DE1812759B2 - Elektronischer regler zur regelung der ausgangsspannung eines gleichstrom- generators - Google Patents

Description

35

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Regler zur Regelung der Ausgangsspannung eines Gleichstrom-Generators durch Steuerung der Felderregung mit einem Gleichspannungs-lstwertgeber, einem Bezugsspannungsgeber, einem Oszillator zum Erzeugen einer Sägezahnspannung, einer Einrichtung zur Überlagerung der Istwert-Gleichspannung und der Sägezahnipannung, deren Ausgangssignal sich mit der Gleichspannung ändert, einem an diese Einrichtung angeschlossenen bistabilen Funktionsverstärker, einer an den Ausgang des Funktionsverstärkers angeschlossenen statischen Steuereinrichtung und einem von diescr iteuerbaren, mit der Feldwicklung des Generators in Reihe liegenden statischen Leistungsschalter.

Ein Regler dieser Art ist bekannt (BBC-Nachrichten, |uli 1965, Seiten 336 bis 339). Der mit der Feldwicklung des Generators in Reihe liegence Leistungsschalter dieses Reglers enthält zwei in Reihe geschaltete Transistoren, die bei Absinken der Generatorspannung unter einen bestimmten Wert sperren, so daß die Feldwicklung nicht mehr gespeist wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Regler der eingangs genannten Gattung derart auszubilden, daß die Speisung der Feldwicklung auch bei einem Absinken der Generatorspannung unter einen bestimmten Wert gewährleistet wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Zenerdiode vorgesehen ist, deren Anode mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers und deren Kathode mit dem Eingang der Steuereinrichtung und mit dem Ausgang des Generators verbunden ist, welche Zenerdiode so ausgelegt ist, daß sie sperrt, wenn das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers einen bestimmten Wert überschreitet, und daß sie leitet, wenn das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers einen bestimmten Wert unterschreitet, so daß der statische Leistungsschalter den Stromfluß zur Feldwicklung unterbricht bzw. leitet Wenn somit ein Fehler auftritt, so daß die Ausgangsspannung des Generators unter den Pegel fällt, der erforderlich ist, um den Regler zu aktivieren, wird die Feldwicklung weiterhin gespeist.

Die Frfindung wird nachstehend an Hand der F i g. 1 und 2 beispielsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild des Reglers gemäß der Erfindung und

Fig.2 Diagramme, aus denen der Verlauf von Signalen in dem Regler der F i g. 1 hervorgeht

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung enthält innerhalb des Rechtecks 5 einen Gleichstrom-Generator mit einem Anker 11, einer Reihenschluß-Feldwicklung 12 und einer Nebenschluß-Feldwicklung 13. Der Generator 5 ist durch Anschlüsse 14 bis 17 an Versorgungsleitungen und einen elektronischen Regler zur Regelung der Ausgangsspannung des Generators angeschlossen. Der Anker 11 ist über eine Leitung 38 und einen Hauptschalter 19 mit einer Versorgungsleitung L verbunden. Die Reihenschluß-Feldwicklung 12 ist über eine Leitung 39 geerdet. Die Nebenschluß-Feldwicklung 13 ist an den Ausgang des elektronischen Reglers angeschlossen. Der elektronische Regler ist über die Leitung 38 und den Hauptschalter 19 mit der Versorgungsleitung L verbunden.

Der Regler enthält einen bistabilen Funktionsverstärker 40 mit einem Eingang 41, der ein von der Ist-Spannung des Generators abhängiges Signal erhält, einen Eingang 42, der ein Bezugssignal erhält, und einen Ausgang 43. Der Funktionsverstärker 40 bestimmt über eine Zenerdiode 44 den Zustand von Transistoren 48,52 und 53, mittels derer der Regler die Erregung der Nebenschluß-Feldwicklung 13 des Generators 5 regelt.

Der bistabile Funktionsverstärker 40 gibt am Ausgang 43 eine hohe positive Spannung ab, wenn die Spannung am Eingang 41 kleiner als die von einer Bezugsspannungsquelle £"« gelieferte Bezugsspannung ist. Ist die Spannung am Eingang 41 größer als die Bezugsspannung am Eingang 42, dann ist die Spannung am Ausgang 43 weniger positiv.

Der Ausgang 43 des Funktionsverstärkers 40 ist durch die Zenerdiode 44 und einen Widerstand 45 mit der Basis 46 des PNP-Transistors 48 verbunden. Die Basis 46 ist auch durch einen Widerstand 47 mit der Leitung 38 verbunden. Der Emitter 49 ist ebenfalls mit der Leitung 38 verbunden und der Kollektor 50 ist über einen Widerstand 51 geerdet.

Die Feldwicklung 13 des Generators 5 wird über die Kollektor-Emitter-Strecke des PNP-Transistors 53 gespeist. Die Transistoren 52 und 53 sind in Darlington-Schaltung geschaltet. Der Kollektor 55 des Transistors 53 ist über einen Kontakt 56 eines nicht gezeigten Relais mit der Feldwicklung 13 verbunden.

Der Regler arbeitet derart, daß die Feldwicklung 13 entsprechend dem Zustand des Funktionsverstärkers 40 angeschlossen oder abgeschaltet wird. Überschreitet das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 40 einen bestimmten Wert, werden die Zenerdiode 44 und der Transistor 48 gesperrt, während die Transistoren 52 und 53 leitend sind. In diesem Fall wird die Feldwicklung 13 von der Ausgangsspannung des Generators 5 erregt. Unterschreitet das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 40 einen bestimmten Wert, werden die Zenerdiode 44 und der Transistor 48 leitend, während

die Transistoren 52 und 53 gesperrt werden und die Feldwicklung 13 nicht mehr vom Generator gespeist

Wenn auf Grund eines Fehlers die Ausgangsspannung des Generators unter einen Wen fällt, der erforderlich ist, um den Regler zu betreiben, verhindert die Zenerdiode 44, daß die Feldwicklung 13 nicht mehr gespeist wird. Die Zenerdiode 44 sperrt, wenn die an ihre Kathode über die Widerstände 45 und 47 angelegte Spannung die Spannung, die von dem Verstärker 40 an ι ο ihre Anode angelegt wird, um einen Betrag übersteigt, der größer als die Zenerspannung ist In diesem FaI! sind die Transistoren 52 und 53 gesperrt und die Speisung der Feldwicklung 13 ist unterbrochen. Bei einem starkem Abfall der Ausgangsspannung des Generators unter den Wert, der zum Betrieb des Funktionsverstärkers 40 erforderlich ist, fällt die Ausgangsspannung des Funkxionsverstärkers 40 ab. Ohne die Zenerdiode 44 würde dies dazu führen, daß die Sp&isung der Feldwicklung 13 unterbrochen wird. Wenn die Generatorausgangsspannung abfällt, wird auch die Differenz zwischen ihr und der niedrigeren Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 40 geringer als die Zenerspannung der Zenerdiode 44, so daß die Zenerdiode sperrt und die Feldwicklung des Generators weiter gespeist wird.

Die Spannung am Eingang 41 des Funktionsverstärkers 40 entsteht aus der Überlagerung der Spannungen an den Widerständen 58, 59 und 60. Die Spannung an dem Widerstand 59 ist über Teilerwiderstände 61, 62 und 63 der Generatorspannung direkt proportional. Die Spannung an dem Widerstand 58 ist eine Sägezahnspannung, die von einem Sägezahngenerator mit einem Doppelbasis-Transistor 66 geliefert wird. Der Transistor 66 hat eine negative Widerstandscharakteristik, so daß über einen Teil seines Arbeitsbereichs die Spannung vom Emitter zur einen Basis b\ abnimmt, wenn der Strom von seinem Emitter zu dieser Basis b\ zunimmt. Die andere Basis 62 ist mit einem Spannungsteilernetzwerk verbunden, das aus einem Widerstand 70 und einer Zenerdiode 71 besteht. Ein den Emitter 64 und die Basis b\ verbindender Kondensator 69 wird über den Widerstand 67 geladen, bis der negative Widerstandsbereich des Transistors 66 erreicht ist. Der Transistor 66 wird dann leitend und die Spannung vom Emitter 64 zur Basis b\ fällt stark ab. Der Kondensator 69 wird dann über den Transistor 66 entladen. Die durch das Laden und Entladen des Kondensators 69 erzeugte Spannung wird über einen Spannungsteiler 68a, 686 und einen Kondensator 72 sowie den Widerstand 58 auf den Eingang 41 des Funktionsverstärkers 40 gegeben.

F i g. 2A zeigt den Spannungsverlauf an den Eingängen 41 und 42 und Fig. 2B am Ausgang 43 des Verstärkers 40. In Fig.2A stellt die Linie 73 den Spannungsverlauf am Eingang 42 dar. Die Linie 74 stellt die der Generatorausgangsspannung proportionale Spannung am Eingang 41 dar, der die Sägezahnspannung 75 des Sägezahngenerators überlagert wird. Die durch die Linie 74 dargestellte Ausgangsspannung ist wesentlich größer als die durch die Linie 73 dargestellte Bezugsspannung. Wenn die Sägezahnspannung 75 unter die Bezugsspannung 73 fällt, werden die Transistoren 52 und 53 leitend und wenn die Sägezahnspannung 75 über die Bezugsspannung 73 steigt, sperren die Transistoren 52 und 53. Die Feldwicklung 13 wird während der positiven Teile der Ausgangsspannung 76 des Funktionsverstärkers 40 erregt.

Die Fig.2C und 2D zeigen den Spannungsverlauf, wenn die Ausgangsspannung des, Generators nahezu gleich oder gleich der BezugMSpanr.ung ist Fig.2D zeigt, daß in diesem Fall die Feldwicklung 13 länger gespeist wird.

Wenn die Ausgangsspannung 74 des Generators unter die Bezugsspannung 73 fällt, überschreitet das Tastverhältnis der Stromimpulse in der Feldwicklung 13 einen Wert von 50%, so daß sich eine nahezu konstante F.rregung ergibt Der Spannungs;verlauf für diesen Fall ist in den F i g. 2E und 2F gezeigt Das Taktverhältnis und der Erregungspegel für einen bestimmten Generator können durch Änderung der Steigung und der Amplitude der Sägezahnspannung 75 geändert werden.

Die über den Widerstand 60 dem Eingang 41 des Funktionsverstärkers zugeführte Spannung dient dazu, die Belastung zwischen dem Generator 5 und anderen nicht gezeigten parallelgeschalteten Generatoren auszugleichen. Diese Spannung wird über eine Leitung 91 von einem Funktionsverstärker 77 zugeführt, der die Belastungsdifferenzen zwischen dem Generator 5 und den anderen Generatoren ermittelt Der Ausgang 89 des Funktionsverstärkers 77 ist über eine Parallelschaltung eines Widerstands 78 und eines Kondensators zu dem einen Eingang 79 rückgekoppelt. Der andere Eingang 81 erhält über die Parallelschaltung eines Widerstandes 92 und eines Kondensators von der Bezugsspannungsquelle Er die Bezugsspannung. Die Eingänge 79 und 81 sina über Eingangswiderstände 80 und 82 mit den beiden Enden eines Widerstands 83 verbunden, der über einen Widerstand 93 mit dem Anschluß 15 des Generators 5 und über einen Schalter 84 und eine Leitung Emit den anderen Generatoren verbunden ist. Die Größe des Stroms, der von dem Generator 5 und den anderen, parallelgeschalteten Generatoren geliefert wird, wird dadurch festgestellt, daß die an dem Anschluß 15 auftretende Spannung mit der an dem entsprechenden Anschluß der anderen Generatoren auftretenden Spannung verglichen wird. Wenn von dem Generator 5 an die Leitung L ein zunehmender Strom abgegeben wird, wird die Spannung an dem Anschluß 15 zunehmend negativ gegenüber dem geerdeten Anschluß 17. Da der Widerstand 83 mit dem Anschluß 15 und der Leitung E verbunden ist, wird die Größe und Polarität jeder Spannungsdifferenz /wischen dem Anschluß 15 und der Leitung fiiber den Widerstand 83 ermittelt.

Die Spannung am Anschluß 15 des Generators 5 liegt unter dem Gleichtakt-Eingangssignalbereich des Funktionsverstärkers 77. Um die Spannung an dem Widerstand 83 auf das von dem Funkticnsverstärker 77 benötigte Niveau zu heben, sind die Eingangswiderstände 80 und 82 über Zenerdioden 85, 86 in Reihe zu Widerständen 87 und 88 mit dem Widerstand 83 verbunden. Die Zenerdioden 85 und 86 haben die gleiche Zenerspannung, so daß die Spannung über dem Widerstand 83 auf die Eingangswiderstände 80 und 82 des Funktionsverstärkers 77 unter Beibehaltung ihrer relativen Größe und ihrer Polarität, jedoch im Pegel entsprechend dem Arbeitsbereich des Funktionsverstäikers 77 umgewandelt übertragen wird. Der zu dem Widerstand 83 in Reihe geschaltete Widerstand 93 dient zur Entkopplung der Zenerdiode 85 von dem Anschluß 15. Zu der Feldwicklung 13 des Generators 5 ist eine Diode 57 parallelgeschaltet, die für den Induktionsstrom einen Stromweg schafft, der fließt, wenn der Erregerstrom abgeschaltet wird.

Die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 77 wird über ein Filter, bestehend aus dem Widerstand 94

und dem Kondensator 95 zu dem Eingangswiderstand 60 des Funktionsverstärkers 40 übertragen. Dieses Ausgangssignal wird auch über einen Schalter 90 zu einer nicht gezeigten Schaltungsanordnung übertragen, die bei Auftreten von Fehlfunktionen die Schalter 19,84 und 90 öffnet und den Generator 5 von den parallelgeschalteten Generatoren trennt.

Wenn der Generator 5 einen größeren Stromanteil an die Leitung L als die anderen Generatoren abgibt, wird die Spannung an dem Anschluß 15 negativer als die Spannung auf der Leitung £ Diese Spannungsdifferenz wird über den Widerstand 83 auf die Eingangswiderstände 80 und 82 des Funktionsverstärkers 77 übertragen. Die Spannung am Eingang 79 wird bezüglich der Spannung am Eingang 81 negativ, so daß die Ausgangsspannung des Funktionsverstärkers 77 positiv wird. Das am Ausgang 89 des Funktionsverstärkers 77 auftretende Signal wird über den Widerstand 6C auf den Eingang 41 des Funktionsverstärkers 4C übertragen, wo es mit der der Ausgangsspannung des Generators proportionalen Spannung und der Sägezahnspannung des Sägezahngenerators kombinieri wird. Die Spannung an dem Eingang 41 wird somii bezüglich der Spannung an dem Eingang 42 positiver, se daß die Breite der zu der Feldwicklung 13 übertragenen •mpulse entsprechend den Fig. 2A und 2F abnimmt Dadurch wird die Speisung der Wicklung 13 verringert und die Belastung auf die parallelgeschalteten Generatoren verteilt. Wenn die Spannung an dem Anschluß 15 des Generators 5 gegenüber der Spannung auf dei Leitung E positiv ist, ergibt sich der umgekehrte Vorgang.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronischer Regler ,zur Regelung der Ausgangsspannung eines Gleichstrom-Generators durch Steuerung der Felderregung mit einem Gleichspannungs-Istwertgeber, einem Bezugsspannungsgeber, einem Oszillator zum Erzeugen einer Sägezahnspannung, einer Einrichtung zur Überlagerung der Istwert-Gleichspannung und der Sägezahnspannung, deren Ausgangssignal sich mit der Gleichspannung ändert, einem an diese Einrichtung angeschlossenen bistabilen Funktionsverstärker, einer an den Ausgang des Funktionsverstärkers angeschlossenen statischen Steuereinrichtung und einem von dieser steuerbaren, mit der Feldwicklung des Generators in Reihe liegenden statischen Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zener-Diode (44) vorgesehen ist, deren Anode mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers (40) und deren Kathode mit dem Eingang der Steuereinrichtung (48) und mit dem Ausgang (38) des Generators (11) verbunden ist, welche Zener-Diode (44) so ausgelegt ist, daß sie sperrt, wenn das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers (40) einer. bestimmten Wert überschreitet, und daß sie leitet, wenn das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers (40) einen bestimmten Wert unterschreitet, so daß der statische Leistungsschalter (52, 53) den Stromfluß zur Feldwicklung (13) unterbricht bzw. leitet.