DE1438919C - Mit variabler Drehzahl antreibbare Wechsel- oder Drehstromlichtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit variabler Drehzahl antreibbare Wechsel- oder Drehstromlichtmaschine, deren Wechselstromwicklungen von einem permanentmagnetischen Feld durchsetzt und über je einen Gleichrichter und einen mit Hilfe einer Zenerdiode abhängig von der Spannung einer Sammlerbatterie, im Schaltbetrieb steuerbaren Halbleiter an die Sammlerbatterie angeschlossen sind.

Lichtmaschinen dieser Art weisen gegenüber den mit einer Feldwicklung ausgestatteten Lichtmaschinen einen wesentlich einfacheren Aufbau auf und sind in ihrer Herstellung billiger. Beim Anschluß einer Sammlerbatterie an die Lichtmaschine muß die mit der Drehzahl ansteigende Klemmenspannung der Lichtmaschine auf einen für die Batterie zulässigen Wert, den Sollwert, begrenzt werden. Während die Klemmenspannung bei Lichtmaschinen mit veränderbarem Erregerfeld in bekannter Weise durch Steuerung des Feldstromes geregelt werden kann, ist eine derartige Regelung bei permanenterregten Lichtmaschinen nicht möglich.

Bei einer bekannten Ausführungsform einer Lichtmaschine mit permanentmagrietischer Erregung (französische Patentschrift 1 300 302) sind die einzelnen Wechselstromwicklungen über je einen Gleichrichter und je einen in Abhängigkeit von der Spannung an einer Sammlerbatterie ein- und ausschaltbaren Halbleiter an diese Batterie angeschlossen. Eine derartige Schaltung ist verhältnismäßig aufwendig, da für jede Phase des Wechselstromgenerators ein separater, steuerbarer Halbleiter benötigt wird, was neben dem Mehraufwand auch eine Verringerung der Betriebssicherheit infolge möglicher Fehler an den zusätzlichen Halbleiterelementen bedeutet.

Aus der französischen Patentschrift 1 298 064 ist es bekannt, einen mehrphasigen Generator mit nur einem steuerbaren Halbleiter durch Einschalten des Halbleiters auf der Gleichstromseite zu steuern. Bei dieser bekannten Schaltung erfolgt ein periodisches Kurzschließen des Generatorausgangs, was in vielen Fällen wegen der erheblichen Kurzschlußverluste nachteilig ist. Eine Unterbrechung des Batterie-Ladestromes ist bei dieser bekannten Schaltung nicht möglich.

Weiterhin ist es bei einem nebenschlußerregten Generator bekannt, zur Steuerung eines Halbleiterschalters einen von der Batterie gespeisten Sperrschwingoszillator zu verwenden (deutsche Patentschrift 1 110 031), der einen Steuertransistor und einen Rückkopplungstransformator aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute, störungsunanfällige Regeleinrichtung für die Ladespannung in einer Lichtanlage, die eine permanenterregte Lichtmaschine enthält, zu schaffen. Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Wechselstromwicklungen über die gleichgepolten Gleichrichter miteinander und über den steuerbaren Halbleiter mit dem einen Pol der Sammlerbatterie verbunden sind und daß zum Steuern des steuerbaren Halbleiters ein von der Batterie ge-

ao speister Sperrschwingoszillator mit einem Steuertransistor und einem Rückkopplungstransformator vorgesehen ist.

Überschreitet die Spannung an der Batterie ihren Sollwert, so wird der steuerbare Halbleiter von seinem

as stromleitenden Zustand in seinen Sperrzustand gebracht und verharrt darin so lange, bis die Batteriespannung einen unteren Grenzwert erreicht. Die Regelung arbeitet also nach dem Aus-Ein-Prinzip. Weitere Einzelheiten sind an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Lichtanlage in ihrem Schaltbild, die eine Drehstromlichtmaschine und eine mit dieser zusammenwirkende Regeleinrichtung enthält, und

F i g. 2 ein Schaubild zur Erklärung der Wirkungsweise der Regeleinrichtung nach F i g. 1.

Die durch eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine angetriebene Drehstromlichtmaschine der Lichtanlage nach F i g. 1 hat einen umlaufenden Scheibenanker Λ mit drei in Sternschaltung verbundenen Wicklungen 10, 11, 12 und zwei feststehende, ringförmige permanente Feldmagnete F, die parallel zu den Stirnflächen des Scheibenankers angeordnet sind, so daß die magnetischen Feldlinien des Erregungsflusses parallel zur Drehachse des Generators verlaufen. Die freien Wicklungsenden der drei Ankerwicklungen 10, 11 und 12 sind über drei Gleichrichter 13, 14 und 15 miteinander verbunden und führen gemeinsam zum Emitter eines zum Regler R gehörenden Leistungstrarisistors 16, während der Sternpunkt der Ankerwicklungen durch eine Minusleitung 17 an den Minuspol einer Sammlerbatterie B angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 16 ist durch eine Plusleitung 18 mit dem Pluspol der Batterie verbunden.

Zwischen der Minusleitung 17 und der Plusleitung 18 ist ein Sperrschwinger angeordnet, der einen Steuertransistor 30 und einen Rückkopplungstransformator 31 enthält, dessen Primärwicklung 33 einerseits an den Kollektor des Steuertransistors 30, andererseits über einen Widerstand 34 an die Minusleitung 17 angeschlossen ist. Die Rückkopplungswicklung 32 des Transformators 31 liegt mit ihrem einen Wicklungsende an der Plusleitung 18 und mit ihrem anderen Wicklungsende an dem Emitter des Steuertransistors 30. Die Sekundärwicklung 35 des Transformators 31 ist mit ihrem einen Ende über eine Diode 36 an die Basis des Leistungstransistors 16, mit ihrem anderen

Ende an dessen Emitter angeschlossen. Zwischen Basis und Emitter des Leistungstransistors 16 ist außerdem ein Kondensator 37 vorgesehen. Die Basis dieses Transistors liegt ferner über einen Widerstand 38 an der Plusleitung 18.

Von der Basis des Steuertransistors 30 führt ein Widerstand 39 zur Plusleitung 18 und eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode40 zum Schleifer 41 eines Potentiometers 42, das in Reihe mit einem Schalter 19 zwischen der Plusleitung 18 und der Minusleitung 17 liegt.

Die Lichtanlage nach Fig. 1 arbeitet in Verbindung mit der Regeleinrichtung R folgendermaßen:

Durch den über den Widerstand 38 fließenden Emitter-Basis-Strom wird der Leistungstransistor 16 stromleitend. Der in der Lichtmaschine erzeugte und durch die Gleichrichter 13, 14 und 15 gleichgerichtete Strom fließt über die Leitungen 17 und 18 zur Sammlerbatterie B und lädt diese auf. Überschreitet die Batteriespannung einen oberen Grenzwert von 13 Volt, so wird die an der Zenerdiode 40 abfallende Spannung größer als 8 Volt, und die für diesen Wert bemessene Zenerdiode vermag über den Widerstand 39 und den zwischen dem Schleifer 41 und der Minusleitung 17 liegenden Teilwiderstand des Potentiometers 42 einen Strom zu führen. Dadurch wird der seither gesperrte Steuertransistor 30 stromleitend. Der durch die Wicklungen 32 und 33 des Transformators 31 fließende Emitter-Kollektor-Strom induziert in der Sekundärwicklung 35 eine Spannung, die über den Gleichrichter 36 dem Kondensator 37 zugeführt wird und dabei die Basis des Leistungstransistors 16 positiv gegenüber dem Emitter macht. Dadurch wird der Transistor 16 gesperrt und der Batterieladestrom unterbrochen. Der Kondensator 37 entlädt sich über den Widerstand 38, und der Transistor 16 kehrt in seinen stromleitenden Zustand zurück, wenn in der Zwischenzeit nicht eine neue Sperrschwingung durch den Steuertransistor 30 erzeugt wird. Diese Sperrschwingung kommt folgendermaßen zustande:

Die beiden Wicklungen 32 und 33 sind so gepolt, daß sie eine Rückkopplungswirkung erzeugen. Ist der Steuertransistor 30 in seinen stromleitenden Zustand gesteuert, so induziert der ansteigende, durch die Wicklung 33 fließende Kollektorstrom in der Wicklung 32 eine Rückkopplungsspannung, durch die der Emitterstrom verstärkt wird. Dies bewirkt wiederum eine Vergrößerung des Kollektorstromes. Sobald sich jedoch der Kollektorstrom seinem durch die Batteriespannung begrenzten Höchstwert nähert, wird die in der Wicklung 32 induzierte, den Transistor 30 in seinem voll stromleitenden Zustand haltende Spannung kleinen Dadurch kann auch der Kollektorstrom in seiner bisherigen Höhe nicht mehr aufrechterhalten werden und beginnt abzufallen. Dies erzeugt in der Wicklung 32 eine der vorher wirksamen Spannung entgegengesetzte Spannung, die bewirkt, daß der Transistor 30 in seinen ursprünglichen Sperrzustand zurückkehrt. Hat die Batteriespannung zu diesem Zeitpunkt einen unteren Grenzwert von 12,8 Volt noch nicht unterschritten, so führt die Zenerdiode 40 weiterhin Strom, und der Steuertransistor 30 erzeugt sofort eine weitere Sperrschwingung.

Dieser Vorgang ist in F i g. 2 verdeutlicht.

Solange der Transistor 16 stromleitend ist, fließt der Batterie B Ladestrom zu; die Batteriespannung Ub steigt und erreicht zum Zeitpunkt I₁ ihren oberen Grenzwert U₁. Gleichzeitig wird der Steuertran-

_x5 sistor 30 stromleitend und erzeugt Sperrschwingungen, die in der Sekundärwicklung 25 die Spannung U₃₅ induzieren. Diese Spannung lädt während ihrer positiven Halbwelle den Kondensator 37 auf; während der negativen Halbwelle wird der Kondensator über

ao den Widerstand 38 zum Teil entladen, so daß sich ein sägezahnförmiger Verlauf der Kondensatorspannung Uc ergibt. Die Zeitkonstante für die Kondensatorentladung muß so groß gewählt werden, daß Ue auch während der negativen Halbwellen nicht

_a. unter den für die Sperrung des Leistungstransistors 16 ausreichenden Wert U_sp abfallen kann.

Sobald die erste positive Halbwelle der vom Steuertransistor 30 erzeugten Sperrschwingungen den Kondensator 37 so weit aufgeladen hat, daß die Kondensatorspannung U_e im Zeitpunkt t ihren Sperrwert U,_v erreicht, wird der Leistungstransistor 16 gesperrt. Dies ist durch die sprunghafte Zunahme seines Widerstandes i?ie veranschaulicht. Gleichzeitig beginnt die Batteriespannung unter dem Einfluß der an sie angeschlossenen Verbraucher zu sinken, bis sie im Zeitpunkt t₂ ihren unteren Spannungswert U₂ erreicht, bei dem der Steuertransistor 30 in seinen Sperrzustand zurückkehrt. Da nun keine neuen Sperrschwingungen erzeugt werden, wird der Konden-

₄„ sator 37 nicht nachgeladen. Seine Spannung U₆ durchläuft zum Zeitpunkt t₃ den Wert U_sp, der Leistungstransistor 16 wird stromleitend, und die Batteriespannung U steigt erneut an.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat sich als besonders wirkungsvoll bei solchen Generatoren bewiesen, bei welchen Scheibenwicklungen als gedruckte Wicklungen ausgeführt sind.

Statt die Minusleitung 17 an den Sternpunkt der drei Ankerwicklungen 10, 11 und 12 anzuschließen, ist es auch möglich, einen Brückengleichrichter mit drei zusätzlichen Gleichrichterelementen zu verwenden und deren Anoden zum Anschluß des negativen Pols der Batterie über die Leitung 17 zusammenzufassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mit variabler Drehzahl antreibbare Wechseloder Drehstromlichtmaschine, deren Wechselstromwicklungen von einem permanentmagnetischen Feld durchsetzt und über je einen Gleichrichter und einen mit Hilfe einer Zenerdiode abhängig von der Spannung einer Sammlerbatterie im Schaltbetrieb steuerbaren Halbleiter an die Sammlerbatterie angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromwicklungen (10, 11, 12) über die gleichgepolten Gleichrichter (13, 14, 15) miteinander und über den steuerbaren Halbleiter (16) mit dem einen Pol ( + ) der Sammlerbatterie (B) verbunden sind und daß zum Steuern des steuerbaren Halbleiters (16) ein von der Batterie (B) gespeister Sperrschwingoszillator mit einem Steuertransistor (30) und einem Rückkopplungstransformator (31) vorgesehen ist.