DE1275667B

DE1275667B - Spannungsregler fuer einen elektrischen Generator

Info

Publication number: DE1275667B
Application number: DE1958S0060839
Authority: DE
Inventors: Otto Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-12-05
Filing date: 1958-12-05
Publication date: 1968-08-22

Description

Spannungsregler für einen elektrischen Generator Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsregler für einen elektrischen Generator, mit einem Stellglied, das auf die Erregerwicklung einwirkt.
Bei mit stark wechselnder Drehzahl betriebenen Generatoren, wie sie z. B. an Kraftfahrzeugen vorkommen, läßt sich die Ausgangsspannung nur mittels eines Reglers konstant halten. Es genügt jedoch in vielen Fällen nicht, eine reine Spannungsregelung vorzunehmen. Bei einem Kurzschluß im Generatorstromkreis, z. B., ist die Generatorspannung sehr klein. Der Regler versucht jedoch, die Generatorspannung auf die Nennspannung zu regeln und erhöht die Stellgröße. Damit wird auch der Generatorstrom unter Umständen so weit erhöht, daß es zu einer Zerstörung des Verbrauchers und/oder des Generators kommen kann.
Man ist daher dazu übergegangen, Regler zu verwenden, die eine konstante Generatorspannung einstellen und gleichzeitig eine Begrenzung des Generatorstroms vornehmen. Ein solcher bekannter Regler weist einen mit der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators gespeisten ersten Spannungsteiler auf, von dem ein Teil über eine Zenerdiode der Steuerstrecke eines das Stellglied steuernden Transistors parallel geschaltet ist. Dieser Regler weist ferner einen weiteren über ein Schwellwertglied an den Steuerkreis des Transistors angekoppelten Spannungsteiler mit einem ohmschen Widerstand und einem weiteren Transistor auf, dessen Kollektor-Emitter-Strecke einen veränderbaren Widerstand bildet, dessen Größe vom Belastungsstrom des Generators gesteuert wird. Dazu liegt im Generatorstromkreis ein Widerstand, dessen Spannungsabfall als Steuerspannung für den weiteren Transistor ausgenutzt wird. Wächst bei dieser Anordnung der Belastungsstrom über einen vorgegebenen Wert an, so wird das Schwellwertglied leitend. Damit wird die Generatorspannung herabgeregelt. Da bei dieser Anordnung der Verbraucherstrom durch den im Generatorkreis angeordneten Widerstand fließt, treten bei Belastung an diesem stets Verluste auf.
Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf einen Spannungsregler für einen elektrischen Generator mit einem Stellglied, das auf die Erregerwicklung einwirkt, mit einem mit der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators gespeisten ersten Spannungsteiler, von dem ein Teil über eine Zenerdiode der Steuerstrecke eines das Stellglied steuernden Transistors parallel geschaltet ist, und mit einem weiteren, über ein Schwellwertglied an den Steuerkreis des Transistors angekoppelten Spannungsteiler mit einem ohmschen Widerstand und einem vom Belastungsstrom des Generators gesteuerten Widerstand.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das als Strombegrenzung wirkende Stellglied so auszubilden, daß Verluste im Stromkreis vermieden werden.
Dies wird dadurch erreicht, daß der vom Belastungsstrom gesteuerte Widerstand ein Heißleiter ist, der in Wärmekontakt mit einem vom Belastungsstrom des Generators durchflossenen Bauelement oder mit dem Generator selbst steht.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die beiden Spannungsteiler einander parallel geschaltet sind und daß die Anzapfpunkte beider Spannungsteiler über ein Ventil verbunden sind, das so gepolt ist, daß es gesperrt ist, solange der Spannungsabfall am Heißleiter größer als der am entsprechenden Widerstand des ersten Spannungsteilers ist. Der Heißleiter kann in Wärmekontakt mit einem den Belastungsstrom führenden Ventil stehen.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert. Der zu regelnde Generator ist mit 1 bezeichnet. Er speist über ein Ventil 3, dem eine Anzeigevorrichtung 4 parallel geschaltet ist, und über einen im Betriebszustand geschlossenen Schalter 20 eine Batterie 21. Die Ausgangsspannung des Generators wird - konstante Drehzahl vorausgesetzt - durch die Höhe des durch die Erregerwicklung 2 fließenden Erregerstromes bestimmt. Die Erregerwicklung 2 ist von einer Freilaufdiode 19 überbrückt, die so gepolt ist, daß die beim Abschalten der Erregerwicklung 2 an dieser induzierte Spannung einen Strom durch die Freilaufdiode 19 treiben kann.
Der Regler besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren 14 und 18, die über Widerstände 16 und 30 zu einer bistabilen Kippstufe zusammengeschaltet sind. Im Kollektorkreis des Transistors 14 liegt ein Widerstand 15 und im Kollektorkreis des Transistors 18 liegt die Erregerwicklung 2 mit der Freilaufdiode 19. Zwischen den Generatorklemmen liegt ein aus zwei ohmschen Widerständen 12 a und 12 b bestehender erster Spannungsteiler. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen liegt über eine Zenerdiode 13 an der Basiselektrode des Transistors 14. Dem ersten Spannungsteiler ist ein aus einem Heißleiter 28 und einem ohmschen Widerstand 27 bestehender zweiter Spannungsteiler parallel geschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt des Heißleiters 28 und des ohmschen Widerstandes 27 ist die Kathode eines Ventils 29 angeschlossen, dessen Anode mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 12 a und 12 b verbunden ist. Weiterhin sind Widerstände 10 und 17 vorgesehen, die dazu dienen, die Steuerstrecken der Transistoren 14 bzw. 18 positiv vorzuspannen.
Die Funktion des Reglers wird ausgehend von dem Zustand, bei dem die Nennspannung noch nicht erreicht ist, beschrieben. Ist diese Spannung kleiner als die Nennspannung, so ist der Transistor 14 gesperrt, da die am Widerstand 12 a liegende Spannung noch zu klein ist, um die Schwellspannung der Zenerdiode 13 zu erreichen. Bei gesperrtem Transistor 14 wird der Transistor 18 über den Widerstand 30 leitend gesteuert, so daß durch die Erregerwicklung 2 ein Strom fließt und die Ausgangsspannung des Generators ansteigen kann.
Wächst die Generatorspannung auf die Nennspannung an, so erreicht die am Widerstand 12 a abfallende Spannung einen Wert, der ausreicht, um die Schwellspannung der Zenerdiode 13 zu überschreiten. Der Transistor 14 wird dann leitend gesteuert, wodurch der Transistor 18 gesperrt wird. Damit sinkt der durch die Erregerwicklung 2 fließende Strom, so daß die Ausgangsspannung des Generators abnimmt. Bei einer bestimmten unteren Spannung wird die Zenerdiode 13 undurchlässig, so daß der Transistor 14 von neuem gesperrt wird. Damit wird der Transistor 18 wieder leitend gesteuert, so daß der Strom durch die Erregerwicklung 2 wieder ansteigen kann und sich die Ausgangsspannung des Generators 1 erhöht. Die Ausgangsspannung des Generators wird also auf eine durch die Zenerdiode 13 bestimmte Höhe geregelt.
Der weitere Spannungsteiler mit dem ohmschen Widerstand 27 und dem Heißleiter 28 ist so dimensioniert, daß das Ventil 29 bei normalem Belastungsstrom des Generators gesperrt ist. Steigt jedoch der Belastungsstrom und damit die Temperatur des Generators oder eines vom Generatorstrom durchflossenen Bauelementes über eine bestimmte Grenze, so ändert sich das Spannungsteilerverhältnis dieses weiteren Spannungsteilers so, daß das Ventil 29 durchlässig wird. Damit wird der Heißleiter 28 dem Widerstand 12b parallel geschaltet. Infolge der konstanten Sollspannung entsprechend der Zenerspannung der Zenerdiode 13 bleibt aber die Spannung am Widerstand 12 a konstant. Der durch den Widerstand 12 a fließende Strom bleibt also ebenfalls konstant. Damit fällt an den parallel geschalteten Widerständen 12b und 28 eine kleinere Spannung als vorher ab, wo der Widerstand 12 b allein den Strom des Widerstandes 12 a abgeführt hatte. Dementsprechend wird die Spannung auf einen kleineren Wert herabgeregelt. Damit wird eine überlastung der den Laststrom führenden Bauelemente oder des Generators verhindert.
Der Heißleiter 28 befindet sich, wie bereits erwähnt, in Wärmekontakt, z. B. mit dem Generator oder einem anderen, vom Generatorstrom durchflossenen Bauelement. Dieses Bauelement kann z. B. das Ventil e sein. Dieses weist normalerweise eine kleinere thermische Zeitkonstante als der Generator auf, so daß es den Heißleiter 28 relativ schnell beeinflussen kann, sobald der zulässige Belastungsstrom des Generators überschritten wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Spannungsregler für einen elektrischen Generator, mit einem Stellglied, das auf die Erregerwicklung einwirkt, mit einem mit der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators gespeisten ersten Spannungsteiler, von dem ein Teil über eine Zenerdiode der Steuerstrecke eines das Stellglied steuernden Transistors parallelgeschaltet ist, und mit einem weiteren, über ein Schwellwertglied an den Steuerkreis des Transistors angekoppelten Spannungsteiler mit einem ohmschen Widerstand und einem vom Belastungsstrom des Generators gesteuerten Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Belastungsstrom gesteuerte Widerstand (28) ein Heißleiter ist, der in Wärmekontakt mit einem vom Belastungsstrom des Generators (1) durchflossenen Bauelement oder mit dem Generator selbst besteht.
2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsteiler (27, 28; 12a, 12b) einander parallel geschaltet sind und daß die Anzapfpunkte beider Spannungsteiler über ein Ventil (29) verbunden sind, das so gepolt ist, daß es gesperrt ist, solange der Spannungsabfall am Heißleiter (28) größer als der am entsprechenden Widerstand (12b) des ersten Spannungsteilers (12a, 12b) ist.
3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter (28) in Wärmekontakt mit einem den Belastungsstrom führenden Ventil (3) steht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1006 491, 1027 290; österreichische Patentschrift Nr. 199 757; USA.-Patentschriften Nr. 2 809 301, 2 850 694; »Nachrichtentechnische Zeitschrift«, 1957, S. 195 bis 199; »Elektro-Technik«, 1958, S. 142; »VDE-Fachberichte«, Bd. 70, 1958, S. 15; »Transactions of the AIEE«, Januar 1956, S. 407 bis 410; »Electronics«, November 1958, S. 78.