DE1588523C3

DE1588523C3 - Stromversorgungs-Einrichtung mit einem Gleichstrom-Nebenschluß-Gener at or und einem Akkumulator

Info

Publication number: DE1588523C3
Application number: DE1588523A
Authority: DE
Inventors: Wilford B. Pacific Palisades Burkett; Robert V. Los Angeles Jackson
Original assignee: Mcculloch Corp Los Angeles Calif (vsta)
Current assignee: Mcculloch Corp Los Angeles Calif (vsta)
Priority date: 1966-02-25
Filing date: 1967-01-09
Publication date: 1974-08-01
Also published as: FR1511813A; GB1149889A; SE339504B; GB1149890A; FI52790B; DE1613852A1; DE1613955A1; SE336253B; US3454860A; DE1588523B2; BE697003A; GB1149888A; DE1588523A1; BE694619A; FR1511689A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung mit einem mit veränderlicher Drehzahl antreibbaren Gleichstrom-Nebenschluß-Generator, einem von diesem über eine Rückstromsperre aufladbaren Akkumulator und mit einem Spannungsregler, bestehend aus einem in einem Parallelkreis zur Nebenschluß-Feldwicklung des Generators liegenden steuerbaren elektronischen Schalter und einem an der Ladespannung liegenden, mit der Steuerelektrode des steuerbaren elektronischen Schalters verbundenen Spannungsteiler, welcher steuerbare elektronische Schalter im Ladebetrieb gesperrt und bei Erreichen einer vorbestimmten Ladespannung in den leitenden Zustand schaltbar ist.

Bei einer solchen, aus der französischen Patentschrift 1 150 336 bekannten Einrichtung umfaßt der Parallelkreis eine Reihenschaltung aus einem Transistor und einem Widerstand. Wenn die Ausgangsspannung des Generators einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der im Ladebetrieb gesperrte Transistor geöffnet, so daß ein wesentlicher Teil des sonst die Nebenschluß-Feldwicklung des Generators durchfließenden Stromes über den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors gelenkt wird, und sich damit die Spannung des Generators erniedrigt. Wegen des

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mit dem Transistor in Reihe liegenden Strombe- Bedeutung und Vorteile aus der nachfolgenden Begrenzerwiderstandes fließt auch bei geöffnetem Tran- Schreibung von Ausführungsbeispielen hervorgeht,
sistor noch ein nennenswerter Strom durch die Gene- Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden rator-Feldwicklung. Dies hat zur Folge, daß bei sehr nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele hohen Drehzahlen des Generators seine Ausgangs- 5 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Im spannung sich zwar erniedrigt, jedoch nicht zuverläs- einzelnen zeigt

sig unter der für die Batterie maximal verträglichen F i g. 1 eine Stromversorgungseinrichtung mit

Spannung bleibt. Die daher an sich zu fordernde Er- einem Akkumulator,

niedrigung des Widerstandswertes des mit dem Tran- F i g. 2 ein Diagramm in dem der den elektroni-

sistor in Reihe liegenden Strombegrenzerwiderstan- io sehen Schalter durchfließende Strom in Abhängigkeit

des läßt sich jedoch nicht verwirklichen, weil der von der Zeit dargestellt ist,

Transistor naturgemäß nur einen bestimmten F i g. 3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des

Höchststrom ohne Beschädigung verträgt. Ein zuver- maximal zulässigen Ladestromes in Abhängigkeit

lässiger Schutz der zu ladenden Batterie vor Über- von der Ladezeit,

spannung ist mit dieser bekannten Einrichtung dem- 15 F i g. 4 ein weiteres Diagramm, in dem Spannung

zufolge nicht möglich. und Strom als Funktion der Generator-Drehzahl so-

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten läßt sich wie der Verlauf der Generator-Ausgangsspannung

auch eine aus der USA.-Patentschrift 3 217 229 be- und des Ladestromes dargestellt sind, und

kannte und dort für einen Drehstromgenerator be- Fig.5 bis 14 verschiedene Ausführungsformen

nutzte Regelschaltung nicht verwenden, weil mit ihr 20 und Weiterbildungen der Stromversorgungseinrich-

nur relativ geringfügige Unterschiede in der abgege- tung.

benen Generatorspannung ausgeglichen werden kön- F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform

nen. Dies mag für Drehstromgeneratoren ausreichen, einer Stromversorgungseinrichtung mit einem Akku-

die bekanntlich auch bei unterschiedlichen Drehzah- mulator 18, bei der als Antrieb des Gleichstrom-Ne-

len ein ausgeglichenes Kennlinienverhalten zeigen. 25 benschluß-Generators 12 eine Brennkraftmaschine

Diese Verhältnisse liegen bei einem Gleichstrom-Ne- 10 dient. Die Stromversorgungseinrichtung kann ins-

benschluß-Generator jedoch nicht vor; die Aus- besondere in Verbindung mit einer Einzylinder-

gangsspannung dieses Generators schwankt vielmehr Zweitakt-Brennkraftmaschine verwendet werden, die

so erheblich bei veränderlicher Drehzahl, daß der zum Antrieb einer Kettensäge dient. Die Stromver-

Regelbereich der erwähnten Schaltungsanordnung 30 sorgungseinrichtung kann jedoch ganz allgemein für

bei weitem überschritten wird. alle Arten von Brennkraftmaschinen benutzt werden,

Eine aus der USA.-Patentschrift 2927262 be- insbesondere bei solchen, die erheblich variierende kannte Schaltungsanordnung ist für den genannten Drehzahlen haben. Als Beispiele solcher Brennkraft-Zweck schon deshalb nicht verwendbar, weil in dem maschinen seien genannt: Außenbordmotoren, Fahr-Parallelkreis ein fester Widerstand vorgesehen ist. 35 zeugmotoren sowie Motoren für trag- bzw. transpor-Entsprechendes gilt von einer aus der französischen tierbare Werkzeuge und auch für stationäre Verwen-Patentschrift 1298 064 für einen Wechselstromgene- dungszwecke.

rator bekannten Schaltungsanordnung, die ebenfalls Die Brennkraftmaschine 10 ist vorzugsweise direkt

nur mit Festwiderständen arbeitet. über eine Welle 11 mit einem Gleichstrom-Neben-

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, 40 schluß-Generator 12 verbunden. Dieser hat einen

eine Unterbrechung des Ladestromes zwischen dem Anker 14 mit üblichen Ankerwicklungen, eine Se-

Gleichstrom-Nebenschluß-Generator und dem Akku- rien-Feldwicklung 15 und eine Nebenschluß-Feld-

mulator in Abhängigkeit von einer bestimmten Ak- wicklung 16. Es sei darauf hingewiesen, daß gemäß

kumulator-Klemmenspannung mit dem Ziel zu errei- Fig. 1 die beiden Feldwicklungen 15 und 16 in

chen, eine Beschädigung des Akkumulators zu ver- 45 Reihe mit dem Anker 14 liegen,

hindern. Es sei weiter darauf hingewiesen, daß die Strom-

Diese Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung da- versorgungseinrichtung mit jedem Gleichstromgenedurch, daß der steuerbare elektronische Schalter zur rator arbeitet, sofern dieser eine Nebenschluß-Feld-Nebenschluß-Feldwicklung unmittelbar parallel liegt wicklung 16 hat. Das heißt, daß der Generator keine und daß die Rückstromsperre eine Diode ist. 50 Serien-Feldwicklung 15 benötigt, sondern lediglich

Damit liegt der Nebenschluß-Feldwicklung des die Nebenschluß-Feldwicklung 16. Andererseits Generators eine steuerbare Kurzschlußstrecke paral- kann der Generator auch eine Nebenschluß-Feldlei, die bei Öffnen wegen des gegenüber der Neben- wicklung 16 haben, die direkt zwischen den Klemschluß-Feldwicklung extrem niedrigen Innenwider- men des Ankers 14 liegt, sowie eine Serien-Feldwickstandes sämtlichen Strom an der Nebenschluß-Feld- 55 lung, die in Reihe mit der Last geschaltet ist. In diewicklung des Generators vorbeileitet, so daß seine sem Falle kann die Einrichtung so getroffen sein, daß Ausgangsspannung praktisch auf Null zurückgeht. die Magnetpole der beiden Feldwicklungen 15 und Das Öffnen des als Kurzschlußstrecke wirkenden 16 gleichgerichtet liegen, so daß sich die beiden elektronischen Schalters geschieht in Abhängigkeit Wicklungen unterstützen. Die Wicklungen können von der Generatorausgangsspannung, wobei der 60 aber auch so angeordnet sein, daß ungleichnamige Spannungsteiler so ausgelegt werden kann, daß bei Magnetpole aneinandergrenzen, so daß sich die Wirüberschreiten eines für den Akkumulator verträgli- kungen der beiden Wicklungen abschwächen. Ein chen Wertes der Generator-Ausgangsspannung die derartig geschalteter Generator wird im allgemeinen am Spannungsteiler abbegriffene Teilspannung den als Gegenverbundgenerator bezeichnet,
elektronischen Schalter öffnet. 65 Die im ganzen mit 17 bezeichnete Spannungs-Re-

Zweckmäßige und bevorzugte Ausgestaltungen des gelungseinrichtung ist zwischen den Generator 12

der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens sind und den Akkumulator 18 geschaltet, der aus einzel-

Gegenstand der Unteransprüche, deren besondere nen Zellen bestehen kanu. Mit anderen Worten ist es

wesentlich, daß der Akkumulator solche Zellen hat, fließt, so steigen Akkumulator- und Generatoraus-

die — wie z.B. Nickel-Cadmium-Zellen — wieder- gangsspannung an. Die Generatorausgangsspannung

aufladbar sind. Die Regelungseinrichtung 17 liegt liegt an dem von den beiden Zenerdioden 25, 26 und

also zwischen den Ausgangsklemmen 20 des Genera- dem Widerstand 27 gebildeten Spannungsteiler. Die

tors, von denen eine an Masse und die andere an S beiden Zenerdioden sind so ausgewählt, daß sie in

einer Klemme des Akkumulators 18 liegen kann. In Abhängigkeit von einer bestimmten Spannung leiten.

Reihe mit einer der Ausgangsklemmen 20 und dem Wenn demgemäß die Generatorausgangsspannung an

Akkumulator 18 liegt eine Diode (Gleichrichter) 21. den Klemmen 20 den bestimmten Spannungswert er-

Gemäß Fig. 1 liegt die Kathode der Diode 21 an reicht, beginnen die Zenerdioden 25, 26 zu leiten, so

Masse. Die Diode 21 kann jedoch auch zwischen io daß am Widerstand 27 ein Spannungsabfall entsteht,

dem Akkumulator 18 und der Serien-Feldwicklung Dieser Spannungsabfall erscheint gleichzeitig an der

15 liegen. Als Diode 21 wird vorzugsweise eine Steuerelektrode 24 des elektronischen Schalters 23.

Halbleiterdiode verwendet, die so gepolt ist, daß sie Nimmt man an, daß diese dort liegende Spannung

ein Entladen des Akkumulators 18 verhindert. Ein ausreichend hoch ist, so wird der Schalter 23 aufge-

Ladestrom beginnt zu fließen, wenn die an den Aus- 15 steuert und wird daher leitend,

gangsklemmen 20 des Generators 12 stehende Span- Dadurch wird die Nebenschluß-Feldwicklung 16

nung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dieser kurzgeschlossen. Aus diesem Grund nimmt die Ge-

Wert hängt von der Akkumulator-Klemmspannung neratorerregung ab, so daß die Generatorausgangs-

ab sowie von der Durchlaß-Spannung der Diode 21. spannung auf einen kleinen Wert absinkt. Diese

Parallel zu der Reihenschaltung aus Akkumulator ao kleine Ausgangsspannung bleibt auf Grund der Re-

18 und Diode 21 liegt ein steuerbarer elektronischer manenz im Magnetkreis des Generators bestehen.

Schalter 23 mit einer Steuerelektrode 24, z. B. ein Die in Fig.2 dargestellte Kurve zeigt den durch

Thyristor. Der Schalter 23 ist normalerweise nicht den Schalter 23 fließenden Strom als Funktion der

leitend. Wenn jedoch eine Spannung von bestimmter Zeit. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß der Strom

Polarität und Größe an dem Schalter 23 liegt und 25 schnell einen Spitzenwert erreicht und dann nach

eine Spannung bestimmter Größe an die Steuerelek- einer Exponentialfunktion abnimmt, sobald der

trode 24 gelegt wird, beginnt der Schalter 23 zu lei- Schalter 23 leitet.

ten. Zu diesem Zweck ist ein Spannungsteiler vorge- Es ist erkenntlich, daß die Kurve 30 aus einer

sehen, der parallel zu dem Akkumulator 18 und zur Vielzahl von individuell abfallenden Bereichen 31

Diode 21 geschaltet ist und aus zwei Zenerdioden 25, 3° und ansteigenden Bereichen 32 besteht. Diese Be-

26 sowie einem Widerstand 27 besteht, die in Reihe reiche ergeben sich auf Grund der Ausbildung des

miteinander liegen; der Verbindungspunkt zwischen Generator-Kommutators und der Generatordrehzahl.

Widerstand 27 und Zenerdiode 26 ist außerdem an Trotz dieser geringen Abweichung von der theoreti-

die Steuerelektrode 24 gelegt. sehen Kurvenform ist ersichtlich, daß der Ladestrom

Es leuchtet ein, daß eine der beiden Zenerdioden 35 sehr schnell innerhalb weniger Millisekunden ab-

in dem Spannungsteiler, beispielsweise also die nimmt.

Zenerdiode 26, fortgelassen werden kann. Die in Fi g. 3 dargestellte Kurve 33 zeigt den ma-

Es sei nun zunächst die Arbeitsweise der erfin- ximal zulässigen Ladestrom als Funktion der Zeit,

dungsgemäßen Einrichtung erläutert. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß jeder La-

Es ist davon auszugehen, daß der Akkumulator 18 4° destrom für eine Nickel-Cadmium-Zelle unterhalb von Zeit zu Zeit entladen wird, wenn er beispiels- der Kurve 33 unschädlich ist, während jeder oberweise Strom zum Antrieb des Generators 12 liefert, halb oder rechts von der Kurve 33 liegende Strom welcher seinerseits dann als Elektromotor zum An- die Gefahr von Beschädigungen mit sich bringt. Aus lassen der Brennkraftmaschine 10 dient. Zu diesem der Kurve ergibt sich weiter, daß die verwendeten Zweck ist es natürlich erforderlich, daß die Diode 21 45 Nickel-Cadmium-Zellen sehr hohe Ladeströme wähvon einer Schaltvorrichtung überbrückt wird. Hin- rend kurzer Perioden aushalten, bei einer Vergrößesichtlich der Erfindung ist es jedoch lediglich erfor- rung der Ladeperioden jedoch nur mit einem verhältderlich, daß der Akkumulator 18 vor dem Aufladen nismäßig geringen Srom geladen werden können. Der entladen wurde. erfindungsgemäße Vorschlag berücksichtigt diese

Sobald die den Generator 12 antreibende Brenn- 5° Kurve, weil der Akkumulator sehr schnell mit einem kraftmaschine 10 eine bestimmte Drehzahl erreicht, großen Strom jedoch nur während kurzer Zeiten wieliegt an den Ausgangsklemmen des Generators 12 der aufgeladen wird. Als Ergebnis ist der Akkumulaeine bestimmte Ausgangsspannung. Sobald diese tor wieder schnell einsatzbereit, um beispielsweise Ausgangsspannung an den Klemmen 20 die Akku- den Generator 12 als Motor anzutreiben und somit mulator-Klemmenspannung und den Spannungsab- 55 die Brennkraftmaschine 10 anzulassen,
fall an der Diode 21 übertrifft, fließt ein Ladestrom In Fig. 4 sind sowohl die Generatorausgangsspandurch den Akkumulator 18. Grundsätzlich kann man nung an den Klemmen 20 als auch der Akkumulatorin guter Annäherung sagen, daß die Akkumulator- ladestrom als Funktion der Drehzahl der Brennkraftspannung ein Anzeichen für den Ladungszustand ist. maschine 10 aufgetragen. Der Ladestrom wird von Das bedeutet, daß die Akkumulatorspannung mit zu- 60 der Kurve 35 und die Generatorausgangsspannung nehmender Ladung zunimmt. Der Spannungsabfall von der Kurve 36 dargestellt. Es zeigt sich, daß die an der Diode 21 kann beispielsweise in der Größen- Ausgangsspannung nach "überschreiten einer Drehordnung von 0,6 V liegen. Nimmt man weiter an, daß zahl von etwa 3500 Umdrehungen pro Minute sehr der Akkumulator 18 von zehn einzelnen Zellen von scnell ansteigt. Unterhalb dieser Drehzahl fließt kein je 1,25 V Nennspannung gebildet ist, so beträgt die 65 Ladestrom, weil die Generatorausgangsspannung zuAkkumulator-Nennspannung 12,5 V und kann bis nächst eine bestimmte Größe überschreiten muß, und auf etwa 15 V ansteigen. zwar gemäß der Darstellung in F i g. 4 den Wert von

Nimmt man weiter an, daß bereits ein Ladestrom 13 V, bevor ein Ladestrom durch die Diode 21 fließt.

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Solange der Generator oberhalb einer bestimmten plementären Zenerdioden erreichen und ist weniger

Drehzahl von etwa 4000 bis 5000 U/min läuft, reicht kostspielig als die Verwendung einer einzelnen Zener-

der remanente Magnetismus im Joch und den Pol- diode, deren Durchbruchspannung innerhalb einer

schuhen des Generators aus, um den Schalter 23 lei- Toleranz von 1 °/o liegen muß.

tend zu halten. Sobald jedoch der Antrieb — bei- 5 Andererseits kann auch eine der beiden Zenerdio-

spielsweise also die Brennkraftmaschine 10 — in ih- den fortgelassen oder mehr als zwei Zenerdioden

rer Drehzahl unter einen kritischen Wert absinkt, verwendet werden. Die Einrichtung gemäß Fig. 1

wird auch die Spannung am Schalter 23 nicht mehr mit einer Zenerdiode zeichnet sich durch besondere

ausreichen, um diesen leitend zu halten. Demzufolge Einfachheit und die verminderte Anzahl von Bautei-

wird der Schalter 23 dann sperren. io len aus. Sofern die Zenerdiode (oder -dioden) kor-

Sobald die Antriebsdrehzahl des Generators wie- rekt für die erforderliche Durchbruchspannung ausder steigt, steigt auch die Generatorausgangsspan- gewählt werden, ist kein Nachgleichen beispielsweise nung entlang der Kurve 36. Geht man davon aus, des Widerstandes 27 erforderlich,
daß der Akkumulator vorher ausreichend aufgeladen Andererseits besteht der Nachteil einer Einrichwurde, verläuft der Vorgang wieder wie bereits be- 15 tung mit einer einzelnen Zenerdiode darin, daß die schrieben. Das heißt, daß der Schalter 23 erneut lei- Temperaturkompensation schwieriger wird. Äußertet und dadurch die Nebenschluß-Feldwicklung 16 dem wird dadurch die einzelne Zenerdiode wegen kurzschließt, so daß die Generatorausgangsspannung der geringen Toleranz teurer.

stark absinkt und ein weiteres Aufladen des Akku- Es leuchtet ein, daß die Größe der Bauteile und mulators 18 verhindert. Die erfindungsgemäße Ein- 20 deren Bauart bei einer Einrichtung gemäß Fig. 1 je richtung begrenzt also die Klemmenspannung des nach Anwendungszweck variiert. Bei einem Ausfüh-Akkumulators auf einen bestimmten Wert, der einem rungsbeispiel wurden jedoch folgende Werte bzw. möglichst voll aufgeladenen Akkumulator entspricht Typen verwendet:
und verhindert ein Überladen und somit eine Zerstörung des Akkumulators. 25 Akkumulator 18

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung ist außerdem so ±2,3 Volt
ausgelegt, daß sie nahezu unabhängig von großen

Temperaturschwankungen arbeitet. Diese Tempera- elektronischer Schalter 23
turschwankungen treten beispielsweise auf, wenn die Motorola Typ MCR 2304 oder 808
Schaltungsanordnung im Zusammenhang mit einer 30 Zenerdioden 25 26
Kettensäge sowohl bei arktischen als auch bei tropi- j^j 95g '
sehen Temperaturen betrieben wird. Zusätzliche Erwärmungen können natürlich auch noch durch den Diode 21

Betrieb des Generators 12 und der Brennkraftma- Motorola Typ MR 322, 18 Ampere bei

schine 10 auftreten. Andererseits sind aber Zenerdio- .35 15 Volt Gleichspannung

den wie auch Thyristoren und andere steuerbare „.., , __

elektronische Schalter sowie Dioden stark tempera- vincfnh

turabhängig. Vorzugsweise werden daher alle stati- unm.
sehen Bauteile, also die Teile 21, 23, 25 und 26 dicht

beieinander angeordnet oder in einem gemeinsamen 40 Die Einrichtung gemäß Fig. 1 ist so ausgelegt,

Gehäuse untergebracht. Dadurch wird sichergestellt, daß sie die Spannung begrenzt, wenn die Akkumula-

daß nur geringe Temperaturunterschiede zwischen tor-Klemmspannung einen Wert von 15 V erreicht,

diesen Bauteilen entstehen können. Die Diode 21 Die beiden Zenerdioden 25, 26 sind für eine Zener-

und der Schalter 23 arbeiten bei steigenden Tempe- Spannung von 7,5 V ausgelegt,

raturen beispielsweise schon bei abnehmender Span- 45 In den Fig. 5 bis 14 sind eine Reihe von Abwand-

nung. Andererseits können die Zenerdioden so aus- lungen der erfindungsgemäßen Einrichtung gezeigt,

gewählt werden, daß die Durchbruchspannung mit Die Einrichtung nach Fig.5 arbeitet ohne jede

zunehmender Temperatur steigt oder aber mit zuneh- Zenerdiode. An deren Stelle ist ein Thermistor 40

mender Temperatur fällt. Diese Möglichkeiten kön- vorgesehen, der in Reihe mit dem Widerstand 27 ge-

nen in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, 50 schaltet ist. Der Verbindungspunkt zwischen Thermi-

eine völlige Temperaturkompensation zu erzielen stör und Widerstand liegt an der Steuerelektrode 24

oder aber der Einrichtung einen positiven oder nega- des Schalters 23. Diese Einrichtung arbeitet in der

tiven Temperaturkoeffizienten zu geben. gleichen Weise wie die Einrichtung gemäß F i g. 1. Es

Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß der Ge- ist daher keine besondere Erläuterung der Arbeits-

nerator 12 vorzugsweise so ausgelegt wird, daß er 55 weise erforderlich. Es sei jedoch darauf hingewiesen,

eine schlechte Eigenregelung hat. Als Ergebnis sind daß in diesem Fall die Diode 21 zwischen dem Ak-

auch die Generator-Stromstöße gering. Dadurch ist kumulator 18 und der Serien-Feldwicklung 15 liegt

es wiederum möglich, weniger kostspielige Bauteile An Stelle des Generators mit Antrieb sind lediglich,

zu verwenden. Beispielsweise kann der Schalter 23 die Generatorausgangsklemmen 20 gezeigt,

für einen Nennstrom von 1,6 Ampere ausgewählt 60 Der Vorteil der Einrichtung gemäß Fig.5 besteht

werden, er kann jedoch Stromstöße während kurzer darin, daß sie den temperaturkompensierenden

Zeiten bis zu 20 Ampere aushalten. Widerstand, nämlich den Thermistor 40 aufweist.

In der Einrichtung gemäß Fig. 1 sind zwei Zener- Dieser Thermistor kann so gewählt werden, daß er

dioden 25 und 26 in Reihe geschaltet. Hierdurch ist zu der Tmperaturcharakteristik des elektronischen eine verbesserte Temperaturkompensation möglich, 65 Schalters 23 paßt. Der Widerstand 27 kann bei Zim-

weil es wirtschaftlicher ist, zwei Zenerdioden vorzu- mertemperatur auf die geeignete Triggerspannung

sehen, deren Durchbruchspannung innnerhalb einer eingestellt werden. Die Einrichtung nach Fig.5 hat

Toleranz von 1 % liegt. Das läßt sich mit zwei korn- jedoch den Nachteil, daß .eine völlige Temperatur-

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kompensation über große Temperaturbereiche hin- Demgegenüber steht jedoch aber ein weiterer Vorweg mit Hilfe des Thermistors schwierig ist. In der teil der Einrichtung gemäß Fig.7 dadurch, daß der Praxis ist daher nur eine teilweise Kompensation Spannungsteiler 42, 43 auch für erheblich größere möglich. Es ist darüber hinaus verständlich, daß in Ströme ausgewählt werden kann als der Spannungseinem Herstellungsgang einige Gleichrichter mit zum 5 teiler gemäß Fig. 1, der eine oder mehrere Zenerdio-Teil geringfügig abweichenden Eigenschaften herge- den und einen Widerstand enthält. Auf Grund des stellt werden, und es ist natürlich schwierig, eine An- vergrößerten Stromes durch den Spannungsteiler hapassung an deren Temperatureigenschaften mit Ther- ben Temperaturänderungen einen geringeren Einfluß mistoren zu erreichen. auf die an der Zenerdiode liegende Spannung. Das

Demzufolge muß bei der Einrichtung gemäß io bedeutet, daß der Toleranzbereich der erforderlichen

Fig. 5 die Arbeitsspannung bei einer bestimmten Zenerdiode verringert wird, es ist jedoch zu berück-

Temperatur erreicht sein, die jedoch bei anderen sichtigen, daß in dieser Einrichtung drei Halbleiter

Temperaturen nicht notwendigerweise erreicht wird. mit ihren Toleranzen vorhanden sind. Mit Hilfe des

In F i g. 6 ist eine andere Abwandlung der Erfin- Widerstandes 43 ist es jedoch möglich, den Rest der

dung gezeigt. In dieser Schaltung wurde der Wider- 15 Einrichtung anzupassen, so daß letztlich eine stark

stand 27 weggelassen. In dieser Ausführungsform ist verminderte Genauigkeit der Zenerdiode ausreicht,

lediglich eine einzige Zenerdiode 41 vorgesehen, die Wenn auch der zusätzliche Widerstand 45 ein wei-

zwischen der Diode 21 und der Steuerelektrode 24 teres Bauteil darstellt, so ist die Einrichtung doch mit

des Schalters 23 liegt. Dennoch ist auch hier ein diesem Widerstand weniger empfindich auf Stromän-

Spannungsteiler vorhanden, der von der Zenerdiode ao derungen auf Grund von Temperaturvanationen.

41 und dem Teil des Schalters 23 zwischen der In F i g. 8 ist eine weitere Abwandlung der erfin-

Steuerelektrode 24 und Masse gebildet ist. Diese dungsgemäßen Einrichtung gezeigt. Hierbei dient die

Einrichtung läßt sich für Änderungen der Umge- Nebenschluß-Feldwicklung 16 als Spannungsteiler,

bungstemperatur kompensieren; die Umgebungstem- Zu diesem Zweck ist ein Abgriff 46 an der Neben-

peratur kann hierbei zwischen — 30 und 65° C 25 schluß-Feldwicklung 16 vorgesehen, der über eine

schwanken. Die Einrichtung ist derjenigen nach Zenerdiode 47 mit der Steuerelektrode 24 des als

Fig. 1 ziemlich ähnlich, sie hat jedoch den Vorteil, Thyristor ausgebildeten Schalters 23 in Verbindung

daß keine Widerstände benötigt werden. steht. Zwischen dem Endpunkt der Nebenschluß-

Der Nachteil besteht darin, daß die Temperatur- Feldwicklung 16 und Masse liegt ein weiterer Wider-

charakteristik der Steuerelektrode des Schalters 23 3< > stand 48 mit einem Abgriff 50. Der Hauptzweck die-

sich mit der Temperatur ändert. Das bedeutet, daß ses variablen Widerstandes 48 besteht darin, die am

eine sehr genaue Auswahl der Zenerdiode 41 getrof- Abgriff 46 der Nebenschluß-Feldwicklung 16 ste-

fen werden muß. hende Spannung zu verändern. Von der Verbin-

Die Einrichtung nach F i g. 7 hat einen Spannungs- dungsleitung zwischen Zenerdiode 47 und Steuerteiler, der aus einem festen Widerstand 42 und einem 35 elektrode 24 führt ein Widerstand 51 nach Masse,
variablen Widerstand 43 besteht, die parallel zu Die Arbeitsweise dieser Einrichtung entspricht im Diode 21 und Akkumulator 18 geschaltet sind. Der wesentlichen derjenigen gemäß F i g. 7. Der Wider-Verbindungspunkt der beiden Widerstände 42, 43 ist stand 51 und die Zenerdiode 47 übernehmen die über eine Zenerdiode 44 mit der Steuerelektrode 24 Funktion des Widerstandes 45 und der Zenerdiode des Schalters 23 verbunden. Außerdem ist ein Wider- 4° 44 gemäß F i g. 7. Demzufolge hat die Einrichtung stand 45 vorgesehen, der zwischen der Steuerelek- gemäß F i g. 8 nahezu dieselben Vor- und Nachteile trode und Masse liegt. wie diejenige nach F i g. 7. An Stelle des veränderba-

Der Widerstand 45 der Einrichtung gemäß F i g. 7 ren Widerstandes 43 der Einrichtung nach F i g. 7 ist

kann auch fortgelassen werden. Zunächst sei die Ein- der veränderbare Widerstand 48 vorgesehen,

richtung ohne diesen Widerstand 45 erläutert. Der 45 Auch die Einrichtung gemäß Fig.9 ist derjenigen

Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß nur eine nach F i g. 1 in gewisser Weise ähnlich, weil auch

einzige Zenerdiode benötigt wird. Die Triggerwir- hier zwei oder mehr Zenerdioden Verwendung fin-

kung ist sehr gut. Es sei darauf hingewiesen, daß auf den. In der Einrichtung nach F i g. 9 ist eine Zener-

Grund des Spannungsteilers 42, 43 eine Zenerdiode diode 25 in Reihe mit dem Widerstand 27 geschaltet,

44 ausgewählt werden kann, die auf eine geringe 5° so daß diese Teile wiederum den Spannungsteiler bil-

Spannung anspricht und somit für einen größeren den. Zusätzlich ist jedoch in dieser Einrichtung eine

Kompensationsbereich ausgewählt werden kann. zweite Zenerdiode 53 vorgesehen, die vom Abgriff

Der Temperaturkoeffizient ist eine direkte Funk- des Spannungsteilers, zur Steuerelektrode 24 führt,

tion der Spannung, so daß durch ein Herabsetzen der Dennoch liegen die beiden Zenerdioden 25 und 53 in

an der Zenerdiode liegenden Spannung auch die Ver- 55 Reihe. Durch geeignete Auswahl der beiden Zeneränderungen auf Grund der Temperatur vermindert dioden 25, 53 und des Widerstandes 27 regelt diese

werden. Das bedeutet, daß die mit der Einrichtung Einrichtung sogar besser als diejenige nach Fig. 1.

nach Fig.7 erreichbare Temperaturkompensation Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Ver-

besonders gut ist. Wendung von zwei oder mehr Zenerdioden im Ergeb-

Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß ^6o nis weniger aufwendig ist als die Verwendung einer die Zener-Kennlinie unterhalb eines Wertes von 5 V einzelnen Zenerdiode, die mit einer Toleranz von nicht den starken Knick hat, sondern daß die beiden etwa 1 % arbeitet, und daß bei mehreren Zenerdio-

Äste weich bzw. abgerundet ineinander übergehen. den ein größerer Kompensationsbereich bestrichen Andererseits ist der Knick der Zener-Kennlinie ober- wird.

halb von etwa 7 und 8 V besonders scharf, so daß im ⁶S Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere bei

vorliegenden Fall ein Kompromiß geschlossen bzw. hohen Drehzahlen der Maschine 10 die Bürsten des das jeweils benötigte Optimum herausgesucht werden Gleichstromgenerators 12 .schwingend abheben kön-

muß. nen. Dadurch wird natürlich eine wellige Ausgangs-

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spannung erzeugt, die den Beginn eines neuen Ar- Die in Fig. 11 gezeigte Einrichtung ist derjenigen beitszyklus der Regelungseinrichtung bewirken kann. nach F i g. 10 ähnlich, benötigt jedoch — wie schon Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit kann eine Zeit- angedeutet — keine getrennte Drossel 55. Als Ersatz verzögerung oder ein Glied mit entsprechender Zeit- ist die Nebenschluß-Feldwicklung 16 mit einem Abkonstante vorgesehen sein, wie es im Zusammenhang 5 griff 60 versehen, an den der Schalter 23 angelegt ist. mit F i g. 10 erläutert ist. Auf diese Weise liegt ein Teil der Induktivität der

In dieser Einrichtung liegt eine Drossel 55 in Nebenschluß-Feldwicklung 16 in Reihe mit dem

Reihe mit dem Schalter 23 an den Ausgangsklemmen Schalter 23, so daß ein Teil der Gegen-EMK der Ne-

20. Der Spannungsteiler besteht aus einer ersten benschluß-Feldwicklung an den Gleichrichter 23 ge-

Zenerdiode 25, die in Reihe mit einer zweiten Zener- ίο langt. Der verbleibende Teil der Einrichtung nach

diode 56 und einem Widerstand 57 liegt. Die Verbin- Fig. 11 ist mit derjenigen nach Fig. 10 identisch, so

dungssteile von Widerstand 57 und Zenerdiode 56 ist daß deren Arbeitsweise keine nähere Erläuterung be-

außerdem an die Steuerelektrode 24 gelegt. darf.

Außerdem ist ein Kondensator 58 vorgesehen, der In der Einrichtung gemäß Fig. 12 ist weder eine

einerseits an Masse und andererseits an der Verbin- 15 Drossel 55 vorgesehen, noch liegt der Schalter 23 in

dungsstelle zwischen den beiden Zenerdioden 25, 26 Reihe mit einem Teil der Nebenschluß-Feldwicklung

liegt. 16. Diese Einrichtung enthält dagegen den Konden-

Die Drossel 55 hat den Zweck, daß mindestens ein sator 58, dessen Arbeitsweise und Zweck bereits er-

Teil der Gegen-EMK der Nebenschluß-Feldwicklung läutert wurde.

16 an den Schalter 23 gelangt. Zu diesem Zweck 20 Die Einrichtung gemäß F i g. 13 entspricht in gekann eine getrennte Drossel 55 gemäß F i g. 10 ver- wisser Weise derjenigen gemäß F i g. 7. Allerdings wendet werden. Es ist aber auch denkbar, einen Teil wurde hier der Widerstand 42 durch eine Zenerdiode der Induktivität der Nebenschluß-Feldwicklung 16 61 ersetzt. Auf diese Weise ist ein Spannungsteiler zu verwenden, wie es im Zusammenhang mit Fig. 11 gebildet, der aus der Zenerdiode 61 und dem einbeschrieben wird. 25 stellbaren Widerstand 43 besteht und der parallel zur

Grundsätzlich bedeutet die Einrichtung nach Diode 21 und zum Akkumulator 18 liegt. Außerdem

F i g. 10 eine Abwandlung der in den F i g. 6 und 7 wurde der in F i g. 7 gezeigte Widerstand 45 fortge-

erläuterten Einrichtung. Der Kondensator 58 wirkt lassen. Die Einrichtung nach Fig. 13 gestattet da-

im Zusammenhang mit dem Rest der Einrichtung als durch eine Temperaturkompensation, weil der

Filter bzw. Glättungskondensator. Oberhalb einer 30 Widerstand 43 einstellbar ist, um die Steigung der

bestimmten Spannung, d.h. der Durchbruchspan- Spannungs-/Stromkennlinie der Zenerdiode zu ver-

nung der Zenerdiode 25, werden die auf Grund ändern.

schwingender Bürsten entstehenden Spannungsspit- Der Spannungsteiler gemäß Fig. 14 besteht aus

zen weggefiltert. Die verbleibende Spannung wird der Zenerdiode 25, die in Reihe mit dem Widerstand

vom Kondensator 58 aufgenommen. 35 27 liegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Span-

Das bedeutet, daß sich der Kondensator 58 ent- nungsteiler direkt parallel zum Akkumulator 18 gelädt, wenn die Zenerdiode 56 arbeitet. Diese Entla- schaltet. Die Diode 21 liegt in diesem Fall zwischen dung findet statt über den verbleibenden Teil des der Zenerdiode 25 und einer der Ausgangsklemmen Steuerkreises, d. h. durch die Zenerdiode 56 und den 20 des Generators 12. Vom Abgriff des Spannungs-Widerstand 57, der parallel zu einem Teil des 40 teilers 25, 27 führt eine Zenerdiode 53 und ein daran Gleichrichters 23 liegt. Der Kondensator 58 wird anschließender Widerstand 63 zur Steuerelektrode 24 demgegenüber geladen, wenn die Zener-Spannung des Schalters 23. Der Widerstand 27 hat den Zweck, der Zenerdiode 25 überschritten wird, so daß diese den durch den Spannungsteiler, d. h. durch die Zenerdiode leitet. Wenn sich der Kondensator 58 Zenerdiode 25 fließenden Strom zu begrenzen. Der entlädt, gelangt ein Spannungsimpuls an die Elek- 45 zweite Widerstand 63 dient wiederum dem Zweck, trode 24, der mit Sicherheit bewirkt, daß der Schalter den durch die zweite Zenerdiode 53 und die Steuer-23 leitet. elektrode 24 fließenden Strom zu begrenzen. Die

Es leuchtet ein, daß der Kondensator 58 in der Einrichtung gemäß Fig. 14 hat den Vorteil, daß sie Einrichtung gemäß F i g. 10 auch fortgelassen werden eine bessere Temperaturkompensation ermöglicht, kann. In diesem Fall kann die Drossel 55 weiter ver- 50 Aus diesem Grunde ist die Diode 21 nicht in der wendet werden, um mit ihrer Induktivität und dem Spannungsbegrenzerschaltung enthalten. Dadurch Widerstand des Gleichrichters 23 sowie dem verlau- läßt sich leichter ein positiver oder ein negativer fenden Einrichtungsteil einen Kreis zu bilden, der Temperaturkoeffizient mit steigender Zener-Spaneine gewisse Zeitkonstante hat und zum Glätten der nung darstellen. Dies läßt sich durch richtige Aus-Spannung dient. 55 wahl der beiden Zenerdioden 25 und 53 erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromversorgungseinrichtung mit einem mit veränderlicher Drehzahl antreibbaren Gleichstrom-Nebenschluß-Generator, einem von diesem über eine Rückstromsperre aufladbaren Akkumulator und mit einem Spannungsregler, bestehend aus einem in einem Parallelkreis zur Nebenschluß-Feldwicklung des Generators liegenden steuerbaren elektronischen Schalter und einem an der Ladespannung liegenden, mit der Steuerelektrode des steuerbaren elektronischen Schalters verbundenen Spannungsteiler, welcher steuerbare elektronische Schalter im Ladebetrieb gesperrt und bei Erreichen einer vorbestimmten Ladespannung in den leitenden Zustand schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare elektronische Schalter (23) zur Neben- ao schluß-Feldwicklung (16) unmittelbar parallel liegt und daß die Rückstromsperre eine Diode (21) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare elektronische Schalter (23) ein Thyristor ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus mindestens einer Zenerdiode (25) und einem Widerstand (27, 57) besteht, wobei das der Zenerdiode zuweisende Ende des Widerstandes an die Steuerelektrode (24) des elektronischen Schalters (23) angeschlossen ist (Fig.9 bis 12, 14).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus einer Reihenschaltung von zwei Zenerdioden (25, 26; 25, 56) und einem Widerstand (27, 57) besteht, wobei der Verknüpfungspunkt zwischen dem Widerstand (27, 57) und der einen Zenerdiode (26, 56) direkt mit der Steuerelektrode (24) des elektronischen Schalters (23) verbunden ist (Fig. 1 bzw. Fig. 10 bis 12).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (58) parallel zu der Reihenschaltung aus Zenerdiode (56) und Widerstand (57) geschaltet ist (F i g. 10 bis 12).

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus zwei Widerständen (27, 40; 42, 43) besteht, von denen einer variabel ist (Fig. 5 bzw. Fig. 7).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Widerstände ein Thermistor (40) ist (Fig. 5).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abgriff des Spannungsteilers und die Steuerelektrode (24) eine Zenerdiode (44, 53) geschaltet ist (F i g. 7,13 bzw. F i g. 9,14).

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Steuerelektrode (24) und die Kathode des als Thyristor ausgebildeten elektronischen Schalters (23) ein Widerstand (45) geschaltet ist (F i g. 7).

10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zenerdiode (41) direkt zwischen einer der Ausgangsklemmen (20) des Generators (12) und der Steuerelektrode (24) liegt (F ig. 6).

11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler die Nebenschluß-Feldwicklung (16) des Generators (12) und einen in Reihe geschalteten, variablen Widerstand (48), sowie eine zwischen einem Abgriff (46) der Nebenschluß-Feldwicklung und die Steuerelektrode (24) geschaltete Zenerdiode (47) und einen Widerstand (51) enthält, der von der Steuerelektrode zu einer der Ausgangsklemmen (20) des Generators (12) führt (F i g. 8).

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus einer ersten Zenerdiode (25) und einem in Reihe geschalteten Widerstand (27) sowie aus einer zweiten Zenerdiode (53) besteht, die von der Verbindungsstelle der ersten Zenerdiode mit dem Widerstand zur Steuerelektrode (24) führt (F ig. 9).

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Nebenschluß-Feldwicklung (16) des Generators in Reihe mit dem elektronischen Schalter (23) liegt (F ig. 11).

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem elektronischen Schalter (23) eine Drossel (55) geschaltet ist (F i g. 10).

15. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler direkt parallel zu dem Akkumulator (18) Hegt und aus einer ersten Zenerdiode (25) und einem ersten in Reihe zu dieser liegenden Widerstand (27) besteht und daß eine Reihenschaltung aus einer zweiten Zenerdiode (53) und einem zweiten Widerstand (63) vorgesehen ist, die von der Verbindungsstelle zwischen dem ersten Widerstand (27) und der ersten Zenerdiode (25) zur Steuerelektrode (24) führt (F i g. 14).