DE2137919A1 - Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator - Google Patents
Spannungsregler für einen WechselstromgeneratorInfo
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Description
1 BERLIN 19 Bolivaraliee 9
TeU £©4 42 8S
W/Vh- 2770 23.7.71
General Motors Corporation, Detroit, Mich», V.St.A·
Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsr regler für einen Wechselstromgenerator mit zwei Feldwicklungen,
einer mehrphasigen Ausgangswicklung und einem die Feldwicklung speisenden Kreis mit mehreren gesteuerten Gleichrichtern und
mehreren Dioden.
Es sind Wechselstromgeneratoren "bekannt, bei
deuen das Feld durch ein oder mehrere Dauermagneten, eine Hauptfeldwicklung
und eine Gegenfeldwicklung erzeugt wird.
Der "Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
gregler einfachen Aufbaues zu schaffen, der die wechsel-
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weise Erregung beider Feldwicklungen steuert.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der die Feldwicklung speisende Kreis Wechselstromeingänge von jeder
Phase der Ausgangswicklung des Generators zwischen je einer
Diode und einem ihr zugeordneten gesteuerten Gleichrichter aufweist und seine Gleichspannungsausgänge mit der ersten Feldwicklung
verbunden sind, dass mit der Ausgangswicklung des Generators ein Spannungsteiler zum Abfühlen der Ausgangsspannung
des Generators verbunden ist, mit dem Elemente gekuppelt sind, die auch mit den Gittern der gesteuerten
Gleichrichter gekuppelt sind, um diesen von der Generatorausgangspannung abhängige Steuerimpulse zuzuleiten, dass ein gesteuerter
Gleichrichter zur Steuerung des Stroms durch die zweite Feldwicklung mit seiner Gitter-Kathodenstrecke parallel
zur Anoden-Kathodenstrecke des einen der gesteuerten Gleichrichter
liegt, und in den leitenden Zustand geschaltet wird, wenn die gesteuerten Gleichrichter im nichtleitenden Zustand
sind, während er' bei leitenden gesteuerten Gleichrichtern nichtleitend
wird, dass die zweite Feldwicklung in Reihe mit der Anoden-Kathodenstrecke des sie steuernden Gleichrichters liegt
und an den einen Gleichsxmnnungsausgang und einen der Wechselstromeingänge
des die Feldwicklung speisenden Kreises angeschlossen ist, so dass die Feldwicklungen abwechselnd in Abhängigkeit
von der Generatorausgangsspannun^ erregt werden,
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um eine im wesentlichen konstante Generatorausgangspannung
einzuregeln.
Durch den einfachen Aufbau des Spannungsreglers ■wird dieser "billig in der Herstellung und zuverlässiger im
Betrieb.
In v/eiterer Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, dass die mit dem Spannungsteiler gekuppelten Eier
mente einen Transistor enthalten, dessen Basiselektrode mit dem Spannungsteiler gekuppelt ist. Hierbei ist es zweckmässig,
wenn zwischen dem Spannungsteiler und den Gittern der gesteuerten Gleichrichter mindestens eine Diode in Reihe liegt, die
eine Spannung entwickelt, die bei voll leitendem Transistor das Zuleiten von Steuersignalen vom Transistor zu den Gittern unterbindet.
In <3er Zeichnung ist ein Schaltbild eines
Spannungsreglers nach der Erfindung dargestellt.
Das Schaltbild stellt eine elektrische Anlage für ein Kraftfahrzeug dar, die einen Wechselstromgenerator
enthält. Dieser weist eine dreiphasige im Stern geschaltete Ausgangswicklung 12, eine erste Hauptfeldwicklung 14 und eine
zweite Gegenfeldwicklung 16 auf. Der Generator hat einen nicht dargestellten Läufer, der von der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs
angetrieben wird. Zweckmässig weist der Generator zusätzlich einen Dauermagneten zur Bildung des Feldes auf. Die
dreiphasige Ausgangswicklung 12 des Generators ist über Leiter
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18, 20 und 22 mit den Wechselstrotn-eingängen eines dreiphasigen
Brückengleichrichters 24 verbunden, der aus drei positiven Siliziumdioden 26 und drei negativen Siliziumdioden 28 besteht.
Der dreiphasige Brückengleichrichter 24 hat Gleichspannungsausgänge 50 und 32, von denen der Ausgang 32 an Masse liegt,
während der Ausgang 30 über einen Leiter 34 mit einer Speicherbatterie 25 verbunden ist, so dass diese von dem Ausgang des
Brückengleichrichters 24 aufgeladen v/erden kann. Der zweite
Pol der Speicherbatterie 35 liegt an Masse.
Die Leiter 18, 20 und 22 sind mit Wechselstromeingängen eines die Hauptfeldwicklung speisenden Kreises 36
verbunden, der drei Dioden 38, 40 und 42 und drei gesteuerte Gleichrichter 44, 46 und 48 enthält."
Die Kathoden der Dioden sind mit einem Leiter 50 verbunden, während die Anoden der gesteuerten Gleichrichter
an einen Leiter 52 angeschlossen sind, Die Hauptfeldwicklung 14 des Generators 10 ist unmittelbar an die Leiter 50 und 52
angeschlossen und wird mit Gleichstrom von dem Kreis 36 in noch zu beschreibender Weise gespeist. Die Hauptfeldwicklung
14 ist in üblicher Weise durch eine Feldentladungsdiode 54 kurzgeschlossen.
Ein Widerstand 55 liegt parallel zu jeder Gitter-Kathodenstrecke der gesteuerten Gleichrichter 44,46 und 48 und
kann in diese eingegliedert sein oder getrennt von diesen angeordnet werden.
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Die Gegenfeldwicklung 16 liegt in Reihe mit einem weiteren gesteuerten Gleichrichter 56» dessen Anode mit der
einen Seite der Gegenfeldwicklung 16 und deren Kathode mit einer der Wechselstromgeingänge 58 des Kreises 36 verbunden
sind. Das Gitter des gesteuerten Gleichrichters 56 ist über einen Widerstand 60 mit dem Leiter 52 verbunden. Die Gitter-Kathodenstrecke
des gesteuerten Gleichrichters 56 liegt daher parallel zur Anoden-Kathodenstrecke des gesteuerten Gleichrichters
44·.
Der Leiter 52 liegt über einen Widerstand 62 an Masse und bildet eine Ableitung für den Steuerstrom der gesteuerten
Gleichrichter 44>46,48 lin ter Anlauf bedingungen.
Dies ist nicht erforderlich, wenn der Generator ein durch einen Dauermagneten gebildetes Magnetfeld aufweist.
Die Leitfähigkeit der gesteuerten Gleichrichter 44,46 und 48 wird durch einen Spannungsabfühl- und Gittersteuerkreis
64 gesteuert. Dieser Kreis 64 enthält einen Spannungsteiler aus Widerständen 66 und 68, zwischen denen ein
Aiischlusspunkt *6 liegt. Der Spannungsteiler liegt zwischen
einem Leiter 69 und Masse. Parallel zum Widerstand 68 ist ein Pilterkondensator 70 angeordnet. Der Spannungsabfühl- und
Steuerkreis enthält !ferner eine Zenerdiode 72 und eine Siliziumdiode
74, die in Reihe zwischen dem Anschlusapunkt 76 des Spannungsteilers und der Basiselektrode eines NPN-Transistors
7-3 liegen. Die Emitterelektrode des Transistors 78 liegt an
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Masse, während seine Kollektorelektrode mit einem Anschlusspunkt 80 verbunden ist, der zwischen einem Widerstand 32 und einer
Siliziumdiode 84 liegt. Zwischen dem leiter 69 und der Basiselektrode des Transistors 78 ist ein Pilterkondensator 86 vorgesehen.
Die eine Seite des Widerstands 82 ist über einen Leiter 90 mit einem Anschlusspunkt 92 verbunden, mit dem auch
der Leiter 69 verbunden ist. Die dem Spannungsteiler 66,68 zugeleitete Spannung entspricht daher im wesentlichen der
Spannung, die der Speicherbatterie 35 zugeleitet wird, und entspricht der Spannung der Speicherbatterie, wenn die Anlage
abgeschaltet ist. Wenn die Batterie vom Generator aufgeladen wird, erscheint zwischen dem Anschlusspunkt 92 und Masse eine
höhere eingeregelte Spannung als die Spannung der Speicherbatterie.
Die Diode 84 liegt in Reihe mit dem Widerstand 82 und in Reihe mit drei Dioden 94, die je mit dem Gitter der
gesteuerten Gleichrichter 44,46 und 48 verbunden sind. Die
Dioden 94 dienen der Isolation und verhindern eine Rückkopplung von den Gittern der gesteuerten Gleichrichter während des
Betriebes.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des beschriebenen Spannungsreglers erläutert, wobei angenommen wird, dass der
Generator ein durch einen Dauermagneten gebildetes Magnetfeld aufweist.
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Wird der Läufer des Generators angetrieben, so baut sich eine Generatorausgangsspannung auf. Der Spannungsregler
wird eine im wesentlichen konstante Ladungsspannung für die Speicherbatterie 35 einregeln. Der aus den Widerständen 66
und 68 bestehende Spannungsteiler fühlt die Ausgangsspannung des Brückengleichrichters 24 und damit die der Speicherbatterie
35 zugeleitete Spannung ab. Solange diese Spannung unterhalb eines vorgegebenen geregelten Wertes liegt, wird der Kreis,
der die Zenerdiode 72, die Diode 74 und die Basis-Emitterstrecke
des Transistors 78 enthält, nicht zusammenbrechen, so dass der Transistor 78 in seiner Ko-llektor-Emitterstrecke
nichtleitend geschaltet ist. In diesem Schaltzustand ist die
Spannung am Anschlusspunkt 80 genügend hoch, um die Gitter der gesteuerten Gleichrichter 44,46 und 48 positiv gegenüber ihren
Kathoden zu halten, so dass die gesteuerten Gleichrichter in leitendem Zustand sind. Dies bedeutet, dass der Hauptfeldwicklung
14 Strom zugeleitet wird, so dass die Ausgangsspannung des Generators sich weiter erhöht.
Erreicht die Spannung zwischen dem Anschlusspunkt 92 und Masse den vorgegebenen geregelten Wert, so bricht die
Zenerdiode 72 durch und bewirkt in der Basis-Emitterstrecke des
Transistors 78 eine Vorwärtsbelastung, so dass dieser nunmehr in der Kollektor-Emitterstrecke volleitend wird. Bei leitendem
Transistor 78 ist der Anschlusspunkt 80 im wesentlichen mit
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Masse verbunden, so dass die Steuersignale zu den gesteuerten
Gleichrichtern 44,46 und 48 enden, wodurch die gesteuerten
Gleichrichter in nichtleitenden Zustand gebracht werden und damit der Strom durch die Hauptfeldwicklung 14 im wesentlichen
unterbrochen wird. Die gesteuerten Gleichrichter werden durch den Wechselstromausgang der Ausgangswicklung 12 des Generators
komtnutiert. Die Ausgangsspannung des Generators wird nun absinken
bis der Transistor 58 nicht langer leitet, worauf erneut Steuersignale zu den gesteuerten Gleichrichtern 44»4-6 und 4 β
gelangen. 'Der Spannungsregler arbeitet also in der Weise, dass die gesteuerten Gleichrichter 44,46 und 48 dauernd ein- und ausgeschaltet
werden und damit die Hauptfeldwicklung 14 dauernd erregt und stromlos gemacht wird, um die vorgegebene geregelte
Ausgangsspannung des Generators einzuhalten.
Während der Zeit, in der die gesteuerten Gleichrichter 44,46 und 48 die Hauptfeldwicklung 14 einschalten,
schaltet der gesteuerte Gleichrichter 56 die Gegenfeldwicklung 16 in umgekehrter Weise. Wenn somit der gesteuerte Gleichrichter
44 in den leitenden Zustand geschaltet ist, ist die Spannung am Leiter 52 so niedrig, dass sie nicht ausreicht, um den gesteuerten
Gleichrichter 56 umzuschalten, so dass bei leitenden gesteuerten Gleichrichtern 44,46 und 48 der gesteuerte Gleichrichter
56 in dem nichtleitenden Zustand ist, so dass die Gegenfeldwicklung 16 im wesentlichen stromlos ist.
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_ Q —
Ist dagegen der gesteuerte Gleichrichter 44 im nichtleitenden Zustand, so steigt die Spannung am Gitter des
gesteuerten Gleichrichters 56 auf einen Wert, bei dem der gesteuerte Gleichrichter 56 in den leitenden Zustand in seiner
Anoden-Kathodenstrecke geschaltet wird. Es wird nun die Gegenfeldwicklung
16 erregt, und zwar über einen Kreis, der vom Leiter 20 über die Diode 40, den leiter 50, die Gägenfeldwicklung
16, die Anoden-Kathodenstrecke des gesteuerten Gleichrichters 56, den Leiter 18 und eine Phasenwicklung derAusgangswicklung
12 fliesst.
Die Gitter-Kathodenstrecke des gesteuerten Gleichrichters 56 liegt in einem Kreis, der von einer Phase
der Generatorwicklung IQ, den Leiter 20, durch die Diode 40, den Leiter 50, die Hauptfeldwicklung 14, den Widär&tand 60,
die Gitter-Kathodenstrecke des gesteuerten Gleichrichters 56 und den Leiter 18 zu einer anderen Phase der Ausgangswicklung
des Generators fliesst. Ein Teil des Gitterstroms des gesteuerten Gleichrichters 56 fliesst bei leitendem gesteuerten
Gleichrichter 56 zwar durch die Hauptfeldwicklung 14, jedoch ist dieser Strom so unbedeutend, dass die Hauptfeldwicklung
14 als im wesentlichen stromlos angesehen werden kann, wenn die Gegenfeldwicklung 16 erregt ist.
Die Gegenfeldwicklung 16 wird erregt, um dem vom Dauermagneten gebiläeten Feld bei hohen Drehzahlen des Generators
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entgegenzuwirken. Der Widerstand 62 iat nicht erforderlich,
wenn das durch den Dauermagneten gebildete Feld des Generators ausreichend ist, um beim Anlaufen den Aufbau der Ausgangsepannung
des Generators 10 zu bewirken. Der Widerstand 62 stellt einen leitenden Weg für die Yorwartsbelastung der gesteuerten
Gleichrichter 44,46 und 48 von der Batterie dar, wenn die Anlage erstmalig anläuft. Dieser Kreis führt von der
positiven Seite der Batterie 35 über die Leiter 34 und 90, den Widerstand 92, über die Dioden 34 und 94, durch die parallelen
Wäge der Widerstände 55 und die Gitter-Kathodenstrecken der gesteuerten Gleichrichter 44»46 und 43, durch die Dioden
38,40, 42, die Hauptfeldwicklung 14 zum leiter 52 und dann über den Widerstand 62 zur Masse.
Obwohl im Ausführungsbeispiel der Transistor 73 als einfacher Transistor dargestellt ist, können auch zwei
NPF-Transistoren in ims. Darlington-Schaltung verwendet werden.
Die Siliziumdiode 74 dient der Kompensation von
" Änderungen der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 72 bei unterschiedlichen
Temperaturen.
Die Siliziumdiode 84 bewirkt einen Spannungsabfall, der den Spannungsabfall in der Kollektor-Emitterstrecke des
Transistors 73 ausgleicht, wenn dieser in den leibenden Zuatand
geschaltet ist, da ein Transistor im volleitenden Zustand einen kleinen Spannungsabfall im Sättigungszustand aufweist. Wäre
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die Diode 84 nicht vorgesehen, so könnte die Sättigungsspannung
des Transistors 73 ausreichend sein, um die gesteuerten
Gleichrichter 44,46 und 48 in den leitenden Zustand zu
schalten, wenn diese nichtleitend sein müssen. Ist ein grösserer Spannungsabfall erforderlich, als er durch eine
Diode erzielt werden kann, so ist eine Reihe von Dioden, beispielsweise drei Dioden, vorzusehen, die einen der Zahl
der Dioden entsprechenden Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung bewirken.
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Claims (3)
- PatentansprücheSpannungeregler für einen Wechselstromgenerator mit zwei Feldwicklungen, einer mehrphasigen Ausgangswicklung und einem die Feldwicklung speisenden Kreis mit mehreren gesteuerten Gleichrichtern und mehreren Dioden, dadurch gekennzeichnet, dass der die Feldwicklung speisende Kreis Wechselstromeingänge (58) von jeder Phase der Ausgangswicklung (12) des Generators (10) zwischen je einer Diode (38,40,42) und einem ihr zugeordneten gesteuerten Gleichrichter (44,46,48) aufweist und seine Gleichspannungsausgänge (50,52) mit der ersten Feldwicklung (I4) verbunden sind, dass mit der Ausgangswicklung (12) des Generators ein Spannungsteiler (66,68) zum Abfühlen der Ausgangsspannung des GEfenerators verbunden ist, mit dem Elemente ( transistor 78, Widerstand 82 und Diode 84) gekupelt sind, die auch mit den Gittern der gesteuerten Gleichrichter gekuppelt sind, um diesen von der Generatorspannung abhängige Steuerimpulse zuzuleiten, dass ein gesteuerter Gleichrichter (56) zur Steuerung des Stroms durch die zweite Feldwicklung (16) mit seiner Gitter-Kathodenstrecke parallel zur Anoden-Kathoden-(44)
strecke des einen/der gesteuerten Gleichrichter liegt, und in-13-109886/1372den leitenden Zustand geschaltet wird, wenn die gesteuerten Gleichrichter im nichtleitenden Zustand sind, während er bei leitenden gesteuerten Gleichrichtern richtleitend wird, dass die zweite Feldwicklung (16) in Reihe mit der Anoden-Kathodenstrecke des sie steuernden Gleichrichters (56^ liegt und an den einen Gleichspannungsausgang (50) und einen der Wechselstromeingänge (58) des die Feldwicklung speisenden Kreises (36) angeschlossen ist, so dass die Feldwicklungen (14,16) abwechselnd in Abhängigkeit von der Generatorausgangsspannung erregt werden, um eine im wesentlichen konstante Generatorauagangsspannung einzuregeln. - 2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Spannungsteiler (66,63) gekuppelten Elemente einen Transistor (78) enthalten, dessen Basiselektrode mit dem Spannungsteiler gekuppelt ist.
- 3. Spannungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannungsteiler (66,68) und den Gittern der gesteuerten Gleichrichter (44,46/1-8,) mindestens eine Diode in leihe liegt, die eine Spannung entwickelt, die bei voll leitendem Transistor (78) des Zuleiten von Steuersignalen vom Transistor zu den Gittern unterbindet.109886/1372Leerseite
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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