DE1538349B2

DE1538349B2 - Anordnung zum konstanthalten der frequenz eines wechsel stromgenerators

Info

Publication number: DE1538349B2
Application number: DE19661538349
Authority: DE
Inventors: Helmut Gunsser Peter Dipl Ing 7000 Stuttgart Domann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1966-07-20
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1971-09-02
Also published as: DE1538349A1; GB1129420A; JPS4535933B1; US3513324A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Konstanthalten der Frequenz eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Wechselstromgenerators, bei der einerseits die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der dem Generator entnommenen Leistung regelbar ist und bei der andererseits bei Abweichungen von der gewünschten Sollfrequenz die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine in einem die Frequenzabweichung korrigierenden Sinne selbsttätig verstellbar ist. Für bestimmte Stromversorgungsanlagen, z. B. in Krankenhäusern, Telefonämtern oder bei Rundfunksendern, muß für den Fall, daß die Versorgung mit Elektrizität ausfällt, eine Notstromversorgung gewährleistet sein, die der Versorgung aus dem öffentlichen Stromnetz gleichwertig ist. Besonders bei Fernmeldeanlagen werden dabei von den Verbrauchern sehr hohe Anforderungen an die Frequenzkonstanz gestellt, da diese Anlagen teilweise sehr empfindlich auf Frequenzschwankungen reagieren.

Dieser Forderung begegnet man, wie das z. B. die USA.-Patentschrift 3 128 750 in F i g. 3 in prinzipieller Form zeigt, durch zwei Maßnahmen: erstens wird die vom Wechselstromgenerator abgegebene Leistung gemessen und in eine elektrische Größe umgeformt, mit der bei plötzlicher Laststeigerung sofort die Kraftstoffzufuhr erhöht wird. Diese Maßnahme wird in der Regelungstechnik als Störgrößenaufschaltung bezeichnet. Da diese Maßnahme ohne zeitliche Verzögerung sofort wirksam wird, erreicht man durch sie, daß sich die Frequenzschwankungen bei plötzlichen Laststößen in engen Grenzen halten.

Als zweite Maßnahme wird die Frequenz des Generators geregelt. Hierfür sieht die erwähnte USA.-Patentschrift die Zuführung eines Frequenz-Sollwerts vor, mit dem der Istwert der Frequenz verglichen wird. Eine Anlage dieser Art ist z. B. aus der USA.-Patentschrift 3 064189 bekannt. Bei ihr benötigt man jedoch einen stabilisierten Frequenzgeber, der z. B. eine über lange Zeit konstante 50-Hz-Spannung abgibt.

Eine andere Art der Frequenzregelung wird in der USA.-Patentschrift 3 171 966 beschrieben. Sie macht von einem Resonanzkreis Gebrauch, dessen Eigenfrequenz etwa 35% über der Sollfrequenz des Generators liegt, so daß bei Abweichungen der Generatorfrequenz von der Sollfrequenz am Resonanzkreis möglichst große Spannungs- und Phasenänderungen auftreten, die zur Regelung verwendet werden. Diese Anordnung hat den Nächteil, daß beim Schwingkreis die Änderung der Phasendrehung bei einer Frequenzabweichung von 1 Hertz recht klein ist, so daß die Regelgenauigkeit nicht sehr groß ist. Außerdem werden für die üblichen Netzfrequenzen große Induktivitäten und Kapazitäten benötigt, die mit der Zeit ihren Wert verändern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Frequenzregeleinrichtung zu schaffen, die ohne große Induktivitäten auskommt und dabei eine Regelgenauigkeit ermöglicht, die besser als bei Verwendung eines Resonanzkreises ist. Außerdem soll die Frequenzkonstanz über lange Zeiträume hinweg besonders gut sein.

Erfindungsgemäß wird das bei einer eingangs genannten Anordnung dadurch erreicht, daß eine gegenüber der Generatorspannung um etwa 90° phasenverschobene Spannung einem Verstärker zuführbar ist, bei dem die Phasenlage der Ausgangsspannung stark frequenzabhängig ist, und daß die Ausgangsspannung dieses Verstärkers sowie die Generatorspannung einer phasenempfindlichen Gleichrichteranordnung zuführbar sind, deren Ausgangsspannung die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine beeinflußt.

Durch die Verwendung eines solchen Verstärkers wird die Selektivität, d. h. die Abhängigkeit der Phasenlage von der Frequenz, außerordentlich groß,

ίο und die Regelung setzt schon bei sehr kleinen Frequenzabweichungen ein. Außerdem läßt sich ein solcher Verstärker mit Vorteil ohne frequenzbestimmende induktive Bauelemente aufbauen, die gerade bei niedrigen Frequenzen sehr groß würden und durch Temperatur- und Alterungseinflüsse sowie durch Fremdfelder zu Störungen Anlaß geben können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Anordnung so ausgebildet, daß die phasenempfindliche Gleichrichteranordnung zwei mit gleicher Durchlaßrichtung in Serie geschaltete Gleichrichter enthält, deren freie Anschlüsse über zwei etwa gleich große Widerstände miteinander verbunden und über je einen Kondensator an den Ausgang des Verstärkers bzw. den Ausgang einer an den Verstärker angeschlossenen, dessen Phase um 180° drehenden Umkehrstufe angeschlossen sind, während der Verbindungspunkt der Gleichrichter an die Generatorspannung angeschlossen ist. Diese Anordnung ist außerordentlieh einfach im Aufbau, da. man für den phasen-. empfindlichen Gleichrichter nur zwei Dioden benötigt.

Am Verbindungspunkt der Widerstände kann man eine Gleichspannung abnehmen, die in bestimmten Grenzen der Frequenzabweichung direkt proportional ist und in ihrem Vorzeichen vom Vorzeichen der Frequenzabweichung abhängt. Dabei wählt man mit Vorteil die Generatorausgangsspannung etwa doppelt so groß wie die am Ausgang des Verstärkers bzw. der Umkehrstufe liegenden Spannungen.

Zum Erzeugen der Phasenverschiebung von 90° kann man mit besonderem Vorteil einen Tiefpaß verwenden, da bei ihm die Größe der Phasendrehung nur wenig von der Spannungsform der Generatorspannung abhängig ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Anordnung so ausgebildet, daß der Verstärker eine frequenzabhängige Gegenkopplung enthält. Auf diese Weise erhält man ein aktives Filter mit einer sehr scharfen Resonanzkurve, wie sie mit passiven Bauelementen bei tiefen Frequenzen nicht realisierbar wäre.

Diese Gegenkopplung wird dabei mit Vorteil so ausgebildet, daß sie ein aus Widerständen und Kondensatoren aufgebautes Doppel-T-Glied enthält. Ein solches Doppel-T-Glied läßt sich aus hochwertigen Widerständen und Kondensatoren mit kleinen Temperaturkoeffizienten aufbauen, die sehr alterungsbeständig sind. Hierdurch erreicht man die gewünschte langfristige Frequenzkonstanz mit einfachen und platzsparenden Mitteln.

Zur Temperaturkompensation für das Doppel-T-Glied und den Verstärker kann man dabei mit Vorteil im Doppel-T-Glied einen temperaturabhängigen Widerstand vorsehen. Gerade bei einem Transistorverstärker ist diese Maßnahme sehr wichtig und dabei sehr leicht durchzuführen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus dem im folgenden beschrie-

benen Ausführungsbeispiel, zusammen mit der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises für einen Wechselstromgenerator, der von einem Dieselmotor angetrieben wird,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des in F i g. 1 verwendeten Frequenzreglers,

F i g. 3 eine Darstellung mit Spannungskurven zur Erläuterung des Frequenzreglers nach Fig. 2,

F i g. 4 ein ausführliches Schaltbild eines Frequenzreglers,

Fig. 5 bis 7 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise des Frequenzreglers nach F i g. 4.

Das in F i g. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt den Aufbau eines vollständigen Notstromaggregats einschließlich der für die Drehzahlregelung notwendigen Regeleinrichtungen. Ein Dieselmotor 10, der von einer Einspritzpumpe 11 mit Kraftstoff versorgt wird, treibt einen Drehstromgenerator 12 an, welcher über drei Leitungen 13 eine Last 14, z. B. einen Fernsehsender oder ein Telefonamt speist. (An Stelle des Dieselmotors 10 könnte auch ein Benzinmotor verwendet werden, bei dem dann an die Stelle der Einspritzpumpe 11 seine Drosselklappe tritt.)

An die drei Leitungen ist ein Wattmeter 15 angeschlossen (die Stromtransformatoren für die Wattmeterschaltung sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt); mit diesem Wattmeter 15 wird die vom Generator 12 abgegebene elektrische Leistung gemessen und in ein proportionales elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das über eine Leitung 16 einem als Stellglied dienenden Servomotor 17, z. B. einem Drehmagnetsystem, zugeführt wird.

Die bisher beschriebene Anordnung dient dazu, bei Lastschwankungen die Drehzahl des Dieselmotors 10 etwa konstant zu halten. Erhöht sich nämlich die vom Generator abgegebene Leistung, so wird vom Wattmeter 15 über die Leitung 16 dem Stellglied 17 ein größeres elektrisches Ausgangssignal zugeführt, so daß das Stellglied 17 die Einspritzpumpe 11 auf eine größere Einspritzmenge verstellt und damit den Drehzahlabfall des Dieselmotors 10, der infolge der Belastung kurzfristig aufgetreten war, wieder ausgleicht. Dieser Ausgleich erfolgt innerhalb sehr kurzer Zeit und wird als Störgrößenaufschaltung bezeichnet.

Da jedoch allein mit dieser Maßnahme keine Frequenzkonstanz am Generator 12 erzielt werden kann, ist ein Regelkreis mit einem sehr genauen Frequenzerkennungsglied 18 vorgesehen, das im folgenden als Frequenzregler bezeichnet wird und das über eine Leitung 19 an eine der Leitungen 13 angeschlossen ist und an seinem Ausgang eine Spannung erzeugt, die eine Funktion der Abweichung von der gewünschten Sollfrequenz ist. Diese Spannung wird über einen Verstärker 22 mit Integralverhalten ebenfalls dem Stellglied 17 zugeführt und beeinflußt über dieses die Stellung der Einspritzpumpe 11. Sie wird dabei in einem schematisch bei 23 angedeuteten Summierglied der Ausgangsspannung des Wattmeters 15 überlagert, d. h., je nach Vorzeichen der Spannung am Ausgang des Verstärkers 22 wird die ■Spannung an der Leitung 16 vergrößert oder verkleinert.

In F i g. 2 ist der Aufbau des Frequenzreglers 18, ebenfalls in einem Blockschaltbild, ausführlicher dargestellt. Über einen aus drei Widerständen 24, 25, 26 und zwei Kondensatoren 27, 28 bestehenden Tiefpaß, der gleichzeitig eine Phasendrehung um etwa 90° bewirkt, wird die an den Leitungen 13 abgenommene Spannung CZ₁, deren Verlauf in F i g. 3 dargestellt ist, einem frequenzselektiven Verstärker 29 zugeführt. Dieser Verstärker ist auf die gewünschte Sollfrequenz /₀ des Generators 12 eingestellt. Hat die Spannung CZ₁ diese Frequenz, so sind die Spannungen am Eingang und am Ausgang des Verstärkers 29 in Phase, wie das in F i g. 3 durch die Spannung U₂ (/ = /o) dargestellt ist, die gegenüber der Spannung U₁ um 90° phasenverschoben ist (die Phasenverschiebung wird nur durch den Tiefpaß 24 bis 28 bewirkt). Ist dagegen die tatsächliche Frequenz / kleiner als die Sollfrequenz /₀, so ist die Phasenverschiebung zwischen der Ausgangsspannung des Verstärkers 29 und der Eingangsspannung kleiner als 90°, wie das in F i g. 3 durch die Spannung U₂ (f < /₀) dargestellt ist.

Ist umgekehrt die tatsächliche Frequenz zu hoch, so ist diese Phasenverschiebung größer als 90°, wie das in F i g. 7 dargestellt ist.

Die Spannung U₂ am Ausgang des Verstärkers 29 wird einer Umkehrstufe 32 zugeführt, die sie um 180° in der Phase dreht. Für eine Sinusspannung gilt dann, wie in F i g. 2 angegeben, die Beziehung U₃= — U₂. In F i g. 3 ist die Spannung U₃ für den Fall / = /₀ dargestellt.

Die Spannungen U₁, U₂ und CZ₃ werden einem phasenempfindlichen Gleichrichter 33 zugeführt; er

■30 besteht im wesentlichen aus zwei mit gleicher Durchlaßrichtung in Serie geschalteten Gleichrichtern 34, 35 gleichen Typs, deren freie Anschlüsse über zwei gleich große Widerstände 36, 37 miteinander verbunden und über je einen Kondensator 38, 39 an den Ausgang der Umkehrstufe 32 bzw. des Verstärkers 29 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt der Gleichrichter 34 und 35 ist an die Generatorspannung CZ₁ angeschlossen. Am Verbindungspunkt der Widerstände 36 und 37 kann dann eine Regelspannung CZß abgenommen werden, die durch einen Kondensator 42 geglättet ist.

F i g. 4 zeigt das ausführliche Schaltbild eines Frequenzreglers bzw. Frequenzerkennungsgliedes, das im wesentlichen wie dasjenige nach F i g. 2 aufgebaut ist. Für gleiche oder, gleich wirkende Teile werden deshalb die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 verwendet.

Während bei der Anordnung nach F i g. 2 ein Tiefpaß 24 bis 28 verwendet wurde, um die Phase der Spannung CZ₁ um 90° zu drehen, wird bei der Anordnung nach F i g. 4 ein einfacher Phasenschieber, bestehend aus einem verstellbaren Widerstand 41, einem Kondensator 43 und einem mit diesem in Serie geschalteten verstellbaren Widerstand 44 verwendet.

Ein solcher Phasenschieber genügt, falls die Spannung CZ₁ sinusförmig ist. Bei einer Spannung mit vielen Oberwellen, wie man sie besonders bei kleinen, hochausgenützten Generatoren erhält, wenn diese stark belastet werden, ist ein Tiefpaß nach F i g. 2 günstiger.

Der Widerstand 44 liegt am Eingang des frequenzselektiven Verstärkers 29, der zwei pnp-Transistoren 45, 46 und zwei npn-Transistoren 47, 48 aufweist. An den Ausgang des Verstärkers 29 ist die Umkehrstufe 32 angeschlossen, die einen npn-Transistor 49 enthält, an dessen Emitter-Kollektor-Strecke eine gegenüber der Spannung CZ₂ (am Ausgang des Verstärkers 29) um 180° phasenverschobene Spannung CZ₃ entsteht.

5 6

Der phasenempfindliche Gleichrichter 33, dem die 45 liegen, und der Serienschaltung dreier Widerstände

Spannungen U₁, U₂ und U₃ zugeführt werden, ent- 67, 68, 69, die zwischen dem Verbindungspunkt 64

spricht dem bei der Erläuterung von F i g. 2 beschrie- und der Nulleitung 52 liegen. Der Widerstand 67 ist

benen. An seinem Ausgang tritt bei Abweichungen von dabei als temperaturabhängiger Widerstand ausge-

der Sollfrequenz /₀ eine Spannung Ub auf. 5 bildet, der Widerstand 69 als Einstellpotentiometer.

Der frequenzselektive Verstärker 29 ist im einzelnen Das zweite T besteht aus zwei über einen Ver-

wie folgt aufgebaut: Der Transistor 47 dient als Vor- bindungspunkt 72 in Serie geschalteten Widerständen

stufe der beiden Komplementärtransistoren 46 und 48, 73 und 74 und einem Kondensator 75, der zwischen

die zusammen als Gegentaktverstärker arbeiten, wobei dem Verbindungspunkt 72 und der Nulleitung 52

der Arbeitspunkt so gelegt ist, daß der Kollektorruhe- io liegt.

strom ungefähr gleich Null ist. Der Transistor 47 wird Die Kondensatoren 65 und 66 sind gleich groß; in Emitterschaltung betrieben, wobei der Widerstand der Kondensator 75 ist doppelt so groß wie jeder der 44 des Phasenschiebers 41, 43, 44 zwischen dem an Kondensatoren 65 und 66. Ebenso sind die Widerden Widerstand 41 angeschlossenen Emitter dieses stände 73 und 74 gleichgroß, während die WiderTransistors und einer im folgenden als Nulleitung !5 stände 67, 68, 69 zusammenaddiert einen Widerbezeichneten Leitung 52 liegt. Diese Leitung ist an standswert haben, der halb so groß ist wie jeder der eine nicht dargestellte Spannungsquelle von beispiels- Widerstände 73 oder 74. Der Heißleiterwiderstand 67 weise 2 · 18 V so angeschlossen, daß eine im folgenden dient zum Kompensieren des Temperaturgangs des mit Plusleitung bezeichnete Leitung 53 gegenüber der Doppel-T-Glieds 65 bis 75. Die Widerstände und Nulleitung 52 ein Potential von +18 V hat, während 20 Kondensatoren des Doppel-T-Gliedes sind im übrigen eine im folgenden als Minusleitung bezeichnete so berechnet, daß dieses bei der gewünschten Soll-Leitung 54 gegenüber der Nulleitung 52 ein Potential frequenz einen hohen Wechselstromwiderstand hat, von —18 V aufweist. Die Nulleitung dient als Refe- also kaum als Gegenkopplung wirkt. Für 50 Hz renzpotential Null und ist an Masse angeschlossen. ergeben sich dabei folgende Werte

Der Kollektor des Vorstufentransistors 47 ist direkt 25

mit der Basis des Transistors 46 sowie mit der Kathode [ f =

einer Diode 55 verbunden, deren Anode an der Basis \ In-R-C

des Transistors 48 liegt. Außerdem ist diese Anode _w-, „ , _, , _. . . . .„

über zwei in Serie geschaltete Widerstände 56, 57 \υ\Α^™Λ* (.ί *« ^a /μ "

mit der Plusleitung 53 verbunden; diese Widerstände 30 " ^iU*^10La"^ut "''"" "¹^ ··· _kQh

bilden zusammen den Gleichstrom-Kollektorwider- Kondensatoren 65 und 66 ... je 0,22 μ¥

stand des Transistors 47. ν a t ίκ η λα ρ

Der Kollektor des Transistors 46 ist direkt an die ^onaensaior /3 υ,^ μ?

Nulleitung 52, der Kollektor des Transistors 48 direkt Mit dem verstellbaren Widerstand 69 ist eine

an die Plusleitung 53 angeschlossen. Der Emitter des 35 Feinabstimmung möglich, ebenso mit dem verstell-

Transistors 48 ist über einen Widerstand 58, derjenige baren Widerstand 41, da beide Widerstände die

des Transistors 46 über einen Widerstand 59 mit einem Phasenlage der Ausgangsspannung U₂ bestimmen, die

Punkt A verbunden, der als Ausgang des Verstärkers für die Schaltung allein maßgebend ist. Hier liegt

29 dient. Die Widerstände 58, 59 sind gleich groß und auch ein sehr wesentlicher Vorteil der vorliegenden

niederohmig (10 Ohm). 40 Anordnung, denn die Frequenzkonstanz ist allein

Ein Kondensator 62 von beispielsweise 100 μΤ? abhängig von der Konstanz der Bauelemente des liegt zwischen dem Punkt A und dem Verbindungs- Doppel-T-Glieds 65 bis 75 und des Phasenschiebers punkt der Widerstände 56 und 57, so daß für Wechsel- 41, 43, 44. Diese Bauelemente können mit geringem ströme dieser Verbindungspunkt etwa das gleiche Aufwand temperatur- und alterungsunabhängig gePotential hat wie der Punkt A. Da die aus den Tran- 45 macht werden; man erreicht dadurch auf einfache sistoren 46 und 48 bestehende Endstufe einen hohen Weise die gewünschte langfristige Frequenzkonstanz, Eingangswiderstand hat, wird durch diese Maßnahme und zwar ohne Verwendung induktiver Bauelemente, der gesamte Wechselstrom-Kollektorwiderstand des Der Widerstand 44 dient gleichzeitig als Gegen-Transistors 47 sehr groß, und man erhält eine hohe kopplung, mit der die Verstärkung des Vorstufen-Spannungsverstärkung dieses Transtistors, wie sie 50 transistors 47 eingestellt werden kann, zur Aussteuerung der Endstufe erforderlich ist. Die Die Basis des Transistors 45 ist über einen WiderDiode 55 erzeugt die für den Betrieb der beiden stand 76 (56 kOhm) an die Minusleitung 54 ange-Transistoren 46 und 48 erforderliche Vorspannung schlossen. Zwischen den Kollektoren der Transistoren und wirkt temperaturstabilisierend der Änderung der 45 und 47 liegt ein Kondensator 77 von 0,44 nF, der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 46 und 48 55 als Wechselstrom-Gegenkopplung dient, und zwar entgegen. besonders für hohe Frequenzen, die hier nicht benötigt

Vom Punkt A führt außerdem eine frequenz- werden.

abhängige Gegenkopplung zur Basis des in Kollektor- Ehe die Schaltung nach F i g. 4 weiter beschrieben schaltung betriebenen Transistors 45, dessen Kollektor wird, soll zunächst die Wirkungsweise des Verstärkers direkt an der Nulleitung 52 liegt und dessen Emitter 60 29 erläutert werden. Die dem Emitter des Transistors direkt mit der Basis des Transistors 47 sowie über 47 zugeführte Spannung wird von diesem Transistor einen Emitterwiderstand 63 mit der Plusleitung 53 verstärkt und den Basen der beiden Komplementärverbunden ist. transistoren 46 und 48 zugeführt. Dabei verstärkt der

Die frequenzabhängige Gegenkopplung besteht aus npn-Transistor 48 nur die positive Halbwelle, der einem sogenannten Doppel-T-Glied. Das eine T 65 pnp-Transistor 46 dagegen nur die negative Halbwelle

besteht aus zwei über einen Verbindungspunkt 64 des ihnen zugeführten Signals. Wenn der eine Tran-

in Serie geschalteten Kondensatoren 65 und 66, die sistor leitet, ist der andere gesperrt. Das Potential des

zwischen dem Punkt A und der Basis des Transistors Punktes A durchläuft dabei den vollen Bereich vom

Potential der Plusleitung 53 (Transistor 48 leitend) bis zum Potential der Nulleitung 52 (Transistor 46 leitend).

Hat die Frequenz der Spannung U₂ am Punkt A den gewünschten Wert /„, auf den das Doppel-T-Glied 65 bis 75 eingestellt ist, so wird im Verstärker 29 die Phase nicht gedreht, und die Verstärkung ist groß. Weicht dagegen die Frequenz vom gewünschten Sollwert /₀ ab, so greift die Gegenkopplung über das Doppel-T-Glied stärker ein und bewirkt neben einer gewissen Verringerung der Ausgangsspannung eine Phasendrehung, wie das in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist. F i g. 5 zeigt dabei den Zustand für / = /„ mit einem Phasenunterschied von 90° zwischen U₁ und U₂, der im wesentlichen nur vom Phasenschieber 43, 44 stammt. F i g. 6 zeigt den Zustand für /</₀ mit einem Phasenunterschied von 60° und F i g. 7 den Zustand für / > /₀ mit einem Phasenunterschied von 120°. (Die einzelnen Spannungskurven sind nur der Übersichtlichkeit halber nicht auf eine Achse gezeichnet.)

An Stelle des Doppel-T-Gliedes könnte auch ein anderes frequenzabhängiges Glied Verwendung finden. Ein Doppel-T-Glied hat jedoch den Vorteil, daß es den Verstärker 29 außerordentlich stark frequenzabhängig macht und schon bei kleinen Frequenzabweichungen große Phasenverschiebungen ergibt. Eine Frequenzabweichung von 50 auf 48,5 Hz ergibt beispielsweise schon eine Drehung der Phase um 60°, also etwa 20° je 1 % Frequenzabweichung. Mit einem gewöhnlichen Resonanzkreis wären solche Werte nicht annähernd zu erreichen.

An den Verstärker 29 ist die Umkehrstufe 32 angeschlossen, und zwar über einen Kondensator 78 (10 μΡ), dessen eine Elektrode am Punkt A liegt und dessen andere Elektrode über einen verstellbaren Widerstand 79 mit der Basis des Transistors 49 verbunden ist, die über einen Widerstand 82 mit der Minusleitung 54 und über einen Widerstand 83 mit dem Kollektor des Transistors 49 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors liegt direkt an der Nulleitung 52, indes sein Kollektor über einen Kollektorwiderstand 84 an die Plusleitung 53 angeschlossen ist.

Der Transistor 49 wirkt wie ersichtlich als Phasenumkehrstufe, d. h., wenn seine Basis positiver wird, wird sein Kollektor negativer, und umgekehrt. Seine Verstärkung ist auf 1 eingestellt, d. h., wenn man die Spannungen U₂ und U₃ mit einem Voltmeter mißt, erhält man jedesmal denselben Meßwert. Die Verstärkung des Verstärkers 29 ist dagegen so eingestellt, daß die Spannung CZ₁ etwa doppelt so groß ist wie die Spannungen U₁ und U₃, wie das auch in den F i g. 5 bis 7 dargestellt ist.

Die Kondensatoren 38 und 39 des phasenempfindlichen Gleichrichters sind entsprechend der niedrigen Frequenz groß, z. B. je 25 μΡ. Der Kondensator 38 ist an den Kollektor des Transistors 49, der Kondensator 39 an den Punkt A angeschlossen. Die erhalten also in jedem Augenblick zwei um 180° versetzte Spannungen zugeführt. Das gleiche würde erreicht, wenn der Umkehrstufe 32 eine zweite Umkehrstufe nachgeschaltet würde, die nochmals um 180° dreht, und der Kondensator 39 an diese zweite Umkehrstufe angeschlossen würde. Die dargestellte Lösung ist jedoch einfacher und wirtschaftlicher. Die Ankopplung durch die Kondensatoren 38 und 39 ergibt zusätzlich den Vorteil, daß die Ausgangsspannung unabhängig vom Temperaturgang der übrigen Schaltung ist.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Solange der Generator 12 vom Dieselmotor 10 mit der gewünschten Drehzahl angetrieben wird, ergibt sich für die Spannungen CZ₁, U₂ und U₃ am phasenempfindlichen Gleichrichter 33 das in F i g. 5 dargestellte Bild. Dabei laden sich die Kondensatoren 38 und 39 über die Gleichrichter 34 und 35 auf negative und positive Spannungen auf. Da die Spannungen U₂ und U₃ gerade durch Null gehen, wenn U₁ seinen ίο Maximalwert hat (sie sind nur der Deutlichkeit halber übereinander gezeichnet), werden die Kondensatoren auf den Maximalwert von U₁ aufgeladen, jedoch wie in F i g. 4 durch Plus- und Minuszeichen angedeutet, in umgekehrter Richtung. Diesen Ladespannungen überlagern sich die Spannungen U₂ und U₃. An den Widerständen 36 und 37 (je 50 kOhm) erfolgt eine Addition der Spannungen, die in diesem Fall den Wert Null ergibt, d. h., für / = /₀ ist die in F i g. 4 mit Ub bezeichnete Spannung gleich Null. Wird der Generator 12 stärker belastet, so sinkt die Drehzahl des Dieselmotors 10 und damit auch die Frequenz / der Spannung an der Leitung 13. Am phasenempfindlichen Gleichrichter 32 erhält man für diesen Fall den in F i g. 6 dargestellten Spannungsverlauf der Spannungen U₁, U₂ und U₃. Wenn die Spannung U₁ ihren positiven Maximalwert erreicht, hat die Spannung U₃ bereits einen negativen Wert, so daß sich der Kondensator 38 auf einen Wert auflädt, der größer ist als der Spitzenwert der Spannung U₁. Umgekehrt hat die Spannung U₂ bereits einen negativen Wert, wenn die Spannung U₁ ihren negativen Maximalwert erreicht, so daß sich der Kondensator 39 nicht auf den vollen Spitzenwert der Spannung U₁ aufladen kann. Bei der Addition der Spannungen an den Widerständen 36 und 37 erhält man also eine negative Ausgangsspannung Ub, die vom Verstärker 22 verstärkt und dem Stellglied 17, beispielsweise einem elektrohydraulischen Stellkolben zugeführt wird, der die Regelstange der Einspritzpumpe 11 in Richtung auf höhere Einspritzmengen verstellt, so daß die Drehzahl des Dieselmotors 10 ansteigt und die Frequenz / wieder den gewünschten Sollwert annimmt. (Um Pendelungen zu vermeiden, ist zwischen Servomotor 17 und Ausgang des Verstärkers 22 in bekannter Weise noch eine — nicht dargestellte — Rückführung vorgesehen.)

Wird die Last 14 abgeschaltet, so steigt die Drehzahl des Dieselmotors 10 an. Ein Teil dieses Anstieges wird durch die Störgrößenaufschaltung (Wattmeter 15) ausgeglichen, doch bleibt noch eine Frequenzerhöhung zurück, so daß />/₀ wird. Die Spannungen U₁, U₂ und CZ₃ am phasenempfindlichen Gleichrichter 32 sind für diesen Zustand in F i g. 7 dargestellt. Wenn die Spannung U₁ ihren positiven Maximalwert erreicht, hat die Spannung CZ₃ noch einen positiven Wert, so daß Kondensator 38 nicht auf den vollen Wert der Spitzenspannung von CZ₁ aufgeladen wird. Umgekehrt hat die Spannung CZ₂ noch einen positiven Wert, wenn die Spannung CZ₁ ihr negatives Maximum erreicht, so daß sich der Kondensator 39 auf einen Wert auflädt, der größer ist als der Spitzenwert der Spannung CZ₁. Bei der Addition der Spannungen an den Widerständen 36 und 37 erhält man deshalb eine positive Ausgangsspannung Ub, die vom Verstärker 22 verstärkt und dem Servomotor 17 zugeführt wird, welcher die Einspritzmenge verringert, so daß die Drehzahl des Dieselmotors 10 sinkt und die Frequenz/ wieder dem Wert /₀ entgegenstrebt.

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Die durch langsame Entladung der Kondensatoren und 39 während einer Periode entstehende kleine Welligkeit der Ausgangsspannung Ub wird durch den Kondensator 42 geglättet.

Die phasenempfindliche Gleichrichteranordnung 33 ist unempfindlich gegen Oberwellen und arbeitet sogar noch, wenn CZ₁ eine Rechteck- oder Dreieckspannung ist. Sie ist also auch sehr gut für Drehzahlregelungen geeignet, die mit nichtsinusförmigen Geberspannungen arbeiten.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Konstanthalten der Frequenz eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Wechselstromgenerators, bei der einerseits die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der dem Generator entnommenen Leistung regelbar ist und bei der andererseits bei Abweichungen von der gewünschten Sollfrequenz die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine in einem die Frequenzabweichung korrigierenden Sinne selbsttätig verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegenüber der Generatorspannung (CZ₁) um etwa 90° phasen verschobene Spannung einem Verstärker (29) zuführbar ist, bei dem die Phasenlage der Ausgangsspannung (CZ₂) stark frequenzabhängig ist, und daß die Ausgangsspannung (U₂) dieses Verstärkers (29) sowie die Generatorspannung (CZ₁) einer phasenempfindlichen Gleichrichteranordnung (33) zuführbar sind, deren Ausgangsspannung (Ub) die Kraftstoffzufuhr (11) zur Brennkraftmaschine (10) beeinflußt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenempfindliche Gleichrichteranordnung (33) zwei mit gleicher Durchlaßrichtung in Serie geschaltete Gleichrichter (34, 35) enthält, deren freie Anschlüsse über zwei etwa gleich große Widerstände (36, 37) miteinander verbunden und über je einen Kondensator (38, 39) an den Ausgang des Verstärkers (29) bzw. den Ausgang einer an den Verstärker (29) angeschlossenen, dessen Phase um 180° drehenden Umkehrstufe (2) angeschlossen sind, während der Verbindungspunkt der Gleichrichter (34, 35) an die Generatorspannung (CZ₁) angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorspannung (U₁) etwa doppelt so groß ist wie die am Ausgang des Verstärkers (29) bzw. der Umkehrstufe (32) liegenden Spannungen (U₂ bzw. U₃.)

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Phasendrehung dem Verstärker (29) ein Phasendrehglied (24 bis 28; 43, 44) vorgeschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasendrehglied (41, 42, 44) ein Stellglied (41) enthält, mit dem die Phasendrehung eingestellt werden kann.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasendrehglied als Tiefpaß (24 bis 28) ausgebildet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (29) eine frequenzabhängige Gegenkopplung (65 bis 75) enthält.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine einstellbare Gegenkopplung — Emitterwiderstand (44) — enthält, so daß die Verstärkung und die Resonanzbreite des Verstärkers (29) eingestellt werden können.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängige Gegenkopplung ein aus Widerständen (76, 68, 69, 73, 74) und Kondensatoren (65, 66, 67) aufgebautes Doppel-r-Glied enthält.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Doppel-T'-Glied ein einstellbarer Widerstand (69) zum Abgleichen vorgesehen ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Doppel-T-Glied ein temperaturabhängiger Widerstand (67) vorgesehen ist, um den Temperaturgang des Verstärkers und des Doppel-T-Gliedes zu kompensieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen