between the voltage drop occurring in a resistor and the reverse voltage of a Zener diode, both of which are connected in parallel to one another - preferably via a further resistor each - to the voltage to be regulated are laid. The actuator can, in a control device according to the invention, an excitation winding of a power generator, but also, for. B. in a battery charger, a bias winding of a choke, which is located in a connecting line between the network and the charging rectifier, the battery voltage as a control variable influences the control voltage of the four-layer triode.
In den Zeichnungen sind in F i g. 1 und 6 bis 9 Schaltbilder für verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben.In the drawings are shown in FIG. 1 and 6 to 9 shown circuit diagrams for various exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
F i g. 2 und 3 zeigen Schaltbilder zur Erläuterung des Aufbaues einer Vierschichttriode, während F i g. 4, 5 und 10 Schaubilder zur Erläuterung der beim Erfindungsgegenstand auftretenden Vorgänge darstellen.F i g. 2 and 3 show circuit diagrams to explain the structure of a four-layer triode, while FIG. 4, 5 and 10 show diagrams to explain the processes occurring in the subject matter of the invention.
Bei der Schaltung nach F i g. 1 ist an einen Drehstromerzeuger 1 ein Ladegleichrichter 2 angeschlossen, der eine Akkumulatorenbatterie 3 speist und einen Verbraucher 4, der über einen Schalter 5 parallel zu der Batterie 3 geschaltet ist, mit Energie versorgen kann. Es handelt sich beispielsweise um eine für Reisezugwagen bestimmte Beleuchtungsanlage, deren Stromerzeuger 1 von einer Fahrzeugachse angetrieben wird.In the circuit according to FIG. 1 , a charging rectifier 2 is connected to a three-phase generator 1 , which feeds a storage battery 3 and can supply a load 4, which is connected in parallel to the battery 3 via a switch 5 , with energy. It is, for example, a lighting system intended for passenger coaches, the power generator 1 of which is driven by a vehicle axle.
Der Stromerzeuger 1 hat eine Nebenschlußerregung. Die Erregerwicklung 6 wird von einem Erregergleichrichter 7 gespeist, der über einen Transformator 8 an zwei Phasenleitungen zwischen dem Stromerzeuger 1 und dem Gleichrichter 2 angeschlossen ist. In eine Verbindungsleitung zwischen der Sekundärwicklung des Transformators 8 und dem Erregergleichrichter 7 ist eine Luftspaltdrossel 9 eingeschaltet.The power generator 1 has a shunt excitation. The excitation winding 6 is fed by an excitation rectifier 7 which is connected to two phase lines between the power generator 1 and the rectifier 2 via a transformer 8. An air gap choke 9 is connected in a connecting line between the secondary winding of the transformer 8 and the exciter rectifier 7 .
Parallel zu der Erregerwicklung 6 ist eine Vierschichttriode 10 derart geschaltet, daß ihre Anode 11 mit dem Pluspol des Erregergleichrichters 7 und ihre Kathode 12 mit dem Minuspol des Gleichrichters 7 verbunden ist. Die Steuerelektrode 13 der Vierschichttriode 10 ist mittels einer Leitung 14 an den Pluspol der Batterie 3 angeschlossen. Die Kathode 12 ist durch eine Leitung 15 mit dem Abgriff eines Potentioineters verbunden, das parallel zu der Batterie 3 und dem Verbraucher 4 geschaltet ist.Parallel to the field winding 6 is connected in a Vierschichttriode 10 such that its anode 11 is connected to the positive terminal of the exciter rectifier 7 and its cathode 12 to the negative pole of the rectifier. 7 The control electrode 13 of the four-layer triode 10 is connected to the positive pole of the battery 3 by means of a line 14. The cathode 12 is connected by a line 15 to the tap of a potentioineter, which is connected in parallel to the battery 3 and the consumer 4.
F i g. 2 zeigt schematisch den physikalischen Aufbau der Vierschichttriode. Danach besteht diese aus zwei Transistoren, von denen der Transistor T" den Schichtenaufbau P-N-P und der Transistor T, den Aufbau N-P-N hat. Beim Transistor T, bildet die erste P-Schicht die Anode 11, während die zweite N-Schicht des Transistors T, die Kathode 12 der Vierschichttriode bildet. Die beiden anderen Schichten N und P der beiden Transistoren sind parallel zueinander geschaltet. Die P-Schicht des Transistors T, bildet die Steuerelektrode 13. F i g. 2 schematically shows the physical structure of the four-layer triode. Then this consists of two transistors, of which the transistor T "has the layer structure PNP and the transistor T, the structure NPN. In the transistor T, the first P-layer forms the anode 11, while the second N-layer of the transistor T, forms the cathode 12 of the four-layer triode. The two other layers N and P of the two transistors are connected in parallel to one another .
F i g. 3 zeigt das Ersatzscheina der Vierschichttriode. Es enthält die Symbole für die beiden Transistoren. Der Emitter Ei des Transistors T, bildet die Anode 11. Von der Basis Bi des Transistors T, führt eine Leitung zum Kollektor C# des Transistors T.. Parallel hierzu ist eine Leitung geführt, die den Kollektor C, des Transistors T, mit der Basis B, des Transistors T2 verbindet. An diese Leitung ist die Steuerelektrode 13 angeschlossen. Von dem Emitter E, des Transistors T, geht die Kathode 12 der Vierschichttriode aus.F i g. 3 shows the replacement certificate for the four-layer triode. It contains the symbols for the two transistors. The emitter Ei of the transistor T forms the anode 11. From the base Bi of the transistor T, a line leads to the collector C # of the transistor T .. In parallel, a line is led which connects the collector C of the transistor T to the base B, of transistor T2 connects. The control electrode 13 is connected to this line. The cathode 12 of the four-layer triode emanates from the emitter E, the transistor T.
Die Vierschichttriode hat in der Durchlaßrichtung gewöhnlich einen sehr großen Widerstand unter der Voraussetzung, daß die zwischen der Anode und der Kathode liegende Spannung kleiner ist als die sogenannte Kippspannung. Wenn aber die Steuerspannung zwischen der Steuerelektrode 13 und der Kathode 12 einen bestimmten Wert, die sogenannte kritische Steuerspannung, auch nur geringfügig überschreitet, wird der Widerstand der Vierschichttriode plötzlich fast zu Null. Dadurch nämlich, daß zwischen der Steuerelektrode 13 und der Kathode 12 die kritische Steuerspannung von etwa 3 Volt auftritt, wird der Widerstand des Transistors T, stark verkleinert. Infolgedessen entsteht zwischen der Anode 11 beziehungsweise dem Emitter E, des Transistors T, und dessen Basis Bi ein Spannungsgefälle. Demgemäß Kathode 12, d. h. zwischen der Basis B, und dem wird derWiderstand desTransistors T, praktisch gleich Null, und das gesamte Spannungsgefälle liegt anschließend zwischen der Steuerelektrode 13 und der Emitter E, des Transistors T., so daß auch dieser Transistor praktisch keinen Widerstand für den durchlaufenden Strom mehr bietet und somit die gesamte Vierschichttriode so gut wie widerstandslos ist.The four-layer triode usually has a very large resistance in the forward direction, provided that the voltage between the anode and the cathode is less than the so-called breakover voltage. If, however, the control voltage between the control electrode 13 and the cathode 12 exceeds a certain value, the so-called critical control voltage, even slightly, the resistance of the four-layer triode suddenly becomes almost zero. Because the critical control voltage of about 3 volts occurs between the control electrode 13 and the cathode 12, the resistance of the transistor T 1 is greatly reduced. As a result, a voltage gradient arises between the anode 11 or the emitter E, of the transistor T, and its base Bi. Accordingly cathode 12, i. H. between the base B, and the resistance of the transistor T, is practically zero, and the entire voltage gradient is then between the control electrode 13 and the emitter E, of the transistor T., so that this transistor also offers practically no resistance for the current passing through and thus the entire four-layer triode is practically without resistance.
Hieran ändert sich auch nichts, wenn darauf die Steuerspannung wieder unter den kritischen Wert absinkt. Nur wenn außerdem der Stromkreis, in dem die Vierschichttriode liegt, kurzzeitig unterbrochen wird, wenn also die Spannung zwischen Anode 11 und Kathode 12 vorübergehend zu Null wird, schnellt der Widerstand der Diode auf den Ausgangswert zurück.This does not change anything if the control voltage then falls below the critical value again. Only when the circuit in which the four-layer triode is located is briefly interrupted, i.e. when the voltage between anode 11 and cathode 12 temporarily goes to zero, does the resistance of the diode snap back to its initial value.
Bei der Schaltung nach F i g. 1 liegt zwischen der Steuerelektrode 13 und der Kathode 12 der Vierschichttriode 10 eine Spannung, die proportional der jeweiligen Spannung der Batterie 3 ist und deren Höhe mittels des Potentiometers 16 eingestellt werden kann. Diese Einstellung wird in der Weise vorgenommen, daß während der Aufladung der Batterie 3 die Steuerspannung zunächst nicht den kritischen Wert erreicht. Infolgedessen hat die Vierschichttriode 10 einen sehr großen Widerstand, so daß der Gleichstrom von dem Erregergleichrichter 7 nahezu in voller Höhe durch die Erregerwicklung 6 fließt. Der Stromerzeuger 1 wird sonach in voller Höhe erregt, und er gibt daher die erforderliche Energie zum Aufladen der Batterie 3 und gegebenenfalls zur Versorgung des Verbrauchers 4 ab.In the circuit according to FIG. 1, there is a voltage between the control electrode 13 and the cathode 12 of the four-layer triode 10 which is proportional to the respective voltage of the battery 3 and the level of which can be adjusted by means of the potentiometer 16. This setting is made in such a way that while the battery 3 is being charged, the control voltage does not initially reach the critical value. As a result, the four-layer triode 10 has a very high resistance, so that the direct current from the field rectifier 7 flows through the field winding 6 almost in full. The power generator 1 is therefore fully energized, and it therefore emits the energy required to charge the battery 3 and, if necessary, to supply the consumer 4.
Wenn sich der Ladezustand der Batterie seinem Endwert nähert, steigt die eatteriespannung an. Hierbei überschreitet schließlich die zwischen der Steuerelektrode 13 und der Kathode 12 liegende Steuerspannung den kritischen Wert. Hiermit wird schlagartig der Widerstand der Vierschichttriode 10 praktisch auf Null vermindert. Es wird also die Erregerwicklung 6 kurzgeschlossen. Infolgedessen geht der Strom in der Erregerwicklung 6 zurück, indem er infolge der Induktivität dieser Wicklung nach einer Exponentialkurve abklingt.When the state of charge of the battery approaches its final value, the battery voltage increases. In this case, the control voltage between the control electrode 13 and the cathode 12 finally exceeds the critical value. This suddenly reduces the resistance of the four-layer triode 10 to practically zero. The field winding 6 is therefore short-circuited. As a result, the current in the excitation winding 6 decreases in that it decays according to an exponential curve as a result of the inductance of this winding.
Mit dem Absinken des Erregerstromes geht die elektromotorische Kraft des Stromerzeugers 1 zurück, so daß auch die Spannung der Batterie nachläßt. Wenn demgemäß die Steuerspannung zwischen der Steuerelektrode 13 und der Kathode 12 der Vierschichttriode unter den kritischen Wert absinkt, so wird damit der Widerstand der Vierschichttriode noch nicht ohne weiteres wiederhergestellt. Das geschieht erst dadurch, daß die Spannung zwischen der Anode 11 und der Kathode 12 der Diode zu Null wird. Hierzu wird nun erfindungsgemäß der Umstand ausgenutzt, daß der Erregergleichrichter 7, der an einer einphasigen Wechselspannung liegt, eine pulsierende Gleichspannung liefert. Der Verlauf dieser Spannung, die mit UB bezeichnet ist, da sie der wechselstromseitigen Batteriespannung entspricht, ist in dem Schaubild nach F i g. 4 über der Zeit t aufgetragen. Man ersieht hieraus, daß diese Spannung nach jeder halben Periode, die der Frequenz der vom Stromerzeuger 1 gelieferten Spannung entspricht, zu Null wird. Wenn also die Steuerspannung unter den kritischen Wert abgesunken ist, so stellt sich in dem Augenblick, in dem die Spannung UB wieder auf den Wert Null absinkt, schlagartig der große Widerstand der Vierschichttriode ein. Infolgedessen fließt wieder der volle Erregerstrom. Demgemäß wird durch die Batterie 3 wieder der volle Ladestrom geschickt, und die Batteriespannung steigt abermals an. Wenn hierbei der kritische Wert der Steuerspannung erreicht ist, wird der Widerstand der Vierschichttriode 10 erneut zu Null. As the excitation current drops, the electromotive force of the generator 1 decreases, so that the voltage of the battery also decreases. Accordingly, if the control voltage between the control electrode 13 and the cathode 12 of the four-layer triode falls below the critical value, the resistance of the four-layer triode is not yet easily restored. This only happens when the voltage between the anode 11 and the cathode 12 of the diode becomes zero. For this purpose, according to the invention, the fact is used that the exciter rectifier 7, which is connected to a single-phase alternating voltage, supplies a pulsating direct voltage. The course of this voltage, which is denoted by UB because it corresponds to the battery voltage on the AC side, is shown in the diagram according to FIG . 4 plotted over time t. It can be seen from this that this voltage becomes zero after every half period, which corresponds to the frequency of the voltage supplied by the power generator 1. If the control voltage has fallen below the critical value, the high resistance of the four-layer triode suddenly sets in at the moment when the voltage UB drops back to the value zero. As a result, the full excitation current flows again. Accordingly, the full charging current is sent through the battery 3 again, and the battery voltage rises again. When the critical value of the control voltage is reached, the resistance of the four-layer triode 10 becomes zero again.
Dieses Spiel wiederholt sich in gewissen Zeitabständen, und diese werden immer kleiner, je mehr sich der Ladezustand der Batterie dem der vollen Aufladung nähert. Dies ist in dem Schaubild nach F i g. 5 veranschaulicht, in dem über der Zeit t der durch die Vierschichttriode 10 fließende Strom ID aufgetragen ist. Man erkennt hieraus, daß anfänglich nur in verhältnismäßig größeren Zeitabständen durch die Vierschichttriode 10 kurzzeitig Ströme fließen, wenn jeweils die kritische Steuerspannung überschritten ist und die Spannung UB periodisch zu Null wird. Nach dem rechten Teil des Schaubildes hingegen sind die Zeitabstände zwischen den einzelnen Stromstößen erheblich kleiner. Man erhält sonach je nach der Zahl der in der Zeiteinheit auftretenden Stromstöße einen verschieden großen Mittelwert der Stromstärke, der sich berechnet zu Hierin bedeutet A t die kurze Zeit, während der ein Strom ID durch die Vierschichttriode 10 fließt, und x die Zahl der Stromstöße in einer gewissen Zeit, die mit t bezeichnet ist. Hieraus ergibt sich, daß die mittlere Stromstärke I", um so größer ist, je größer die Zahl x der in einer gewissen Zeit t auftretenden Stromstöße ist. Sonach wird der mittlere durch die Vierschichttriode 10 fließende Strom 1. mit zunehmender Aufladung der Batterie immer größer, so daß der durch die Erregerwicklung 6 fließende Strom immer kleiner wird. Diese Impulssteuerung ist so eingerichtet, daß dann, wenn sich der Ladezustand der Batterie seinem Endwert nähert, der Ladestrom sehr rasch so weit vermindert wird, daß nur der sogenannte Ladeerhaltungsstrom verbleibt. Dies läßt sich zuverlässig verwirklichen, da die Vierschichttriode auf das überschreiten der kritischen Steuerspannung in einem Spannungsbereich von nur 0,5% anspricht.This game is repeated at certain time intervals, and these become smaller and smaller, the closer the charge level of the battery approaches that of full charge. This is shown in the diagram according to FIG . 5 illustrates, in which the current ID flowing through the four-layer triode 10 is plotted against the time t. It can be seen from this that, initially, currents flow through the four-layer triode 10 for a short time only at relatively larger time intervals when the critical control voltage is exceeded and the voltage UB periodically becomes zero. On the other hand, according to the right part of the diagram, the time intervals between the individual power surges are considerably smaller. Accordingly, depending on the number of current surges occurring in the unit of time, a mean value of the current intensity of different sizes is obtained, which is calculated as Here, A t denotes the short time during which a current ID flows through the four-layer triode 10 , and x denotes the number of current surges in a certain time, which is denoted by t. From this it follows that the average current intensity I "is greater, the greater the number x of current impulses occurring in a certain time t. Accordingly, the average current 1 flowing through the four-layer triode 10 becomes greater and greater as the battery is charged so that the current flowing through the excitation winding 6 becomes smaller and smaller. This pulse control is set up in such a way that, when the state of charge of the battery approaches its final value, the charge current is very rapidly reduced to such an extent that only the so-called float charge current remains can be reliably implemented, since the four-layer triode responds to exceeding the critical control voltage in a voltage range of only 0.5%.
Bei der geschilderten Steuerung verhindert die Luftspaltdrossel 9, daß beim jeweiligen Verschwinden des Widerstandes der Vierschichttriode 10 durch diese und den Erregergleichrichter 7 ein zu hoher Strom fließt, der Zerstörungen zur Folge haben könnte.In the control described, the air gap throttle 9 prevents an excessively high current from flowing through this and the exciter rectifier 7 when the resistance of the four-layer triode 10 disappears, which could result in destruction.
Der kritische Grenzwert der Steuerspannung der Vierschichttriode ändert sich mit deren Temperatur. Um diesen Temperatureinfluß zu kompensieren, wird eine Schaltung gemäß F i g. 6 vorgeschlagen.The critical limit value of the control voltage of the four-layer triode changes with its temperature. To compensate for this temperature influence, a circuit according to FIG. 6 suggested.
Danach wird abweichend von der Ausführung nach F i g. 1 die Steuerspannung, welche zwischen die Steuerelektrode 13 und die Kathode 12 der Vierschichttriode 10 gelegt wird, nicht mehr an einem an die Batterie 3 angeschlossenen Potentiometer abgegriffen. Vielmehr wird die Steuerspannung in einer Brückenschaltung gebildet durch den Unterschied zwischen dem Spannungsabfall, der in einem Widerstand 17 auftritt, und der Sperrspannung einer Zenerdiode 18, die beide parallel zueinander an die Batterie 3 angeschlossen sind. Demgemäß ist die Anode der Zenerdiode 18 durch eine Leitung 19 an den Pluspol der Batterie 3 angeschlossen, während ihre Kathode über Leitungen 20, 21 mit dem Minuspol der Batterie 3 verbunden ist. Der Widerstand 17 liegt in einer Leitung 22 zwischen dem Pluspol und dem Minuspol der Batterie 3. Sowohl der Zenerdiode 18 als auch dem Widerstand 17 ist ein Widerstand 23 bzw. 23 a vorgeschaltet. Ein Punkt 24 der Leitung 19, der zwischen dem Widerstand 23 a und der Zenerdiode 18 liegt, ist durch eine Leitung 25 mit der Kathode 12 der Vierschichttriode 10 verbunden. Von einem Punkt 26 in der Leitung 22 zwischen den Widerständen 17 und 23 ist eine Leitung 27 zu der Steuerelektrode 13 geführt.Then, in a departure from the embodiment according to FIG. 1 the control voltage, which is applied between the control electrode 13 and the cathode 12 of the four-layer triode 10 , is no longer tapped at a potentiometer connected to the battery 3. Rather, the control voltage in a bridge circuit is formed by the difference between the voltage drop that occurs in a resistor 17 and the reverse voltage of a Zener diode 18, both of which are connected to the battery 3 in parallel with one another. Accordingly, the anode of the Zener diode 18 is connected to the positive pole of the battery 3 by a line 19 , while its cathode is connected to the negative pole of the battery 3 via lines 20, 21. The resistor 17 is located in a line 22 between the positive pole and the negative pole of the battery 3. Both the Zener diode 18 and the resistor 17 are preceded by a resistor 23 or 23 a . A point 24 of the line 19, which lies between the resistor 23 a and the Zener diode 18 , is connected to the cathode 12 of the four-layer triode 10 by a line 25 . A line 27 is led to the control electrode 13 from a point 26 in the line 22 between the resistors 17 and 23 .
Solange der Ladezustand der Batterie noch nicht seinen Endwert erreicht hat, ist der Spannungsabfall an dem Widerstand 17 kleiner als die konstant bleibende Sperrspannung der Zenerdiode 18. Infolgedessen tritt nicht die kritische Steuerspannung an der Vierschichttriode10 auf. Diese hat ihren vollenWiderstand, und der Stromerzeuger 1 arbeitet mit voller Erregung.As long as the state of charge of the battery has not yet reached its final value, the voltage drop across the resistor 17 is less than the reverse voltage of the Zener diode 18, which remains constant. As a result, the critical control voltage does not appear on the four-layer triode 10. This has its full resistance, and the power generator 1 works with full excitation.
Wenn gegen Ende der Aufladung der Batterie deren Spannung einen gewissen Wert überschreitet, wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 17 größer als die unverändert bleibende Sperrspannung der Zenerdiode 18. Entsprechend dem Unterschied zwischen diesen beiden Spannungen erreicht die Steuerspannung zwischen der Steuerelektrode 13 und der Kathode 12 ihren kritischen Wert, und der Widerstand der Vierschichttriode 10 wird praktisch zu Null. Es beginnt dann die oben für die Schaltung nach F i g. 1 erläuterte Impulssteuerung.If the voltage exceeds a certain value the end of the charging of the battery, the voltage drop across the resistor 17 is greater than the unaltered constant reverse voltage of the Zener diode 18. According to the difference between these two voltages reaches the control voltage between the control electrode 13 and the cathode 12 their critical value, and the resistance of the four-layer triode 10 becomes practically zero. It then begins the above for the circuit of FIG. 1 explained impulse control.
Da bei der Schaltung nach F i g. 6 die Änderung, welche der kritische Wert der Steuerspannung der Vierschichttriode 10 bei einer Temperaturerhöhung beispielsweise auf 70' C erfährt, im Vergleich zu der Spannung der Batterie nur einen verhältnismäßig kleinen Prozentsatz ausmacht, fällt dieser Temperatureinfluß praktisch nicht ins Gewicht im Gegensatz zu einer Schaltung gemäß F i g. 1, bei der die Steuerspannung protortional der Batteriespannung ist.Since in the circuit according to FIG. 6 the change which the critical value of the control voltage of the four-layer triode 10 undergoes when the temperature rises to 70 ° C. , for example, is only a relatively small percentage compared to the voltage of the battery, this temperature influence is practically insignificant in contrast to a circuit according to F i g. 1, where the control voltage is proportional to the battery voltage.
Die Erfindung ist auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn es sich nicht um eine Batterieladung handelt. Beispielsweise zeigt F i g. 7 eine Schaltung, bei der der Stromerzeuger 1 einen beliebigen Verbraucher 28 mit Drehstrom versorgt.The invention can also be used advantageously when it is not a question of battery charging. For example, FIG. 7 shows a circuit in which the power generator 1 supplies any consumer 28 with three-phase current.
Hierbei wird die Klemmenspannung des Stromerzeugers durch einen Hilfsgleichrichter 29 gleichgerichtet, und die sich ergebende Gleichspannung tritt an die Stelle der Spannung der Batterie 3 nach F i g. 6. Im übrigen ist die Schaltung die gleiche wie nach F i g. 6. Wenn die Drehzahl des Stromerzeugers 1 steigt, wird durch den Einfluß der Vierschichttriode 10 gemäß der Erfindung erreicht, daß eine gewisse Grenzspannung nicht überschritten wird.Here, the terminal voltage of the power generator is rectified by an auxiliary rectifier 29 , and the resulting DC voltage takes the place of the voltage of the battery 3 according to FIG. 6. The circuit is otherwise the same as in FIG. 6. If the speed of the power generator 1 increases, is achieved by the influence of the four-layer triode 10 according to the invention that a certain limit voltage is not exceeded.
Es ist natürlich auch möglich, daß abweichend von der Schaltung nach F i g. 7 der Verbraucher mit Gleichstrom aus einem Gleichrichter versorgt wird, der drehstromseitig an den Stromerzeuger 1 angeschlossen ist. In diesem Fall wird der Hilfsgleichrichter 29 entbehrlich, da die erforderliche Gleichspannung für die Beeinflussung der Vierschichttriode von dem betreffenden Hauptgleichrichter abgenommen werden kann.It is of course also possible that, in deviation from the circuit according to FIG. 7 the consumer is supplied with direct current from a rectifier which is connected to the power generator 1 on the three-phase side. In this case, the auxiliary rectifier 29 can be dispensed with, since the DC voltage required for influencing the four-layer triode can be taken from the main rectifier in question.
Die Erflndung ist auch anwendbar, wenn gemäß F i g. 8 der z. B. zur Ladung einer Batterie benötigte Gleichstrom unmittelbar von einem Gleichstromerzeuger 30 erzeugt wird. In diesem Fall wird der einphasige Wechselstrom für den Erregergleichrichter 7 zweckmäßig von zwei Anzapfungen der Ankerwicklungen der Gleichstrommaschine 30 entnommen, und zwar unter Vermittlung zweier Schleifringe 31. The invention is also applicable if, according to FIG . 8 of the z. For example, direct current required to charge a battery is generated directly by a direct current generator 30. In this case, the single-phase alternating current for the exciter rectifier 7 is expediently drawn from two taps on the armature windings of the direct current machine 30 , specifically through the intermediary of two slip rings 31.
Selbstverständlich kann in allen erwähnten Fällen der einphasige Wechselstrom zur Speisung des Erregergleichrichters auch irgendeiner anderen Wechselstromquelle entnommen werden.Of course, single-phase alternating current can be used in all of the cases mentioned for supplying the exciter rectifier and any other alternating current source can be removed.
Die Erfindung ist ferner auch anwendbar, wenn nicht die Erregung eines Stromerzeugers durch die Vierschichttriode beeinflußt wird, sondern wenn gemäß F i g. 9 z. B. aus einem Wechselstromnetz 34 eine Batterie 3 geladen werden soll. Damit der Ladestrom, wenn die Aufladung der Batterie sich dem Endzustand nähert, selbsttätig bis auf einen Ladeerhaltungsstrom herabgesetzt wird, ist in die Verbindungsleitung zwischen dem Netz 34 und dem Ladegleichrichter 2 eine Drossel 32 eingeschaltet, die mit einer Vormagnetisierungswicklung 33 versehen ist. Diese Wicklung 33 tritt bei der Schaltung nach F i g. 9 an die Stelle der Erregerwicklung 6 der Schaltung nach F 1 g. 1; sie ist also an den Gleichrichter 7 angeschlossen, der von dem einphasigen Wechselstromnetz 34 über einen Widerstand, z. B. eine Luftspaltdrossel 9, gespeist wird. Ferner ist parallel zu der Steuerwicklung 33 eine Vierschichttriode 10 grundsätzlich in der gleichen Weise wie gemäß F i g. 1 geschaltet. Selbstverständlich kann sinngemäß auch eine Brückenschaltung nach F i g. 6 mit einer Zenerdiode 18 angewendet werden. Es kann sich bei der Schaltung nach F ig. 9 um eine reine Batterieladung handeln; es ist aber auch möglich, daß es sich um einen Pufferbetrieb handelt, in dem parallel zu der Batterie eine Belastung 4 geschaltet ist.The invention can also be used when the excitation of a current generator is not influenced by the four-layer triode, but when, as shown in FIG. 9 z. B. from an alternating current network 34, a battery 3 is to be charged. So that the charging current is automatically reduced to a trickle charge current when the charging of the battery approaches the final state, a choke 32 , which is provided with a bias winding 33 , is switched on in the connection line between the network 34 and the charging rectifier 2. This winding 33 occurs in the circuit according to FIG. 9 in place of the excitation winding 6 of the circuit according to F 1 g. 1; it is therefore connected to the rectifier 7 , which is fed from the single-phase AC network 34 via a resistor, e.g. B. an air gap throttle 9 is fed. Furthermore, in parallel with the control winding 33, a four-layer triode 10 is basically in the same way as according to FIG. 1 switched. Of course, a bridge circuit according to FIG. 6 can be used with a Zener diode 18 . The circuit according to Fig. 9 are a pure battery charge; but it is also possible that it is a buffer operation in which a load 4 is connected in parallel with the battery.
Wie schon erwähnt, i!4 in die Zuleitung zu dem Erregergleichrichter 7 ein Widerstand, und zwar vorzugsweise ein induktiver Widerstand in Form einer Luftspaltdrossel 9, eingeschaltet, wodurch der durch den Erregergleichriehter 7 fließende Strom begrenzt wird. Eine derartige Luftspaltdrossel hat nun aber noch eine weitere günstige Wirkung, was an Hand von F i g. 10 erläutert sei. In dem Schaubild nach F i g. 10 ist über der Drehzahl n des Stromerzeugers 1 der Batterieladestrom IB aufgetragen. Dieser Strom beginnt zu fließen, wenn beim Erreichen einer gewissen Drehaeschwindigkeit die elektromotorische Kraft des Stromerzeugers 1 die Batteriespannung überwindet. Nach der ausgezogenen Linie in F i g. 10 steigt der Batterieladestrom an und nähert sich danach etwa asymptotisch einem Höchstwert, so daß mit weiter zunehmender Drehgeschwindigkeit die Ladestromstärke nicht mehr nennenswert zunimmt. Man ist nun aber bestrebt, den Anstieg des Batterieladestromes IB vom Wert Null ab möglichst steil verlaufen zu lassen, so daß man schon bei einer verhältnismäßig kleinen Drehgeschwindigkeit des Stromerzeugers den Höchstwert des Ladestromes erhält, wie es in F i g. 10 durch die gestrichelte Linie veranschaulicht ist. Um dies zu erreichen, müßte man den Stromerzeuger mit einer verhältnismäßig geringen Polzahl versehen, was aber entsprechend große Querschnitte im magnetisierten Teil und damit ein unerwünscht großes Gewicht der Maschine ergeben würde. Um auch bei größerer Polzahl eine steile Kennlinie gemäß der gestrichelten Linie in F i g. 10 zu erreichen, wird die erwähnte Luftspaltdrossel 9 verwendet. Diese bewirkt nämlich, daß der Erregerstrom, da die Wechselspannung konstant bleibt, mit zunehmender Drehgeschwindigkeit des Generators abnimmt. Der Erregerstrom ist sonach bei Anwendung einer solchen Luftspaltdrossel bei kleiner Geschwindigkeit sehr groß und bei der höchsten Geschwindigkeit verhältnismäßig klein. Noch a -"ünstigere Verhältnisse auch im Bereich höherer Ge schwindigkeiten kann man erhalten, wenn man parallel zu der Luftspaltdrossel, an deren Stelle unter Umständen auch eine vonnagnetisierte Drossel treten kann, einen weiteren Widerstand, vorzugsweise einen ohmschen Widerstand schaltet.As already mentioned, a resistor, preferably an inductive resistor in the form of an air gap choke 9, is switched on in the supply line to the exciter rectifier 7 , whereby the current flowing through the exciter rectifier 7 is limited. Such an air gap throttle now has a further beneficial effect, which can be seen from FIG. 10 is explained. In the diagram according to FIG . 10 , the battery charging current IB is plotted against the speed n of the power generator 1. This current begins to flow when the electromotive force of the power generator 1 overcomes the battery voltage when a certain rotational speed is reached. According to the solid line in FIG. 10 the battery charging current increases and then approaches a maximum value approximately asymptotically, so that the charging current strength no longer increases significantly as the rotational speed continues to increase. The aim is now to let the increase in the battery charging current IB run as steeply as possible from zero, so that the maximum value of the charging current is obtained even at a relatively low rotational speed of the generator, as shown in FIG. 10 is illustrated by the dashed line. In order to achieve this, the generator would have to be provided with a relatively small number of poles, but this would result in correspondingly large cross-sections in the magnetized part and thus an undesirably large weight of the machine. In order to have a steep characteristic line according to the dashed line in FIG. To achieve 10 , the aforementioned air gap throttle 9 is used. This has the effect that the excitation current, since the alternating voltage remains constant, decreases as the speed of rotation of the generator increases. The excitation current is therefore very large when using such an air gap throttle at low speed and relatively small at the highest speed. Still a - "can also speeds ünstigere ratios in the range of higher Ge obtained, if one can pass a vonnagnetisierte throttle to throttle the air gap, in place of, under certain circumstances, in parallel, a further resistor, preferably, on an ohmic resistance.
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