DE2322465A1

DE2322465A1 - Spannungsregler

Info

Publication number: DE2322465A1
Application number: DE2322465A
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Werner Meier; Karlguenter Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1974-11-28
Also published as: ES425937A1; IT1010349B

Description

Spannungsregler Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler zur Regelung einer Wechsel spannung oder einer periodisch schwankenden Gleichspannung, insbesondere für Magnetgeneratoren mit Dauermagneterregung, mit einem in Reihe mit der Spannungsquelle geschalteten, steuerbaren Gleichrichter, mit einem parallel zum Verbraucher geschalteten Ladungsspeicher und mit einer die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters durch Spannungsvergleich mit der Ladungsspeicherspannung steuernden Zenerdiode.
Spannungsregler, die nac diesem Prinzip arbeiten, sind zur Regelung von Gleichspannungen bzw. gleichgerichteten Wechselspannungen bekannt. Für die Gleichrichtung der Jechselspannung werden zusätzliche Gleichricter benötigt, die zusätzliche Leistungsverluste bringen, den Bauteileaufwand vergrößern und nicht zuletzt eine weitere, mögliche Störungsquelle bieten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr einfach und billig zu bauenden Spannungsregler für Wechselspannungen zu erhalten, an dessen Ausgang eine Gleichspannung auftritt. Dieser Regler soll insbesondere in Verbindung mit Magnetgeneratoren mit Dauermagneterregung einen platzsparenden, robusten und störungsunanfälligen Aufbau aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der steuerbare Gleichrichter gleichzeitig zur Gleichrichtung und zur Regelung der angelegten Spannung vorgesehen ist.
Zum Schutz der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiters und zur Vermeidung einer Verlustleistung bei einer negativen Halbwelle ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine parallel zur Spannungsquelle und entgegengesetzt in Reihe zur Zenerdiode eine Schutzdiode vorgesehen.
Fur Magnetgeneratorwicklungen, die eine Mittelanzapfung aufweisen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Ausnutzung beider Spannungshalbwellen ein zweiter steuerbarer Gleichrichter vorgesehen. Je ein Wicklungsende einer Magnetgeneratorwicklung ist dabei über je einen der beiden steuerbaren Gleichrichter miteinander verbunden und der Ladungsspeicher ist zwischen den Verknüpfungspunkt der beiden steuerbaren Gleichrichter und die Mittelanzapfung geschaltet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Einsparung eines Gleichrichters der Aufbau des-Reglers einfacher, robuster, billiger und platzsparender ausgeführt werden kann. Der Regler ist außerdem für Wechselstrom undfür Gleichstrom einsetzbar. Eine besonders günstige Wirkung ergibt sich, wenn der Regler in Verbindung mit einem Magnetgenerator mit Dauermagneterregung eingesetzt wird. Die Gleichrichtung durch den steuerbaren Gleichrichter, in den Ausführungsbeispielen ein Thyristor, wirkt sich in diesem Fall annähernd wie eine Doppelweggleichrichtung aus.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1: Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reglers mit einem Thyristor in Verbindung mit einem Magnetgenerator, Fig. 2: Zwei Spannungsdiagramme zur erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, Fig. 3: Ein zweites Ausführungsbeispiel mit zwei Thyristoren in Verbindung mit einem Magnetgenerator, dessen Wicklung eine Mittelanzapfung aufweist.
In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Magnetgenerator 10 mit Dauermagneterregung über einen Regler 11 mit einem Verbraucher 12 verbunden. Der Magnetgenerator 10 hat.
zwei-Magnetwicklungen 101, 102, die unterschiedliche Wicklungezahlen aufweisen können und parallel geschaltet sind. Die Erregung erfolgt durch ein Polrad 103 mit Dauermagneten. Je ein Wicklungsende der Magnetwicklungen 101, 102 ist mit Masse, jeweils das andere über einen Thyristor 111 mit dem Verbraucher 12 verbunden. Die Anode des Thyristors 111 ist über die Reihenschal-.
tung einer Schutzdiode 112, eines Strombegrenzerwiderstands 113 und einer Zenerdiode 114 mit Masse verbunden. Die Polung der Diode 112 und der Zenerdiode 114 ist entgegengesetzt und die Anode der Diode 112 ist mit der Anode des Thyristors 111 verbunden. Der Verknüpfungspunkt der Zenerdiode 114 mit dem Strombegrenzerwiderstand 113 ist an die Steuerelektrode des Thyristors 111 angeschlossen. Die Kathode des Thyristors 111 ist über einen Kondensator 115 mit Masse verbunden.
Der Regler 11 ist ebenso verwendbar für Magnetgeneratoren mit einer oder mehreren Wicklungen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels wird anhand der in Fig. 2 dargestellten Spannungsdiagramme erläutert. Bei ansteigender, postitiver Halbwelle der Generatorspannung wird der Thyristor 111 über die Diode 112, den Strombegrenzerwiderstand 113 und die Steuerelektrode des Thyristors 111 stromleitend. Durch den nun über den Thyristor 111 fließenden Strom wird der Kondensator 115 geladen. Ein Teil des Stroms fließt über den Verbraucherwiderstand 12. Wenn die Zenerspannung der Zenerdiode 114 erreicht ist, bricht diese durch.
Der Strom wird durch den Widerstand 113 begrenzt. Die Spannung an der Steuerelektrode des Thyristors 111 kann nicht weiter ansteigen, wohl aber die Kondensatorspannung des Kondensators 115.
Die Kathode des Thyristors 111 wird dadurch positiver als die Steuerelektrode und der Thyristor sperrt, sobald sein Haltestrom unterschritten ist.
Die Verhältnisse bei sehr geringer Verbraucherlast zeigt das erste Diagramm von Fig. 2. Durch den hohen Verbraucherwiderstand 12 wird der Kondensator 115 nur sehr langsam entladen. Kurz nach Anstieg einer positiven Halbwelle wird der Thyristor 111 stromldtend. Ein Strom fließt erst, wenn die Generatorspannung die derzeit anliegende Kondensatorspannung f1berschreitet. Der Kondensator 115 lädt sich auf bis die Spannung am Kondensator 115 größer ist als die Spannung an der Anode des Thvristors 111. Der Thyristor 111 sperrt nun wieder, wenn der Strom unter seinem Haltestrom liegt. Der Kondensator 115 entlädt sich langsam über den Verbraucherwiderstand 12. Ist die Entladung des Kondensators von einer positiven Halbwelle zur nächsten sehr gering, so daß die Differenzspannung zwischen der an der Zenerdiode und am Kondensator anliegenden Spannung nicht ausreicht, um den Thvristor 111 zu zUnden, so erfolgt ein Nachladen des Kondensators 115 erst nach einer späteren Halbwelle.
Bei großer Last, d.h. bei geringem Verbraucherwiderstand 12, ist zu Beginn der positiven Halbwelle der Kondensator 115 nahezu vollständig entladen. Der Thyristor steuert unmittelbar nach Anstieg der positiven Halbwelle durch. Da die Parallelschaltung des Kondensators 115 mit dem Verbraucherwiderstand 12 filr der Generator nahezu einen Kurzschluß darstellt, erhalten wir nach den Einschaltvorgang eine Phasenverschiebung von Strom und Spannung von-fast 90°.
Die Stromflußzeit wird dadurch größer 1800 elektrisch. Von diesem Punkt an entlädt sich der Kondensator 115 nun exponentiell über den Verbraucher 12.
Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines Spannungsreglers zeigt einen Generator 10, dessen Ankerwicklung 104 eine Mittelanzapfung aufweist. Zwischen der Mittelanzapfung und einem Wicklungsende der Ankerwicklung 1011 ist. eine Fig. 1 entsprechende Reglerschaltung vorgesehen. Zwischen der Mittelanzapfung und dem anderen Wicklungsende der Ankerwicklung 1011 ist eine zweite, entsprechende Anordnung geschaltet. Diese besteht aus einem Stronbegrenzerwiderstand 115, einer Schutzdiode 116, und einem Thvristor 117. Die Kathoden der beiden Thyristoren lll, 117 sind miteinander verbunden. Ebenso sind die Steuerelektroden der beiden Thvristoren miteinander verbunden. Ein Kondensator 115 ist nicht vorgesehen, da als Verbraucher 12 eine Speicherbatterie 120 Verwendung findet.
Die Wirkungsweise entspricht der bereits beschriebenen Anode nung, jedoch werden beide Spannungshalbwellen abwechselnd ilber die beiden Thyristoren 11, 117 gleichgerichtet. Die funktion eines Ladungsspeichers übernimmt die als Verbraucher 12 vorgesehene Speicherbatterie 120 mit.
Die Speicherbatterie 120 kann ebensogut im Zusammenhang mit der Reglerschaltung nach Fig. 1 unter Weglassung des Kondensators 115 Verwendung finden, wie auch ein vorzugsweise ohmscher Verbraucher im Zusammenhang mit einem Kondensator 115 für die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 Verwendung finden kann.
Obgleich die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in ihrer Wirkung einer Doppelweggleichrichtung nahekommt, ergibt-sich durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 eine verbesserte Gleichrichtung.
Statt eines Generators lD, dessen Ankerwickiung 104 eine Mittelanzapfung aufweist, kann auch ein Generator mit einer beliebigen Anzahl (n-2) magnetisch getrennter Ankerwicklungen Verwendung finden, deren Spannungen jeweils um 3600 phasenverschoben sind.
Entsprechend Fig. 3, wo 2 Thyristorenn eingesetzt sind, werden dann für den Spannungsregler n Thvristoren benötigt. Je mehr die Zahl der Ankerwicklungen ansteigt, desto besser wird der gleichgerichtete Strom.

Claims

Anspruche

6 Spannungsregler zur Regelung einer Wechselspannung oder einer periodisch schwankenden Gleichspannung, insbesondere für Magnetgeneratoren mit Dauermagneterregung, mit einem in Reihe mit der Spannungsquelle geschalteten steuerbaren Gleichrichter, mit einem parallel zum Verbraucher geschalteten Ladungsspeicher und mit einet die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters durch Spannungsvergleich mit der Ladungsspeicherspannung steuernden Zenerdiode, dadurch gekenn= zeichnet, dass der steuerbare Gleichrichter (111) gleichzeitig zur Glçichrichtung und zur Regelung der angelegten Spannung vorgesehen ist.
2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorwiegend ohmscher oder induktiver Last (12) als Speicherelement ein Kondensator (115) vorgesehen ist.
3. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz des Reglers zur Aufladung einer Speicherbatterie (120) diese als Ladungsspeicher vorgesehen ist.
4. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Spannungsquelle und entgegengesetzt in Reihe zur Zenerdiode(114) eine Schutzdiode (112) zum Schutz der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiters (111) und zur Vermeidung einer Verlustleistung bei einer negativen Halbwelle vorgesehen ist.
5. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Magnetgeneratorwicklungen, die eine Mittelanzap:rung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausnutzung beider Spannungshalbwellen ein zweiter steuerbarer Glcichrichter (117) vorgesehen ist, dass je ein Wicklungsende einer Magnetgeneratoricklung (104) über je einen der beiden steuerbaren Gleichrichter (111, 117) miteinander verbunden ist und dass der Ladungsspeicher (11, 120) zwischen den Verknüpfungspunkt der beiden steuerbaren Gleichrichter (111, 117) und die Mittelanzapfung geschaltet ist.
6. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für Magnetgeneratoren mit mehreren magnetisch getrennten Ankerwicklungen (n > 2), dadurch gekennzeichnet, dass je ein Wicklungsende jeder Ankerwicklung über je einen steuerbaren Gleiehrichter jeweils miteinander verbunden ist und dass der Ladungsspeicher (115, 120) zwischen den Verknüpfungspunkt der steuerbaren Gleichrichter und den Ver-- knüpfungspunkt jeweils der anderen Wicklungsenden geschaltet ist.
7. Spannungsregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwellen so angeordnet sind, dass die Ankerspannungen um jeweils < phasenverschoben sind.
8. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden steuerbaren Gleichrichter eine Schutzdiode vorgesehen ist.

Leerseite