DE1538321B2

DE1538321B2 - Einrichtung zum regeln der ausgangsspannung eines mit stark wechselnden drehzahlen antreibbaren mehrphasengenerators

Info

Publication number: DE1538321B2
Application number: DE19661538321
Authority: DE
Inventors: Edgar Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Kuhn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1966-02-12
Filing date: 1966-02-12
Publication date: 1972-03-30
Also published as: FR1509745A; JPS499329B1; US3447065A; CH460916A; DE1538321A1; GB1174813A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Ausgangsspannung eines mit stark wechselnden Drehzahlen antrerbbären Mehrphasengenerators, insbesondere eines Drehstromgenerators eines Fahrzeugs, bei der als Stellglied ein Thyristor vorgesehen ist, der in Serie mit einer Nebenschluß-Feldwicklung des Mehrphasengenerators an einer Wechselspannung liegt und dessen Zündzeitpunkt, bezogen auf den Periodenbeginn der an ihm liegenden Wechselspannung, von der Größe der Abweichung der Generator-Ausgangsspannung von einem vorgegebenen Sollwert abhängig ist, bei der ferner ein Soll-Istwert-Vergleicher und ein mit der Frequenz des Mehrphasengenerators synchronisierter Sägezahnspannungsgenerator zur Bildung der Regelgröße zusammenwirken.

Mehrphasengeneratoren für Fahrzeuge müssen, der Natur des Antriebs entsprechend, mit Antriebsdrehzahlen arbeiten, die in weiten Grenzen schwanken können, z. B. im Verhältnis 1: 10 oder mehr. Im gleichen Verhältnis schwankt auch ihre Ausgangsfrequenz, und es ist deshalb sehr schwierig, ihre Ausgangsspannung mittels einer Phasenschnittsteuerung zu

regeln, da sich auch die Periodendauer in diesem Verhältnis ändert. Dabei ist an sich eine Phasenanschnittsteuerung wegen der mit ihr erreichbaren Regelgüte sehr erwünscht.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung der obengenannten Art (deutsche Patentschrift 1 206 065) ist die Verwendung eines mit der Frequenz des Generators synchronisierten Sägezahnspannungsgenerators in Verbindung mit einem Soll-Istwert-Vergleicher zur Bildung der Regelgröße für einen Thyristor bekannt. Der Soll-Istwert-Vergleicher arbeitet bei dieser bekannten Anordnung im Ein-Aus-Betrieb und vermag daher keine der Abweichung des Istwertes vom Sollwert proportionale Spannung zu liefern. Ferner ist die Form der Sägezahnspannung nicht konstant, sondern sie ändert sich in Abhängigkeit von der Abweichung des Istwertes vom Sollwert. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Schnittwinkel der Sägezahnspannung mit der Zündspannung in den verschiedenen Betriebszuständen des Generators. Dabei ist jedoch gerade in der kritischsten Betriebsphase, nämlich im Leerlauf, dieser Schnittwinkel am kleinsten und die Schaltung demzufolge am wenigsten stabil.

Aus der USA.-Patentschrift 3 121 836 ist eine Regeleinrichtung bekannt, die für variable Frequenzen geeignet ist und mit Phasenanschnittsteuerung arbeitet. Hierzu ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der mit der Äusgangsspannung des Generators synchronisiert ist und einen" Zweibasistransistor enthält, welcher periodisch einen Kondensator entlädt und dabei jeweils einen Zündimpuls abgibt und damit einen Thyristor im Erregerkreis einschaltet. Als variabler Ladewiderstand für den genannten Kondensator dient ein Transistor, der über einen zweiten Transistor durch die Regelabweichung gesteuert wird. Um unabhängig von der Frequenz eine konstante Spannung zu erhalten, sind hier besondere Kunstschaltungen notwendig (vgl. F i g. 2 bis 4). Die bekannte Regeleinrichtung wird dadurch aufwendig und erlaubt außerdem nur die Ansteuerung eines einzigen Thyristors. Will man mehrere Thyristoren ansteuern, z. B. um die Belastung gleichmäßig auf alle Phasen zu verteilen, so muß man auch mehrere Einrichtungen der ■ beschriebenen Art vorsehen. Hierdurch wird die bekannte Regeleinrichtung teuer und auch, bedingt durch die Vielzahl der erforderlichen Bauelemente, störanfällig. ·■■ '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Phasenanschnitt eines Thyristors arbeitende Regeleinrichtung für einen Mehrphasengenerator zu schaffen, die für variable Frequenzen geeignet ist und einen einfachen Aufbau aufweist. Die Regelanordnung soll bei allen Betriebsfrequenzen stabil sein. Besonderer Wert wird darauf gelegt, daß ohne Beeinträchtigung der Regelgenauigkeit der schaltüngsmäßige Aufwand so weit wie möglich reduziert wird, um durch Ausfälle von Bauelementen bedingte Störungen auszuschließen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Soll-Istwert-Vergleicher eine Spannung liefert, welche sich etwa proportional zur Sollwertabweichung ändert, "daß dieser Spannung die Ausgangsspannung des Sägezahnspannungsgenerators überlagert ist, daß die Überlagerungsspannung mit Hilfe eines an einer Referenzspannung liegenden Transistors mit dieser Referenzspannung vergleichbar ist, derart, daß der Thyristor gezündet wird, Wenn die Überlagerungsspannung die Referenzspannung übersteigt. ,'',:, . ■

Die Regeleinrichtung wird dabei mit Vorteil so ausgebildet, daß der Soll-Istwert-Vergleicher und der Transistor an dieselbe Referenzspannung angeschlossen sind. Man benötigt also zum Erzeugen der Referenzspannung nur ein einziges Element und ist daher in der Lage, für dieses Element ein hochwertiges Bauteil mit geringem Temperaturgang und hoher Alterungsbeständigkeit zu verwenden.

Um ein besonders stabiles Arbeiten der Regeleinrichtung zu erreichen, wird sie zweckmäßigerweise so ausgestaltet, daß zwischen dem Eingang des Thyristors

ιό und dem Soll-Istwert-Vergleicher eine Rückführung vorgesehen ist.

Der Soll-Istwert-Vergleicher besteht vorteilhafterweise aus einem Tansistor, dessen Emitter-Kollektor-Strecke an derselben Referenzspannung liegt wie der

zum Vergleich von Überlagerungsspannung und Referenzspannung dienende Transistor und dessen Basis an eine der zu regelnden Spannung proportionale Spannung angeschlossen ist. Die Basis des als Soll-Istwert-Vergleicher dienenden Transistors wird zweckmäßigerweise zusätzlich über einen Kondensator, der gegebenenfalls mit einem Widerstand in Serie liegt, an die zu regelnde Spannung angeschlossen.

Eine besonders einfache Anordnung erhält man in vorteilhafter Weise dadurch, daß der Sägezahnspannungsgenerator einerseits über mindestens einen getrennten Gleichrichter, andererseits über den zum Erzeugen der Referenzspannung vorgesehenen Geber und über zur einen Laststromleitung führende Gleichrichterelemente eines Ausgangsgleichrichters an den ■ Generator angeschlossen ist. In weiterer Fortbildung dieses Gedankensgeht man dabei so vor, daß der Sägezahnspannungsgenerator einen Kondensator enthält, der über einen Ladewiderstand an eine pulsierende Spannung angeschlossen ist, und daß parallel zum Kondensator die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors liegt, dessen Basis, vorzugsweise über einen Spannungsteiler, ebenfalls an die pulsierende Spannung angeschlossen ist. Auf diese Weise wird geschickt die besondere Form einer pulsierenden Spannung zur Erzeugung einer Sägezahnspannung ausgenutzt. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dieses Gedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrphasiger Generator, insbesondere ein Drehstromgenerator eines Fahrzeuges, von dessen Ausgängsspannung zwei aufeinanderfolgende Phasen gleichgerichtet werden, als Quelle für die pulsierende Gleichspannung dient und daß zum Speisen der Nebenschluß-Feldwicklung zwei Thyristoren vorgesehen sind, von denen jeder an eine dieser beiden Phasen angeschlossen ist.

So wird es möglich, mit einer einzigen Regeleinrichtung zwei an verschiedene Phasen angeschlossene Thyristoren in Phasenanschnittsteuerung zu steuern. Die Zahl der erforderlichen Bauelemente wird dabei sehr gering, wie auch die Ausführungsbeispiele zeigen. Auf das ältere Patent 1 244 238 der Anmelderin wird in

diesem Zusammenhang hingewiesen. ";· -^: "■ ■

. Oft ist es gerade im Leerlauf sehr wichtig,' die »Zünd«-

Zeitpunkte der Thyristoren genau einzuhalten, damit auch im Leerlauf die Ausgangsspannung des Generators in engeren Grenzen geregelt wird. Bei einer bekannten Regeleinrichtung kann der Zündwinkel im Leerlauf in weiten Grenzen schwanken, und diese Regeleinrichtung¹ neigt deshalb gerade im Leerlauf zur Instabilität.' Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ergibt sich ,hier eine besonders vorteilhafte Lösung dadurch'·,, daß parallel zum Lädewiderstand ein zweiter Widerstand in Serie mit einem phasenabhängigen Schalter angeordnet ist, welch letzteferleiteiid

wird, wenn die Spannung einer der beiden Phasen einen bestimmten Prozentsatz der Höhe der ihr zeitlich vorausgehenden Phasenspannung erreicht hat. In vorteilhafter Weise wird dabei der phasenabhängige Schalter als Transistor ausgebildet, dessen eine Steuerelektrode an die gleichgerichtete Spannung und dessen andere Steuerelektrode an die zeitlich vorausgehende Spannung der beiden Phasenspannungen angeschlossen ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Regeleinrichtung der zuvor geschilderten Art liegt ferner darin, daß die Steuerelektroden beider Thyristoren an eine Spannung angeschlossen sind, die die Gleichrichter leitend macht, und daß von der Regeleinrichtung den Steuerelektroden beider Thyristoren synchronmit der Frequenz des Mehrphasengenerators Steuerimpulse mit von der Ausgangsspannung des Mehrphasengenerators abhängiger Länge zugeführt werden, die ein Leitendwerden der Gleichrichter verhindern. Eine solche Anordnung erlaubt es in besonders einfacher Weise, mit einer Regeleinrichtung zwei an verschiedenen Phasen liegende Thyristoren zu steuern.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Generators mit einem erfindungsgemäßen Regler, der zwei Thyristoren in Phasenanschnittsteuerung steuert,

Fig. 2 und 3 Schaubilder zum Erläutern der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1,

F i g. 4 ein Schaltbild eines Reglers entsprechend F i g. 1, bei dem jedoch eine besondere Vorkehrung getroffen ist, um die Sägezahnspannung in einem bestimmten Zeitbereich steiler ansteigen zu lassen,

F i g. 5 und 6 Schaubilder zum Erläutern der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 4.

In F i g. 1 ist mit 10 ein Drehstromgenerator bezeichnet, der drei Phasenwicklungen 11 aufweist (Phasen R, S, T), die über einen Drehstrombrückengleichrichter 12 eine positive Laststromleitung 13 und eine negative Laststromleitung 14 speisen, an die über einen Schalter 15 eine Batterie 16 und über einen Schalter 17 ein Verbraucher 18 angeschlossen werden kann. Außerdem ist an die Phasenwicklungeh 11 eine Feldwicklung 19 des Generators 10 über zwei Thyristoren 20, 21 angeschlossen, und zwar liegt die Anode des Thyristors 20 an der Phasenwicklung S, die Anode des Thyristors 21 an der Phasenwicklung T, und die miteinander verbundenen Kathoden dieser beiden Thyristoren sind mit dem einen Anschluß der Feldwicklung 19 verbunden, deren anderer Anschluß an der Minusleitung 14 liegt. Parallel zur Feldwicklung 19 liegt eine Löschdiode 24, die dazu dient, schädliche Spannungsspitzen beim Ein- und Ausschalten des Erregerstroms Igi zu vermeiden.

An die Phasenwicklung S ist auch die Anode eines Gleichrichters 25 und an die Phasenwicklung T die Anode eines Gleichrichters 26 angeschlossen, deren Kathoden miteinander und mit einem Punkt 27 verbunden sind. Beim Betrieb des Generators 10 tritt zwischen dem Punkt 27 und der Minusleitung 14 eine Spannung auf, deren zeitlicher Verlauf in F i g. 2 in der oberen Reihe dargestellt ist. Der mit S bezeichnete Teil wird dabei von der Phasenwicklung S und der mit T bezeichnete Teil von der Phasenwicklung T geliefert.

Zwischen den Leitungen 13 und 14 ist ein aus drei Widerständen 28, 29, 30 bestehender Spannungsteiler angeschlossen, der einen Abgriff 33 aufweist, an welchen über einen Widerstand 32 die Basis eines pnp-Transistors 34 angeschlossen ist, der Teil eines mit strichpunktierten Linien umrandeten Soll-Istwert-Vergleichers 35 ist. Als Sollwert für den Vergleicher 35 dient die an einer in Sperrichtung geschalteten und in Serie mit einem Widerstand 36 an den Leitungen 13,14 liegenden Zenerdiode 37 entstehende Spannung, die bei einer Spannung der Batterie 16 von 12 V z. B. etwa 8 V betragen kann. Die Spannung an der Zenerdiode 37 ist in den F i g. 1 und 3 mit Uz bezeichnet. Die Kathode der Zenerdiode 37 ist mit einer zweiten Plusleitung 38 verbunden, an die die Kathode einer Schutzdiode 41, die Anode einer Schutzdiode 42, die mit einer weiteren Schutzdiode 43 in Serie liegt, und der Emitter des Transistors 34 angeschlossen sind. Die Anode der Schutzdiode 41 ist mit der Basis des Transistors 34 verbunden und die Kathode der Schutzdiode 43 mit dem Abgriff 33 und über einen Widerstand 44 mit dem einen Belag eines Kondensators 45, dessen anderer Belag an der Plusleitung 13 liegt. Zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 34 liegt ein Kondensator 46; der Kollektor ist über einen Kollektorwiderstand 47 mit der Minusleitung 14 und über einen Addierwiderstand 48 mit einem Knotenpunkt 49 verbunden.

Zur Erzeugung einer Sägezahnspannung u_s ist ein Kondensator 52 vorgesehen, dessen einer Belag an der zweiten Plusleitung 38 liegt und dessen anderer Belag mit dem Emitter eines pnp-Transistors 53 und über einen Ladewiderstand 54 mit dem Punkt 27 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 53 ist über einen Kollektorwiderstand 55, der gleichzeitig als Entladewiderstand für den Kondensator 52 dient, an die zweite Plusleitung 38 angeschlossen. Die Basis dieses Transistors liegt an der Anode einer Schutzdiode 56, deren Kathode mit dem Abgriff eines aus zwei Widerständen 57, 58 bestehenden Spannungsteilers verbunden ist, der auf der einen Seite an die Minusleitung 14 und auf der anderen Seite an den Punkt 27 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 53 ist über einen Addierwiderstand 59 mit Knotenpunkt-49 verbunden, der über einen Widerstand 62 an die Basis eines als Addierstufe dienenden pnp-Transistors 63 angeschlossen ist. Der Emitter dieses Transistors liegt an der zweiten Plusleitung 38, sein Kollektor über einen Kollektorwiderstand 64 an der Minusleitung 14 und über einen Koppelwiderstand 65 an der Basis eines als Phasenumkehrstufe dienenden npn-Transistors 66. Der Emitter des Transistors 66 liegt an der Minusleitung 14; sein Kollektor ist über einen Ruckführungswiderstand 67 mit der Basis des Transistors 34 verbunden, außerdem mit einem Abgriff 68 eines aus zwei Widerständen 69, 70 bestehenden, zwischen den Leitern 13 und 14 liegenden Spannungsteilers. Der Widerstand 70 liegt parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 66.

An den Abgriff 68 sind über eine Schutzdiode 73 und zwei an die Kathode dieser Diode angeschlossene Widerstände 74, 75 die Steuerelektroden der Thyristoren 20 und 21 angeschlossen.

Zunächst wird die Arbeitsweise des Sägezahnspannungsgenerators der Anordnung nach F i g. 1 mit dem Kondensator 52 und dem Transistor 53 beschrieben. Hierzu wird angenommen, daß die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 den gewünschten Wert, z. B. 12 V, habe. Am Punkt 27 liegt eine pulsierende Spannung W₁, die in F i g. 2 in der oberen

Reihe dargestellt ist. Wenn diese Spannung von Null auf einen positiven Wert ansteigt, fließt über den Ladewiderstand 54 ein Ladestrom in den Kondensator 52 und lädt diesen auf, so daß an ihm, wie in F i g. 2 in der zweiten Reihe dargestellt, eine steigende Spannung U₈ auftritt. Dabei ist zunächst der Transistor 53 gesperrt, da sein Emitter, der an der Spannung des Kondensators 52 liegt, ein negativeres Potential hat als seine Basis, die am Abgriff des Spannungsteilers 57, 58 liegt.

Hat die Spannung M₁ einen positiven Zyklus durchlaufen und nimmt wieder ab (absteigender Ast des mit T bezeichneten Kurvenstücks), so kommt ein Zeitpunkt, in dem die Basis des Transistors 53 negativer wird als dessen Emitter, der die inzwischen höher gewordene Spannung am Kondensator 52 hat. In diesem Augenblick beginnt der Transistor 53 zu leiten, und der Kondensator 52 wird entladen, wobei der Entladevorgang dadurch unterstützt wird, daß die Spannung an der Basis des Transistors 53 infolge des Abnehmens von U₁ weiterhin negativer wird. Der Kondensator 52 kann sich also vollständig entladen, und wenn die Spannung U₁ wieder positiv wird, kann der nächste Sägezahnzyklus beginnen. Die Form der Sägezahnspannung ist in F i g. 2 in der zweiten Reihe dargestellt. Die Entladezeit des Kondensators 52 hängt im wesentlichen von der Größe des Kollektorwiderstands 55 ab, der als Entladewiderstand dient. Die Sägezahnspan-; nung M_s wird über den Addierwiderstand 59 dem Knotenpunkt 49 zugeführt.

Als nächstes wird die Wirkungsweise des Soll-Istwert-Vergleichers 35 (F i g. 1) beschrieben. Hierzu sei zunächst angenommen, daß einer gewünschten Sollspannung von 12 V zwischen den Leitungen 13 und 14 eine Spannung von 7,5 V am Abgriff 33 entspreche. Liegt nun die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 unter diesem gewünschten Wert, so daß z. B. am Abgriff 33 nur eine Spannung von 7,0 V liegt, so ist die Spannung an der Basis des Transistors 34 negativer als die Spannung an seinem Emitter, die der Spannung an der Zenerdiode 37 entspricht, welche 8 V betragen soll. Der Transistor 34 ist also volleitend, so daß an seinem Kollektorwiderstand praktisch die volle Spannung der Zenerdiode 37 von beispielsweise 8 V liegt. Diese Spannung wird über den Addierwiderstand 48 dem Knotenpunkt 49 zugeführt und dort der Sägezahnspannung u_s überlagert. Dies-ist in F i g. 3 in der oberen Reihe unter dem Buchstaben α dargestellt. Die Überlagerungsspannung iiü ist dabei wie ersichtlich in jedem Augenblick größer als die an der zweiten Plusleitung 38 liegende Spannung Uz der Zenerdiode 37, an die auch der Emitter des Transistors 63 angeschlossen ist. Dieser Transistor bleibt deshalb gesperrt, da seine Basisspannung stets positiver ist als seine Emitterspannung. Dementsprechend liegt an seinem Kollektor das Potential der Minusleitung 14, das über den Koppelwiderstand 65 auch der Basis des Transistors 66 zugeführt wird und diesen gesperrt hält. Am Abgriff 68 liegt deshalb eine Spannung, die durch das Teilverhältnis des Spannungsteilers 69, 70 bestimmt ist und die genügend positiv ist, um über die Schutzdiode 73 und die Widerstände 74,75 die Thyristoren 20 und 21 einzuschalten, wenn an ihren Anoden ein positives Potential liegt. Dies ist in F i g. 3 in der zweiten Reihe von oben unter Buchstabe a) dargestellt, wo die Spannung ugi an der Feldwicklung 19 aufgezeichnet ist. Die beiden Thyristoren 20, 21 sind also vollleitend, und es fließt ein großer Erregerstrom, wie in F i g. 3 in der untersten Reihe dargestellt ist. Dadurch wird die Ausgangsspannung des Generators 10 erhöht.

Hat die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 ihren Sollwert erreicht, so liegt am Abgriff 33 eine Spannung von +7,5 V gegenüber der Minusleitung 14, und der Transistor 34 ist nicht mehr volleitend, so daß an seinem Kollektorwiderstand 47 eine Spannung von beispielsweise 6,5 V auftritt. Dieser Spannung wird am

ίο Knotenpunkt 49 die Sägezahnspannung u_s überlagert und der Basis des Transistors 63 zugeführt. Dieser Fall ist in F i g. 3 unter dem Buchstaben b) dargestellt. Die Überlagerungsspannung m« ist jetzt nicht mehr in jedem Augenblick größer als die Spannung an der zweiten Plusleitung 38, sondern sie ist in einem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten I₁ und t₂ (F i g. 3) negativer als die Emitterspannung des Transistors 63, so daß dieser in dem Zeiträum zwischen t_t und i₂ leitend wird. Dadurch wird sein Kollektorpotential zeitweilig positiv gegenüber dem Potential der Minusleitung 14, und der Transistor 66 wird leitend, da dann seine Basis positiver ist als sein Emitter. Der Transistor 66 wirkt jetzt als Kurzschluß für den Widerstand 70 des Spannungsteilers 69, 70, so daß der Abgriff 68 praktisch das Potential der Minusleitung 14 erhält. Die Steuerelektroden der Thyristoren 20, 21 erhalten also in dem Zeitraum zwischen I₁ und t₂ keine positive Spannung, und die Thyristoren bleiben zunächst gesperrt. Erst wenn die Überlagerungsspannung Uii größer wird als die Spannung an der zweiten ' Plusleitung 38, wird der Transistor 63 und durch ihn auch der Transistor 66 wieder gesperrt, und die Thyristoren 20 und 21 erhalten wieder ein positives Potential an ihren Steuerelektroden, so daß sie leitend werden, wenn an ihren jeweiligen Anoden eine positive Spannung liegt. Dies ist in F i g. 3 unter dem Buchstaben b) in der zweiten Reihe dargestellt; von der Phase S wird nur noch ein kleiner Teil ausgenutzt, während die Phase T (Thyristor 21) voll ausgenutzt wird. Entsprechend wird der Erregerstrom Igi durch die Feldwicklung 19 kleiner, wie dies in F i g. 3 in der untersten Reihe unter dem Buchstaben b) dargestellt ist. (Dieser Strom ist für eine Schaltung dargestellt, in der keine Löschdiode 24 vorgesehen ist, die auch in den Pausen einen Erregerstrom aufrechterhält.)

Steigt die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 weiter an, so daß z. B. am Abgriff 33 eine Spannung von +7,9 V gegenüber der Minusleitung 14 entsteht, so hat die Basis des Transistors 34 ein Potential, das nur wenig negativer ist als das Emitterpotential dieses Transistors; dementsprechend fließt nur noch ein kleiner Kollektorstrom, und die Spannung am Kollektorwiderstand 47 sinkt beispielsweise auf 5 V. Dieser Spannung wird am Knotenpunkt 49 die Sägezahnspannung u_s überlagert. Dieser Zustand ist in F i g. 3 unter dem Buchstaben c) dargestellt. Die Basisspannung des Transistors 63 ist jetzt in dem Zeitraum von t₃ bis t_i negativer als dessen Emitterspannung, so daß dieser Transistor und mit ihm auch der Transistor 66 leitend wird. Dementsprechend bleiben die Thyristoren 20 und 21 in dem Zeitraum von t₃ bis t_t gesperrt, so daß der Thyristor 20 (Phase S) überhaupt nicht mehr und der Thyristor 21 (Phase T) nur noch während eines Teils der positiven an ihm liegenden Halbwelle leitend ist. Dies ist in F i g. 3 in der zweiten Reihe unter dem Buchstaben c) dargestellt, und in der dritten Reihe ist der entsprechend kleinere Strom Igi dargestellt.

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Steigt die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 so weit, daß am Abgriff 33 eine Spannung entsteht, die der Spannung der Zenerdiode 37 entspricht, also z. B. +8 V, so wird der Transistor 34 vollständig gesperrt, und die Spannung am Kollektorwiderstand 47 sinkt auf 0 Volt, so daß die Transistoren 63 und 66 dauernd leitend werden und die Thyristoren 20 und 21 vollständig gesperrt sind.

Mit der beschriebenen Regeleinrichtung ist es also möglich, mit einem einzigen Regelgerät zwei Thyristoren 20, 21 in Phasenanschnittssteuerung zu betreiben. Dadurch wird die Zahl der erforderlichen Schaltelemente sehr gering, so daß ein geringer Platzbedarf entsteht und die Regeleinrichtung billig gebaut werden kann.

Vielfach ist es erwünscht, gerade im Leerlaufbetrieb, in dem infolge der Welligkeit der durch einen Drehstrom-Brückengleichrichter gleichgerichteten Spannung gerne Spannungsschwankungen auftreten, ebenfalls eine möglichst konstante Spannung zu erzielen. Hierfür ist in der Schaltung nach F i g. 4 eine Zusatzeinrichtung vorgesehen. Da die Schaltung nach F i g. 4 im übrigen gleich aufgebaut ist wie diejenige nach Fig. 1, sind gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Der Soll-Istwert-Vergleicher 35 entspricht in seinem Aufbau völlig dem Vergleicher 35 der F i g. 1.

Bei der Anordnung nach F i g. 4 ist parallel zum Ladewiderstand 54 ein zweiter Widerstand 78 in Serie mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines als phasenabhängiger Schalter dienenden pnp-Transistors 79 und einer Schutzdiode 80 angeordnet. Der Emitter des Transistors 79 ist dabei an dem Punkt 27 und sein Kollektor über den zweiten Widerstand 78 an die Anode der Diode 80 angeschlossen, deren Kathode am Emitter des Transistors 53 liegt. Die Basis des Transistors 79 ist über eine Leitung 81 direkt mit der Phasenwicklung S des Generators 10 verbunden.

Zum Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 4 sei zunächst angenommen, daß die Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14 ihren Sollwert von beispielsweise 12 V hat. Der Sägezahnspannungsgenerator mit dem Kondensator 52 und den Transistoren 53 und 79 arbeitet dann wie folgt: Es sei angenommen, daß der Kondensator 52 entladen ist und daß die Spannung M₁ wie in F i g. 5 in der oberen Reihe dargestellt im Zeitpunkt t₅ auf einen positiven Wert anzusteigen beginne. Dann sind zunächst die beiden Transistoren 53 und 79 gesperrt; der Transistor 53 ist gesperrt, da sein Emitter, der an der Spannung des Kondensators 52 liegt, ein negativeres Potential hat als seine Basis, die am Abgriff des Spannungsteilers 57, 58 liegt. Der Transistor 79 ist gesperrt, da die an seinem Emitter liegende gleichgerichtete Spannung U₁ nicht positiv gegenüber der über die Leitung 81 an seiner Basis liegenden Phasenspannung der Phase S ist. Der Kondensator 52 wird also zunächst nur über den Ladewiderstand 54 aufgeladen, und zwar bis zu dem in F i g. 5 mit t_ß bezeichneten Zeitpunkt. In diesem Zeitpunkt wird nämlich die Spannung an der Basis des Transistors 79 negativ gegenüber der gleichgerichteten Spannung M₁ an seinem Emitter, und der Transistor 79 wird leitend, wodurch der zweite Widerstand 78 zum Ladewiderstand 54 parallel geschaltet und dadurch der Ladestrom des Kondensators 52 vergrößert wird. Wie in F i g. 5 in der zweiten Reihe dargestellt, hat also ab dem Zeitpunkt t_e die Sägezahnspannung u_s eine stärkere Steigung. — Wenn im Zeitpunkt I₁ die Spannung am Kondensator 52 größer wird als die Basisspannung des Transistors 53, so wird dieser Transistor leitend, und der Kondensator 52 wird über den Entladewiderstand 55 entladen.

In F i g. 6 sind drei Schaubilder dargestellt, die das Verhalten der Anordnung nach F i g. 4 im Leerlauf darstellen. (Zum Vergleich wird auf die unter dem Buchstaben c) in F i g. 3 gezeigten Schaubilder verwiesen.)

Die in F i g. 6 gezeigten Diagramme entsprechen einer Spannung zwischen den Leitungen 13 und 14, die etwas über dem gewünschten Sollwert liegt. Der Transistor 34 des Vergleichers 35 ist dann nur noch wenig leitend, so daß an seinem Kollektorwiderstand 47 nur eine kleine Spannung U₄₇ entsteht, zu der am Knotenpunkt 49 die über den Addierwiderstand 59 zugeführte Sägezahnspannung u_s addiert wird. Die Überlagerungsspannung Uü ist also während eines großen Teils des Anstiegs der Sägezahnspannung u_s negativer als die Spannung am Emitter des Transistors 63. Dieser Zeitraum ist in F i g. 6 in der obersten Reihe durch die Zeitpunkte /₈ und /₉ begrenzt. In diesem Zeitraum ist der Transistor 63 und mit ihm der Transistor 66 leitend, und die Thyristoren 20 und 21 erhalten kein positives Potential an ihren Steuerelektroden, so daß sie gesperrt sind. Erst ab dem Zeitpunkt t₉ wird die Basis des Transistors 63 positiver als dessen Emitter, so daß der Transistor 63 und mit ihm der Transistor 66 sperren und die Thyristoren 20 und 21 eine positive Spannung an ihren Steuerelektroden erhalten. An der Anode des Thyristors 20 liegt zu diesem Zeitpunkt bereits eine negative Spannung, so daß nur noch der Thyristor 21 einen Strom führen kann, wie das in F i g. 6 in den beiden unteren Reihen dargestellt ist. (Auch hier ist der Deutlichkeit halber der Strom I ei für eine Schaltung ohne Löschdiode 24 dargestellt.)

Wie man ohne weiteres aus dem in der oberen Reihe von F i g. 6 dargestellten Diagramm entnehmen kann, wirken sich Schwankungen der Spannung CZ₄₇ am Kollektorwiderstand 47 des Transistors 34 hier sehr viel weniger auf den Zündzeitpunkt t₉ aus, da der Winkel zwischen der mit Uz bezeichneten Geraden und dem entsprechenden Abschnitt der Sägezahnspannung M₅ hier wesentlich größer ist als bei einer Anordnung nach F i g. 1, deren Schnittwinkel man aus den Darstellungen der F i g. 3 entnehmen kann. Bei einer Anordnung nach F i g. 4 haben also Schwankungen der Leerlaufspannung einen wesentlich geringeren Einfluß auf den Zündzeitpunkt als bei einer Anordnung nach Fig. 1. Dies ist besonders bei solchen Generatoren von Vorteil, die längere Zeit im Leerlauf betrieben werden.

Der Rückführungswiderstand 67 dient bei der Anordnung nach F i g. 4 ebenso wie bei der Anordnung nach F i g. 1 zum Stabilisieren des Reglers; er wirkt als negative Rückkopplung, d. h., wenn z. B. das Potential der Basis des Transistors 34 positiver wird, so daß die Thyristoren 20 und 21 länger gesperrt werden, so wird das Kollektorpotential des Transistors 66 negativer und wirkt diesen Potentialänderungen an der Basis des Transistors 34 entgegen.
Der einfache Aufbau der Regeleinrichtungen nach den F i g. 1 und 4 wird hauptsächlich dadurch erreicht, daß den Steuerelektroden der Thyristoren 20 und 21 im Prinzip dauernd ein positives Steuerpotential zugeführt wird, das diese Gleichrichter leitend macht,

und daß dieses positive Potential nur zeitweise dadurch unterdrückt wird, daß während der Zeiten, in denen die Thyristoren 20 und 21 gesperrt werden sollen, der Transistor 66 leitend gemacht wird. Durch dieses vorteilhafte Steuerprinzip in Verbindung mit der beson-

deren Ausgestaltung des Sägezahnspannungsgenerators ergibt sich der einfache Aufbau des Reglers, der es ermöglicht, mit einer einzigen Regeleinrichtung zwei an verschiedene Phasen angeschlossene Thyristoren in Phasenanschnittsteuerung zu steuern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der Ausgangsspannung eines mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbaren Mehrphasengenerators, insbesondere eines Drehstromgenerators eines Fahrzeugs, bei der als Stellglied ein Thyristor vorgesehen ist, der in Serie mit einer Nebenschluß-Feldwicklung des Mehrphasengenerators an einer Wechselspannung, .· liegt und dessen Zündzeitpunkt, bezogen auf den Periodenbeginn der an ihm liegenden Wechselspannung, von der Größe der Abweichung der Generator-Ausgangsspannung von einem vorgegebenen Sollwert abhängig ist, bei der ferner ein Soll-Istwert-Vergleicher und ein mit der Frequenz des Mehrphasengenerators synchronisierter Sägezahnspannungsgenerator zur Bildung der Regelgröße zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Istwert-Vergleicher (35) eine Spannung (CZ₄₇) liefert, welche sich etwa proportional zur Sollwertabweichung ändert, daß dieser Spannung die Ausgangsspannung (u_s) des Sägezahnspannungsgenerators (52, 53) überlagert ist, daß die Überlagerungsspannung (uü) mit Hilfe eines an einer Referenzspannung (uz) liegenden Transistors (63) mit dieser Referenzspannung vergleichbar ist, derart, daß der Thyristor (20, 21) gezündet wird, wenn die Überlagerungsspannung (iiu) die Referenzspannung (uz) übersteigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß der Soll-Istwert-Vergleicher (35) und der Transistor (63) an dieselbe Referenzspan- .-. nung (uz) angeschlossen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang des Thyristors (20, 21) und dem Soll-Istwert-Vergleicher (35) eine Rückführung (67) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß.als Soll-Istwert,-Ver- ...-■ gleicher (35) ein Transistor (34) vorgesehen ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke an derselben Referenzspannung (uz) liegt wie der zum Vergleich von Überlagerungsspannung und Referenzspannung dienende Transistor (63) und dessen Basis an eine der zu regelnden Spannung proportionale Spannung angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach · Anspruch 4, dadurch "ge-. kennzeichnet, daß die Basis des Transistors (34) zusätzlich über einen Kondensator (45), der gegebenenfalls mit einem Widerstand (44) in Serie liegt, an die zu regelnde Spannung angeschlossen ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahnspannungsgenerator (52, 53) einerseits · über mindestens einen getrennten Gleichrichtef-(25, 26), andererseits über den:zum Erzeugen der Referenzspannung·^)· vorgesehenen Geber (37) und über zur einen Laststroniieitung führende Gleichrichterelemente eines Ausgangsgleichrichters (12) an den Generator (10) angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahnspannungsgenerator (52, 53) einen Kondensator (52) enthält, der über einen Ladewiderstand (54) an eine pulsierende Spannung angeschlossen ist, und daß parallel zum Kondensator (52) die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (53) liegt, dessen Basis, vorzugsweise über einen Spannungsteiler (57, 58), ebenfalls an die pulsierende Spannung angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrphasiger Generator, insbesondere ein Drehstromgenerator eines Fahrzeuges, von dessen Ausgangsspannung zwei aufeinanderfolgende Phasen (S, T) gleichgerichtet werden, als Quelle für die pulsierende Gleichspan-

·■■; nung dient und daß zum Speisen der Nebenschluß-Feldwicklung (19) zwei Thyristoren (20, 21) vorgesehen sind, von denen jeder an eine dieser beiden Phasen angeschlossen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ladewiderstand (54) ein zweiter Widerstand (78) in Serie mit einem phasenabhängigen Schalter (79) angeordnet ist, welch letzterer leitend wird, wenn die Spannung einer der beiden Phasen (S, T) einen bestimmten Prozentsatz der Höhe der ihr zeitlich vorausgehenden Phasenspannung (Phase S) erreicht hat (F i g. 4).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenabhängige Schalter als Transistor (79) ausgebildet ist, dessen eine Steuerelektrode an die gleichgerichtete· Spannung (U₁) und dessen andere Steuerelektrode an die zeitlich vorausgehende Spannung (Phase S) der beiden Phasenspannungen (S, T) angeschlossen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden beider Thyristoren (20, 21)·an eine Spannung angeschlossen sind, die die Gleichrichter leitend macht, und daß von der Regeleinrichtung den Steuerelektroden beider Thyristoren synchron mit der Frequenz des Mehrphasengenerators (10) Steuerimpulse mit von der Ausgangsspannung des Mehrphasengenerators abhängiger Länge zugeführt werden, die ein Leitendwerden der Gleichrichter (20,21) verhindern.