DE1913809A1

DE1913809A1 - Spannungsregler fuer einen permanentmagnetisch erregten Wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE1913809A1
Application number: DE19691913809
Authority: DE
Inventors: Peter Pfeffer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1969-03-19
Publication date: 1970-10-01
Also published as: US3660752A; FR2031062A6; GB1306296A; SE354552B

Description

R. 9390
10.2.1969 Rb/Sz

Anlage zur

Patent- ^aad- Anmeldung
^AnmelcluI1S

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart W, Breitscheidstr. 4

Spannungsregler für einen permanentmagnetisch. erregten Wechselstromgenerator

(Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung P 17 63 303.3 - R- 914-2)

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler für einen permanentmagnetisch erregten Wechselstromgenerator, der mit einer nachgeschalteten GIeichrichteranordnung zum Anschluß eines Gleichstromnetzes versehen ist, nach Patentanmeldung P 17 63 303.3 (R. 9142).

Permanentmagnetisch erregte Wechselstromgeneratoren werden meist für Geräte mit geringer Leistungsaufnahme benötigt, z. B. Baumsägen, Motorfahrräder (Mopeds), Motorschlitten (Schneescooter)

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und kleine Kraftfahrzeuge. Vielfach ist es hierbei unerwünscht, für das Gleichstromnetz eine besondere Batterie zu verwenden, d. h. der Spannungsregler muß für Betrieb ohne Batterie geeignet sein. Die Regelung muß dabei so gut sein, daß die an den Generator angeschlossenen- Lampen keine zu hohen Spannungen bekommen und eine ausreichende Lebensdauer haben.

Eine einfache und preiswerte Lösung dieses Problems ergibt sich nach der Erfindung bei einem eingangs genannten Spannungsregler dadurch, daß parallel zu mindestens einem Teil der Ausgangswicklung des Generators ein steuerbarer Halbleiterschalter geschaltet ist, und daß zum Steuern dieses Halbleiterschalters eine an das Gleichstromnetz anschließbare optoelektronische Einrichtung vorgesehen ist. Durch die Verwendung der optoelektronischen Einrichtung erhält man eine Nachbildung der Verhältnisse an den angeschlossenen Leuchten der verwendeten Einrichtung, z. B. der Scheinwerfer eines Fahrzeugs, und damit eine sehr gute Regelung auch ohne Batterie.

Mit besonderem Vorteil geht man dabei so vor, daß die optoelektronische Einrichtung eine an das Gleichstromnetz anschließbare Glühlampe und einen dem Steuerkreis des Halbleiterschalters zugeordneten, fotoelektrischen Empfänger aufweist. Eine derartige Glühlampe mißt den Effektivwert der Spannung, der für die Lebensdauer von Leuchten mit Glühdrahtwendeln ausschlaggebend ist. Dieser Effektivwert ist z. B. auch wichtig, wenn wärmegesteuerte Blinkgeber verwendet werden, wie sie z. B. regelmäßig in Autos zur Fahrtrichtungsanzeige eingebaut sind.

Dabei hat es sich als außerordentlich vorteilhaft erwiesen, im Betrieb die Glühlampe nur bis zur Rotglut zu erhitzen, da hierdurch ihre Lebensdauer und Schüttelfestigkeit sehr stark zunehmen-. Man erreicht so ohne weiteres die erforderliche

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Lebensdauer. Die Rotglut kann so schwach sein, daß sie mit dem Auge kaum erkennbar ist; bei dieser Temperatur verdampft die Glühwendel praktisch noch nicht, so daß der Glaskolben der Glühlampe nicht geschwärzt wird und die geregelte Spannung deshalb praktisch während der gesamten Lebensdauer weitgehend gleich bleibt.

Als fotoelektrische Einrichtung verwendet man zweckmäßig einen Fotowiderstand, also einen Widerstand, dessen Wert von der auf ihn fallenden Strahlung abhängig ist.

Eine besonders vorteilhafte Schaltungsweise unter Verwendung eines derartigen Fotowiderstands ist dadurch gekennzeichnet, daß der fotoelektrische Empfänger als Fotowiderstand ausgebildet ist und einen Teil eines an das Gleichstromnetz anschließbaren, dem Steuerkreis des Halbleiterschalters zugeordneten Spannungsteilers bildet. Dieser Spannungsteiler mißt also einerseits im Betrieb direkt den Absolutwert der Spannung am Gleichstromnetz, ist aber andererseits noch zusätzlich in seinem Teilerverhältnis abhängig vom Effektivwert dieser Spannung. Während die Messung über die Glühlampe mit einer gewissen, sehr geringen Zeitverzögerung erfolgt, ist diese direkte Messung praktisch verzögerungslos.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt einen von einem symbolisch dargestellten Permanentmagneten 10 erregten Einphasengenerator 11 mit zwei in Serie geschalteten Ausgangswicklungen 12, 13» deren Verbindungspunkt 14 mit der negativen Leitung 15 eines Gleichstromnetzes

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verbunden ist, während ihre beiden freien Enden in Mittelpunkt-Gleichrichterschaltung über je eine Diode 16, 17 an die positive Leitung 18 dieses Gleichstromnetzes angeschlossen sind. Es soll hier darauf hingewiesen werden, daß statt eines Einphasengenerators selbstverständlich auch ein Mehrphasengenerator verwendet werden kann. Die Wicklungen 12, 13 sind magnetisch über den Eisenkreis des Generators 11 miteinander gekoppelt, wie das bei fast allen elektrischen Maschinen der Pail ist, so daß hierzu auf die bekannten Lehrbücher über elektrische Maschinen verwiesen werden kann.

An das Gleichstromnetz 15, 18 können über einen Schalter 21 ein oder mehrere Verbraucher 22 angeschlossen werden, z. B. Scheinwerfer, Zündung oder ggf. auch eine Batterie. Es ist Jedoch ein besonderer Vorteil der vorliegenden Anordnung, daß sie auch ohne Batterie betrieben werden kann.

Parallel zur Ausgangswicklung 12 ist als steuerbarer Halbleiterschalter ein ein Teil eines Spannungsreglers 23 bildender bidirektionaler Thyristor 24· nach Art eines sogenannten "Triac" geschaltet, so daß beim Leitendwerden dieses in beiden Richtungen zur Stromleitung fähigen Triac 24 die Wicklung 12 kurzgeschlossen wird; durch die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen 12 und 13 wird damit praktisch auch die Wicklung 13 kurzgeschlossen, so daß die Ausgangsspannung des Generators 11 in diesem Fall auf einen sehr niedrigen Wert reduziert wird.

Der Spannungsregler 23 dient dazu, den Triac 24 einzuschalten, wenn die Spannung am Gleichstromnetz 15, 18 zu hoch wird. Mit der Steuerelektrode des Triac 24 ist über einen Widerstand 26 der Kollektor eines pnp-Transistors 27 verbunden, dessen Emitter mit der Plusleitung 18 verbunden ist, während seine Basis mit der Kathode einer Zenerdiode 30 und - über einen Wider-

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stand 28 - mit der Plusleitung 18 verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode 30 ist an einen Verbindungspunkt 29 angeschlossen, der über einen Widerstand 32 mit der Plusleitung 18 und über einen Fotowiderstand 35 und einen mit diesem in Serie liegenden Widerstand 34· mit der Minusleitung 15 in Verbindung steht. Ersichtlich bilden die Widerstände 32, 33 ₅ 34· zusammen einen am Gleichstromnetz 15, 18 liegenden Spannungsteiler, welcher einen Abgriff 29 hat_}und gehören zum Steuerkreis des Triac 24·.

Der Fotowiderstand 33, der bei Beleuchtung in bekannter Weise seinen Widerstand vermindert, ist zusammen mit einer hier als optoelektronische Einrichtung dienenden Glühlampe 35 (z. B. 6 V; 0,6 W) in einem lichtdichten Behälter 36 angeordnet; dieser ist ebenso wie die übrigen' Schaltelemente des Reglers 23 direkt auf einer Platte mit einer gedruckten Schaltung angeordnet. Die Glühlampe 35 kann z. B. über ein angeschweißtes oder angeklebtes Glasfaser-Lichtleitbündel direkt mit dem Fotowiderstand verbunden sein, um ihre Strahlungsleistung möglichst optimal auszunützen. Ihr Abstand vom Fotowiderstand 33 ist genau fixiert.

Elektrisch ist sie einerseits direkt mit der Minusleitung andererseits über einen Justierwiderstand 37 mit der Plusleitung 18 verbunden. Der Widerstand 37 dient zum Einstellen der gewünschten Spannung, und zwar'dadurch, daß der Strom durch die Glühlampe 35 bei Nennspannung, z. B. 12 V, in der Weise eingestellt wird, daß diese dunkelrot glüht. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Glühen so einzustellen, daß man es nur in einem dunklen Raum erkennen kann, da man in diesem Fall eine besonders hohe Schüttelfestigkeit und Lebensdauer sowie eine optimale Langzeitkonstanz der Regelspannung erhält.

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Für den Spannungsteiler 32, 33» 34· und die Zenerdiode 30 haben sich ζ. B. bei einem 12 V-Generator folgende Werte als praktisch erwiesen:

Zenerdiode 30 Zenerspannung 8 V, Typ BZY

Widerstand 32 '. 6,8 kOhm

Foto-Widerstand 33 ^0SI> 61

Widerstand 34 2,5 kOhm

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt:

Beim Anlaufen erreicht die Ausgangsspannung des Generators zunächst nicht die Betriebsspannung, so daß die Lampe 35 keine sichtbare Strahlung abgibt und der Fotowiderstand 33 sehr hochohmig ist. Die Zenerdiode 30 erhält nur eine kleine Spannung und ist deshalb nichtleitend; entsprechend ist auch der Transistor 27 gesperrt und der Triac 24 erhält keinen Strom an seiner Steuerelektrode 25, so daß er ebenfalls nichtleitend ist.

Steigt bei höheren Drehzahlen oder bei niedriger Belastung die Spannung am Gleichstromnetz 15, 18 über einen bestimmten Wert hinaus an, so leuchtet auch die Glühlampe 35 stärker, so daß der Widerstand 33 mehr Strahlungsenergie erhält und sein Widerstandswert abnimmt. Gleichzeitig nimmt die Spannung am Spannungsteiler 32, 33, 34 zu, so daß die Zenerdiode 30 leitend wird und auch der Transistor 27 einen Basisstrom erhält und . leitend wird. Dadurch erhält die Steuerelektrode 25 des Triac 24 einen Strom von der Plusleitung 18 und schließt wie oben beschrieben den Generator 11 kurz. Dadurch fällt dessen Ausgangsspannung ab, die Lampe 35 wird wieder dunkler, der Triac .24 sperrt wieder beim Nulldurchgang der an ihm liegenden Spannung und das beschriebene Schaltspiel wiederholt sich von neuem.

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Selbstverständlich können statt Glühlampen und Fotowiderständen auch andere optoelektronische Einrichtungen verwendet werden, z. B. sogenannte kalte Lichtquellen auf Halbleiterbasis und entsprechende Sensoren. Die im Beispiel beschriebene Anordnung hat jedoch den Vorteil, daß sie sich mit dem derzeit erhältlichen Bauelementen außerordentlich preiswert herstellen läßt.

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Claims

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Ansprüche

1.^Spannungsregler für einen permanentmagnetisch erregten Wechselstromgenerator, der mit einer nachgeschalteten Gleichrichteranordnung zum Anschluß eines Gleichstromnetzes versehen ist, nach Patentanmeldung P 17 63 303-3 (R. 914-2), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu mindestens einem Teil (12) der Ausgangswicklung (12, 13) des Generators (11) ein steuerbarer Halbleiterschalter (24) geschaltet ist, und daß zum Steuern dieses Halbleiterschalters (24) eine an das Gleichstromnetz (15, 18) anschließbare optoelektronische Einrichtung (36) vorgesehen ist.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische Einrichtung (36) eine an das Gleichstromnetz (15, 18) anschließbare Glühlampe (35) und. einen dem Steuerkreis des Halbleiterschalters (24) zugeordneten fotoelektrischen Empfänger (33) aufweist.

5* Spannungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die G-Iülilampe (35) isa Betrieb nur bis zur Rotglut erhitzt wird ο

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4. Spannungsregler nach Anspruch 3₅ dadurch, gekennzeichnet, daß die Rotglut eine schwache, mit dem Auge kaum wahrnehmbare Rotglut ist.

5. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fotoelektrische Empfänger als Fotowiderstand (33) ausgebildet ist und einen Teil eines an das Gleichstromnetz anschließbaren, dem Steuerkreis des Halbleiterschalters (24) zugeordneten Spannungsteilers bildet.

6. Spannungsregler nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß ein Abgriff (29) des den Fotowiderstand (33) enthaltenden Spannungsteilers (32, 33, 34) über eine Zenerdiode (30) mit der Basis eines dem Steuerkreis des Halbleiterschalters (24) zugeordneten Transistors (27) verbunden ist.

7· Spannungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter als schaltbarer bidirektionaler Thyristor nach Art eines sogenannten Triac (24) ausgebildet ist.

8. Spannungsregler nach Anspruch 7» dadurch, gekennzeichnet, daß der bidirektionale Thyristor (24) parallel su der einen Teil-=*- wicklung (12) eines zwei in Serie geschaltete, magnetisch miteinander gekoppelte Teilwicklungen (12, 13) aufweisende.*.!; P'er-sianencmagnetgeiierabors (11) anscliließbar is-fec

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9· Spannungsregler nach Anspruch. 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelpunkt-Gleichrichterschaltung (16, 17) die beiden Teilwicklungen (12, 13) mit dem Gleichstromnetz (15, 18) verbindet.

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