DE1919890A1

DE1919890A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Pruefen eines Spannungsreglers

Info

Publication number: DE1919890A1
Application number: DE19691919890
Authority: DE
Inventors: Wilson Raymond Mic Christopher
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1969-01-15
Filing date: 1969-04-19
Publication date: 1970-09-10
Also published as: JPS5011562B1; ES366611A1; FR2028321A1; DE1919890B2; US3581205A; DE1919890C3; GB1241233A

Description

Joseph Lucas (Industries) Limited 17» April I969

Great King Street., 25 14-7 Ma/He

Birmingham / England

Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen eines Spannungsreglers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Prüfen eines Spannungsreglers, der die Ausgangsspannung eines mit einer Feldwicklung ausgestattenen Weehselstromgenerators regelt. Der Spannungsregler besitzt Schaltmittel, die auf die Ausgangsspannung des Generators ansprechen und-die das Anlegen einer Spannung mit rechteckiger Wellenform an die Feldwicklung des Generators derart steuern, daß die Ausgangsspannung des Generators im wesentlichen konstant gehalten wird» -

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Prüfung eines solchen Spannungsreglers ermöglicht.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an den Anschlüssen der Vorrichtung zum Prüfen des Spannungsreglers und der Feldwicklung ein Simulator liegt, der an den genannten Anschlüssen ein Signal erzeugt, das dem Signal, _t das vom Generator kommt, entspricht, daß die vom Spannungsregler kommenden Signale über den Anschluß an die Vorrichtung rückfUhrbar sind, in der Vorrichtung gezählt werden und von einer Kontrolleuchte eine vorbestimmte Anzahl dieser Signale angezeigt wird und daß in dem Stromkreis der Vorrichtung eine Einrichtung derart .geschaltet ist, daß sie eine Beschädigung der Vorrichtung infolge von im Spannungsregler auftretenden Fehlern verhindert,

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Prüfen eines Spannungsreglers, der die Ausgangs-

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Spannung eines mit einer Feldwicklung ausgestatteten Wechsel= Stromgenerators regelt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung ein Signal erzeugt wird* das das vom Generator dem Spannungsregler zugeführte Signal simuliert₅ dieses Signal an den Spannungsregler angelegt wird und die vom Spannungs regler erzeugten., sonst an der Feldwicklung des Generators erscheinenden Rechteckwellen-Signale in die'Vorrichtung zurück= geleitet und gezählt werden und nach einer vorbestimmten An= zahl der Rechteckwellen-Signale eine Anzeige erhalten wird _s daß der Spannungsregler vorschriftsmäßig arbeitet»

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden*, · ;

Es zeigens

Fig. 1 ein Schaltungsschema einer bekannten Art eines SpannungsreglerSj der mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung überprüft werden

Fig, 2 ein Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels- der Vorrichtung gemäß der Erfindung»

In FIg₀ 1 enthält der Spannungsregler Eingangsklemmen 11 und die an die positive bzw. negative Klemme einer Kraftfahrzeugbatterie angeschlossen werden.,, die von dem Wechselstromgenerator über einen Doppelweggleichriehter aufgeladen·wird». Der Wechselstromgenerator enthält eine Feldwicklung,, die zwischen einer Feldklerarae 13* die einen Teil des Spannungsreglers bildet und einer Klemme 11 angeschlossen ist»

.Zwischen den Klemmen 11 und 12 ist eine Widerstandskette lH-_s und 16 geschaltet, wobei ein veränderbarer Punkt auf dem Widerstand 15 über eine Z@nerdiode 17 an die Basis eines n=p-n-Transistors 18 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 18-liegt an der Klemme 12 und der Kollektor ist über einen Widerstand 19 mit der· Klemme 11 verbunden* Der Kollektor des Tran=

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sistors l8 ist ferner mit der Basis eines n-p-n-Transistors 20 Verbunden, dessen Emitter an der Klemme 12 liegt und dessen Kollektor mit der Klemme 13 verbunden ist. Die Klemme 13 ist mit der Basis des Transistors l8 über einen Kondensator 21 und einen Widerstand 22 in Reihe geschaltet und ist ferner mit der Klemme 11 über eine Diode 23 verbunden. Ein Kondensator 24 ist zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors l8 geschaltet, um Radiostörungen herabzusetzen.

In Betrieb, wenn die Ausgangsspannung des Generators sich unterhalb eines vorbestimmten Wertes befindet^ ist die Zenerdiode

17 im nichtleitenden Zustande und der Transistor l8 ist abgeschaltet, so daß der Strom, der durch den Widerstand 19 fließt, den Transistor 20 in den leitenden Zustand versetzt, der den Strom zu der Feldwicklung leitet. Wenn eine vorbestimmte Spannung erreicht wird, wird die Zenerdiode 17 gezündet und schaltet den Transistor l8 ein, so daß der Strom, der durch den Widerstand 19 fließt, über den Transistor 18 abgeleitet wird. Die Rückkopplungsverbindung über den Kondensator 21 und den Widerstand 22 bewirkt, daß die Schaltung zwischen einem ersten Zustande, in dem der Transistor 20 voll leitet und der Transistor

18 abgeschaltet ist und einem zweiten Zustand, in dem der Transistor 20 abgeschaltet und der Transistor 19 leitet, oszilliert. Das Verhältnis der Einschalt- bzw. Ausschaltdauer wird durch den Strom bestimmt, der'durch die Zenerdiode 17 fließt, der wiederum durch die Spannung"zwischen den Klemmen 11 und 12 bestimmt wird. Auf diese Weise wird eine Spannung von rechteckiger Wellenform in der Feldwicklung erzeugt, wobei die Stromstärke durch den Stromfluß bestimmt wird, der über die Zenerdiode 17 fließt, so daß die Ausgangsspannung des Generators im wesentlichen konstant gehalten wird» Die Diode 23 ist vorgesehen, um die gegenelektromotorische Kraft, die in der Feldwicklung erzeugt wirdj, zu leiten«

In Fig. 2 enthält die Schaltung der Prüfvorrichtung eine Spannungsquelle J>0 für einen gleichgerichteten WechseIstrom> welche Energie an eine positive Klemme 3I und an eine negative Klemme

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32 liefert» Die Vorrichtung enthält ferner Klemmen"11a, 12a und 13a, die beim Prüf Vorgang an die Klemmen 11, 12, 13 von Pig. 1 angeschlossen werden. Die Klemmen 32 ist mit der Klemme 12a verbunden und ist geerdet, während die Klemme 31 über einen Widerstand 3^ an eine Versorgungsleitung 35 angeschlossen ist. Die Klemmen 31 und 32 sind mittels eines Glättungskondensators

33 überbrückt.

In Reihe zwischen der Leitung 35 und der Klemme 32 sind ein Widerstand 36 und die Kollektor-Emitter-Bahn eines n-p-n-Transistors 37 geschaltet. Die Basis des Transistors 37 ist mit der Klemme 32 über einen Widerstand 38 verbunden und ist ferner über eine Zenerdiode 39 an einen veränderbaren Abgriff auf einem Widerstand 40 angeschlossen. Ein Ende des Widerstandes 40 ist mit der Klemme 32 über einen Widerstand 41 verbunden und das andere Ende des Widerstandes 40 ist an den Emitter eines n-p-n-Transistors 42 angeschlossen, dessen Kollektor an der Leitung 35 liegt und dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist. Der Emitter des Transistors 42 ist mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors 43 verbunden, dessen Kollektor ferner mit der Leitung 35 über einen Widerstand 44 und dessen Emitter über eine Diode 45 und einen Kondensator 46 mit der Leitung 32 verbunden ist. Die Verbindungsstelle der Diode 45 und des Kondensators 46 ist über einen Widerstand 47 mit der Basis eines n-p-n-Transistors 48 verbunden, dessen Emitter an der Klemme 32 liegt und dessen Kollektor an die Leitung 35 über einen Widerstand 49 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 48 ist ferner über eine Diode 5I und eine Zenerdiode 52 mit der Basis des Transistors 37 verbunden.

Die Basis des Transistors 43 ist mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors 53 verbunden, dessen Kollektor ferner über einen Widerstand 54 mit dem Kollektor des Transistors 43 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 53 ist über Dioden 55, 56 in Reihe mit der Klemme 32 verbunden, während dessen Basis über einen Widerstand 57 an der Klemme 13a liegt, die ferner über einen Widerstand 58 mit der Verbindungsstelle zwischen der Diode 4.5 und dem Kondensator 4ö verbunden ist. Ein vieiterer An-

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Schluß von der Klemme IJa wird über einen Widerstand 59 und einen Kondensator 6l in Reihe zu der Kathode einer Diode 63 und der Anode einer Diode 62 hergestellt. Die Anode der Diode 63 liegt an der Klemme 32 und die Kathode der Diode 62 liegt an der Verbindungsstelle eines Widerstandes 6H- und eines Kondensators 65* die in Reihe zwischen der Basis eines n-p-n-Transistors 66 und der Klemme 32 geschaltet sind» Der Transistor 66 liegt mit seinem Emitter an der Klemme 32 und dessen Kollektor ist über einen Widerstand 67 und eine Kontrolleuchte 68 mit der Klemme 31 verbunden., die außerdem über einen handbetätigten Kontakt 69 und ein Relais 71 in Reihe mit der Klemme 32 verbunden ist. Das Relais 71 ist mittels einer Diode 72 überbrückt und betätigt zwei Kontakte 7Ia₅ 71b. Im nichterregten Zustande des Relais verbindet der Kontakt 71b die Klemme 11a mit der Kathode der Diode 45 und der Kontakt 71a schaltet ein Anzeigegerät 73 zwischen die Klemme 21a und die Klemme lla ein. Bei Erregung des Relais ¹Jl werden die Kontakte 71&* 71b derart bewegt, daß die Klemme lla mit der Klemme 12a verbunden ist und das Anzeigegerät 73 zwischen die Klemme 12a und die Kathode der Diode 45 geschaltet wird.

Die Vorrichtung erzeugt zwischen der Kathode der Diode 4-5 und der Klemme J>2 ein Signal, das die Ausgangsspannung eines Wechselstromgenerator simuliert. Dieses Signal wird an den Spannungsregler angelegt, der, falls er vorschriftsmäßig arbeitet, eine Ausgangsspannung mit rechteckiger Wellenform an diessen Klemme 13 erzeugt. Die Spannung wird über die Klemme 13a zurück In die Vorrichtung geleitet, die eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen zählt, wonach die Kontrolleuchte 68 aufleuchtet und somit anzeigt, daß der Spannungsregler ordnungsgemäß arbeitet. Eine weitere Prüfung wird hierauf ausgeführt um festzustellen, ob die Diode 23 des Spannungsreglers in Ordnung ist. Diese Prüfung soll nachstehend noch näher erläutert werden.

Zunächst wird in der Schaltung gemäß der Erfindung die Aus gangsspannung von der Stromquelle 30 durch den Kondensator 33 geglättet. Bei der Stromquelle 30 werden, falls erforderlich, Überlastungssicherungen vorgesehen, die die Vorrichtung vor

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einem hohen Anfangsladestrom schützensollen,,; wenn die "'Vorrichtung eingeschaltet wird. Die Transistoren 37 und 42, die Zenerdiode 39.und die Widerstände 4l, 40, 38 und 36 bilden einen Spannungsregler von einer bekannten Art_s der die Spannung zwischen der Leitung 35 und der Klemme- 32 bestimmt,, Der Transistor 42 empfängt.über den Widerstand 36 einen"Basisstrom und falls die Spannung in der Leitung 35 über einen vorbestimmten Wert", ansteigtj, der durch die Stellung des Abriffes auf dem Widerstand 40 ausgewählt -wird, wird die Zenerdiode 39 gezündet und liefert Basisstrom an den Transistor 37* der in seinem eingeschalteten Zustande Basisstrom von dem Transistor 42 ableitet.

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Der Simulator des Wechselstromgenerators enthält die Dioden 55* 56 und 45* die Transistoren 53* 43„ die Widerstände "57, und 54 und den Kondensator 46. Die Dioden 55 und 56 bilden eine nichtlineare Bahn zwischen dem Emitter des Transistors 53 und der Klemme 32 und halten das Emitterpotential des Transistors 53" im wesentlichen konstant, wenn sich der Transistor 53 im leitenden Zustande befindet» Der Transistor 55 wirkt als ein einstufiger Gleichstromverstärker, dessen Basis-Emitter-Strom von der Klemme 13a gespeist wird und ist auf diese Weise direkt proportional dem Strom der Feldwicklung^ der von dem Spannungsregler während der Prüfung zugeführt wird» Der Transistor 53 bewirkt eine 'Phasenänderung von Ϊ8θ° und dessen. Ausgang steuert den Transistor 43 und erzeugt eine Ausgangsspannung an der Kathode der Diode 45 zu der Klemme lla» Falls der Spannungsregler in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit einem. Wechselstromgenerator verwendet wird, wird das Potential zwischen den Klemmen lla und 12a durch den Strom, der in der Feldwicklung fließt, verändert. In dem Simulator wird kein Strom an die Feldwicklung angelegt, jedoch stattdessen fließt er über die Klemmen 13 und 13a und steuert den Transistor 53, der seinerseits die Ausgangsspannung des Transistors 43 steuert, so daß die Ausgangsspannung zwischen den Klemmen lla, 12a in der gleichen W@i-* se geregelt wird, als wenn sich der Spannungsregler in Betrieb mit einem Wechselstromgenerator befindet.

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Es ist von besonderer Bedeutung, daß die Vorrichtung gegenüber Fehlern, die in dem Spannungsregler auftreten können, geschützt wird, so daß diese Fehler die Vorrichtung nicht zerstören oder beschädigen können. Wenn die Vorrichtung zum erstenmal angeschlossen wird, steigt die Ausgangsspannung der Quelle 30 schnell" bis zu ihrer normalen Betriebshöhe an und der Widerstand 34 schützt den Kondensator 46, die Diode 45 und die Transistoren 43 und 42. Wenn die Vorrichtung abgeschaltet wird, entladen sich die verschiedenen Kondensatoren der Schaltung und die Diode 45 verhindert bei der Entladung des Kondensators 46 eine Beschädigung des Transistors 4J₄

Der Transistor 48, die Widerstände 47 und 49, die Diode 51 und die Zenerdiode 52 sind in der Schaltung angeordnet, umeine Beschädigung für den Fall zu verhindern, daß der Spannungsregler, der geprüft werden soll, einen inneren Kurzschluß enthält. Wenn ein solcher Fehler auftritt, liegt die Spannung an dem Kondensator 46 immer über einer vorbestimmten Höhe und der Widerstand 47 ist derart gewählt, daß in diesem Zustand der Transistor 48 voll leitend ist. Der Widerstand 49 begrenzt hierbei den Stromfluß durch den Transistor 48 auf einen sicheren Wert. Bei dieser Stufe befindet sich die Zenerdiode 52 im nichtleitenden Zustande. Falls jedoch aus irgend einem Grunde die Klemmen 11 und 12 des Spannungsreglers miteinander verbunden sind, also ein Kurzschluß vorliegt, wird der Kondensator 46 schnell entladen, wenn die Prüfvorrichtung an den Spannungsregler angeschlossen wird und der Transistor 48 wird abgeschaltet. Die Zenerdiode 52 wird jetzt gezündet und schaltet den Transistor 37 ein, so daß der Ausgangsstrom des Transistors 42 auf eine Höhe herabgesetzt wird, bei der die Prüfvorrichtung noch befriedigend, trotz eines Kurzschlusses, arbeiten kann.

Wie vorstehend erläutert _s wird das vorschriftsmäßige Arbeiten des Spannungsreglers, durch Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen mit rechteckiger Wellenform durchgeführt. Es ist außerordentlich wichtig, daß der Spannungsregler auf diese W_eise geprüft wird und nicht nur von der Vorrichtung angezeigt wird,, daß ein Strom an der Klemme IJa fließt. Falls die Anzahl der rechteckigen Impulse nicht gezählt wird, kann sonst die Prüf-

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vorrichtung anzeigen, daß der Spannungsregler in Ordnung ist, während er tatsächlich dauernd ohne Abzuschalten eine Ausgangsspannung an die Feldwicklung liefert und nicht wie es eigentlich erforderlich ist, intermittent arbeitet. Der Widerstand 59* der Kondensator 6l und die Dioden 62 und 63 bilden eine bekannte Diodenpumpschaltung zum Aufladen des Kondensatars 65 und nach einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen erreicht die Spannung an dem Kondensator 65 eine Höhe, bei der der Transistor 66 eingeschaltet wird, so daß die Kontrolleuchte 68 aufleuchtet. Auf diese Weise besteht alles was erforderlich ist, um einen Spannungsregler zu überprüfen, darin, daß der Spannungsregler fc mit der Prüfvorrichtung zusammengeschaltet und beobachtet wird, daß das Anzeigegerät 73 eine Spannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches anzeigt, wonach das Aufleuchten der Kontrollleuchte 68 beobachtet wird. Falls die Kontrolleuchte 68 nicht aufleuchtet, bedeutet das einen Fehler innerhalb des Spannungsreglers. Eine geeignete Anzahl von rechteckigen Impulssen, die gezählt werden sollen, ist beispielsweise 20.

Während des Prüfvorganges, der oben erwähnt wurde, zeigt das Anzeigegerät 73 die Ausgangsspannung des Simulators des Wechselstromgenerators an. Dieses Anzeigegerät wird außerdem verwendet, um einen weiteren Prüfvorgang durchzuführen, der erforderlich ist, um sicherzustellen, daß der Spannungsregler in Ordnung ψ ist. Während des Prüfvorganges, der wie vorstehend beschrieben ausgeführt wird, kann indessen keine Prüfung vorgenommen werden, die angibt, .daß die Diode 23 in Ordnung ist, da die Diode 23 nur wirksam ist, wenn die Feldwicklung angeschlossen ist und die umgekehrte Spannung an der Feldwicklung leitet. Es muß somit eine zweite Prüfung durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß die Diode 23 in Ordnung ist. Hierzu schließt die Bedienungsperson den Schalter 69/: so daß das Relais 71 erregt wird und die Kontakte 71a und 71b die Klemme 11a mit der Klemme 12a und die Kathode der Diode 45 mit dem Anzeigegerät 73 verbinden. Der Strom des Simulators des Wechselstromgenerators fließt jetzt . durch das Anzeigegerät 73 zu der Klemme 12a und in einer paral-

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lelen Bahn, die über den Widerstand 58, die Klemmen 13a, 13* die Diode 23, die Klemmen 11 und 11a und über den Kontakt 71b geschlossen wird. Falls die Diode 23 in Ordnung ist, wird der Transistor 53 abgeschaltet und der Transistor 43 leitet stark, so daß am Anzeigegerät 73 eine sehr hohe Anzeige auftritt, die so gewählt wird, daß sie oberhalb der Anzeigeskala liegt, Jedoch nicht genügend hoch ist, um das Anzeigegerät zu beschädigen. Auf diese Weise·zeigt die Bewegung des Zeigers des Anzeigegerätes 73 bei seinem vollen Zeigerausschlag, daß die Diode in Ordnung ist. Falls die Diode nicht in Ordnung ist, leitet der Transistor 53 stark und ein wesentlich schwächerer Strom fließt jetzt durch den Transistor 43, so daß das Anzeigegerät 73 somit einen sehr kleinen Anschlag anzeigt, der so gewählt wird, daß er sich unterhalb des anderen Endes der Skala befindet,

Einige Spannungsregler von der allgemeinen Art, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, besitzen 4 Ausgangsklemmen, von denen eine zum Anschluß an eine Kontrolleuchte vorgesehen ist. Zwei dieser Klemmen sind tatsächlich positive Klemmen und solche Spannungsregler können in exakt der gleichen Weise wie oben beschrieben, mittels der Vorrichtung überprüft werden. Hjerzu enthält die Prüfvorrichtung einen Satz von drei Klemmen, wie sie gezeigt ' sind, zum Anschluß an einen Spannungsregler mit drei Klemmen und einen zweiten Satz von vier Klemmen zum Anschluß an einen Spannungsregler mit vier Klemmen« Der Satz von vier Klemmen ist innerhalb des Prüfgerätes mit dem Satz von drei Klemmen derart verdrahtet, daß die Wirkungsweise des Prüfgerätes unbeeinflußt bleibt, ob ein Vier-Klemmen- oder ein Drei-Klemmen-Spannungsregler geprüft werden soll«

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

Λ1.)Vorrichtung zum Prüfen eines Spannungsreglers, der die Ausgangsspannung eines mit einer Feldwicklung ausgestatteten Weehselstromgenerators regelt und bei dem Schaltmittel angeordnet sind, die auf die Ausgangsspannung des Generators ansprechen, die die Spannung .an der Feldwicklung derart steuern, daß die Ausgangsspannung des Generators im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch gekennzelehnet, daß an den Anschlüssen (11a, 12a, 13a) der Vorrichtung für den ■ Spannungsregler und für die Feldwicklung ein Simulator (43, 45* 46, 53, 54, 55, 56, 57, 58) liegt, der an den genannten Anschlüssen ein Signal erzeugt, das-dem Signal, das vom Generator kommt, entspricht, daß die vom Spannungsregler kommenden Signale über den Anschluß (13a) an die Vorrichtung rückführbar sind, in der Vorrichtung gezählt werden und von einer Kontrolleuchte (68) eine vorbestimmte Anzahl dieser Signale angezeigt wird und daß in dem Stromkreis, der Vorrichtung eine Einrichtung {47, 48, 49, 51, 52) derart geschaltet ist_s daß sie eine Beschädigung der Vorrichtung infolge von im Spannungsregler auftretenden Fehlern verhindert,

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

_ zwischen einem der Eongangsanschlüsse (lla) und dem .Anschluß (13a) zur Feldwicklung eine Diode (45) derart geschaltet ist* daß sie die in der Feldwicklung gespeicherte Energie leitet und ferner eine Schalteinrichtung die Diode (45) vorspannt und daß eine Kontrolleuchte (68) derart geschaltet ist, daß sie eine Anzeige liefert, wenn die Diode (45) leitend ist.

3. Verfahren zum Prüfen eines Spannungsreglers, der die Ausgangsspannung eines mit einer Feldwicklung ausgestatteten Wechselstromgenerators regelt, dadurch gekennzeichnet, daß

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in der Vorrichtung ein Signal erzeugt wird, das das vom
Generator dem Spannungsregler zugeführte Signal simuliert, dieses Signal an den Spannungsregler angelegt wird und die vom Spannungsregler erzeugten, sonst an der Feldwicklung
des Generators erscheinenden Rechteckwellen-Signale in die Vorrichtung zurückgeleitet und gezählt werden und nach
einer vorbestimmten Anzahl der Rechteckwellen-Signale eine Anzeige erhalten wird, daß der Spannungsregler vorschriftsmäßig arbeitet.

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