DE1538321C - Einrichtung zum Regeln der Ausgangs spannung eines mit stark wechselnden Dreh zahlen antreibbaren Mehrphasengenerators - Google Patents
Einrichtung zum Regeln der Ausgangs spannung eines mit stark wechselnden Dreh zahlen antreibbaren MehrphasengeneratorsInfo
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- DE1538321C DE1538321C DE1538321C DE 1538321 C DE1538321 C DE 1538321C DE 1538321 C DE1538321 C DE 1538321C
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Description
Die Erfindung betrifft eine 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 Mehrphasengeherators 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
Ausgangsspannung 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 Regelein-Tichtung
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, ,'v,;·. ' . ·
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 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 Lade widerstand 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 Ausgangsspannung
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 Regelernrichtung kann der Zündwinkel im
Leerlauf in weiten Grenzen schwanken, und diese Regeleinrichtung neigt deshalb gerade im Leerlauf zur
Instabilität.' Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
ergibt sich ,hier eine besonders vorteilhafte Lösung dadurch·,.'daß· parallel zum Ladewiderstand ein
zweiter Widerstand in Serie mit einem phasenabhängigen Schalter angeordnet ist, welch letzterer leitend
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 synchron mit 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,
F i g. 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 Phasenwicklungen 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 us 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 Rückführungswiderstand 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 M1, 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 us 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 U1 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 Us 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 Us überlagert. Dies-ist in F i g. 3 in der
oberen Reihe unter dem Buchstaben α dargestellt. Die Überlagerungsspannung ua 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 Koppel widerstand 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 ä) dargestellt,
wo die Spannung ug\ 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 us überlagert
und der Basis des Transistors 63 zugeführt. Dieser Fall ist in F i g. 3 unter dem Buchstaben b) dargestellt. Die
Überlagerungsspannung uü 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 tt und t2 (F i g. 3)
negativer als die Emitterspannung des Transistors 63, so daß dieser in dem Zeiträum zwischen I1 und t2
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 tx und t2 keine
positive Spannung, und die Thyristoren bleiben zunächst gesperrt. Erst wenn die Überlagerungsspannung
uü 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 us 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 i4 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 i3 bis i4
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.
ono
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 Thy- ίο
ristoren 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 phasenab- ■ hängiger 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 U1 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 te bezeichneten Zeitpunkt. In diesem Zeitpunkt
wird nämlich die Spannung an der Basis des Transistors 79 negativ gegenüber der gleichgerichteten
Spannung U1 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 tß die Sägezahnspannung us eine
stärkere Steigung. — Wenn im Zeitpunkt t7 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 CZ47 entsteht, zu der am
Knotenpunkt 49 die über den Addierwiderstand 59 zugeführte Sägezahnspannung us addiert wird. Die Überlagerungsspannung
Uii ist also während eines großen Teils des Anstiegs der Sägezahnspannung us negativer
als die Spannung am Emitter des Transistors 63. Dieser Zeitraum ist in F i g. 6 in der obersten Reihe
durch die Zeitpunkte ts 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
Z9 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 Igi 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 Ui7 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
Us 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 F i g. 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 Fig. 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 langer 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 (11)
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 (Ui7) liefert, welche sich etwa proportional
zur Sollwertabweichung ändert, daß dieser Spannung die Ausgangsspannung (ws) des
Sägezahnspännungsgenerators (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 (uu)
die Referenzspannung (uz) übersteigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Istwert-Vergleicher (35)
und der Transistor (63) an dieselbe Referenzspannung (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-Vergleicher
(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 gekennzeichnet, 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 Sägezahnspann
ungsgenerator (52, 53) einerseits über mindestens einen getrennten Gleichrichter (25, 26),
andererseits über den zum Erzeugen der Referenzspannung (uz) vorgesehenen Geber (37) und über
zur einen Laststromleitung 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 Emiüer-Kollek-
tor-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 Fahr-
- zeuges, von dessen Ausgangsspannung zwei aufeinanderfolgende
Phasen (S, T) gleichgerichtet werden, als Quelle für die pulsierende Gleichspannung
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
(CZ1) 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.
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