DE2450714A1

DE2450714A1 - Konstantspannungsschaltung

Info

Publication number: DE2450714A1
Application number: DE19742450714
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kimura; Kazufumi Obara; Monoru Tashiro
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1973-11-28
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1975-06-19
Also published as: US3991358A; JPS5081307U; BE822539A

Description

Stanley Electric Co. Ltd., 9-13, Nakamegu.ro 21. Okt. 1974-2-chome, Meguro-ku, Tokyo / Japan IG/sr, ST 24-WG

Konstantsparmungss dialtung

Die Erfindung "betrifft eine Konstantspannungsschaltung für einen mit Permanentmagneten arbeitenden Wechselstromgenerator, mit einem siliziumgesteuerten Gleichrichter in der Wechselstrom-Ausgangsschaltung dieses Generators sowie einem diesem Ausgang zugeschalteten Triggerschaltung, einem Spannungsteiler sowie einem Konstantspannungselement.

Mit solchem Magnetfeld arbeitende Stromgeneratoren ex'zeugen im Ausgang einen Wechselstrom und treiben Motoren kleiner Abmessungen an, die in kleine Fahrzeuge, Zweiradfahrzeuge, Motorschlitten, Motorboote und dergleichen eingebaut werden. Da jedoch die Ausgangsspannung- dann ansteigt, wenn die Umdrehungszahl des Motors sich vergrößert, treten nicht einfach zu lösende Probleme auf. Wenn eine Batterie durch diesen Wechselstrom im Ausgang, nach Gleichrichtung, beaufschlagt bzw. geladen wird, wird der Batterie viel Strom zugeführt, mit dem Ergebnis, daß die Batterie beschädigt wird und ihre Betriebsdauer sich verkürzt. Um diese Nachteile

50S82S/0289 " ² "

- 2 - 24507H

zu vermeiden, ist in der Konstantspannungseinrichtung in üblicher Weise ein Ausgangskreis des mit Permanentmagneten arbeitenden Stromgenerator vorgesehen, welcher dazu dient, den Ausgangswechselstrom auf einen vorbestimmten viert einzuregeln.

Diese bekannte Konstantspannungseinrichtung kann einen siliziumgesteuerten Gleichrichter enthalten, welcher an den Wechselstrom-Aus gang s lere is dieses Stromgenerators anschließbar ist. Der siliziumgesteuerte Gleichrichter, wenn er durch ein Triggersignal leitend gemacht wird, arbeitet derart, daß er den Wechselstrom-Ausgangskreis des mit Permanentmagneten arbeitenden Stromgenerators verteilt (divergiert) oder kurzschließt, wodurch der Wechselstrom des Ausgangskreises auf einen vorbestimmten Wert eingeregelt wird. Es gibt verschiedene Arten von Triggerverfahren mit unterschiedlichen Merkmalen, die jexreils recht verschieden sein können.

Bei einer Ausführungsform wird ein Triggersignal-Generatorkreis verwendet, der einen Spannungsteiler und ein Konstantspannungselement zwischen den Spannungsteiler und einem Tor eines siliziumgesteurten Gleichrichters angeordnet ist, und der getriggerte Signalgeneratorkreis ist mit einem Wechselstrom-Ausgangskreis des Wechselstromgenerators zusammengeschaltet, und der siliζiur.igesteuerte Gleichrichter wird dann getrigge.rt, wenn der Ausgangswechselst.rora einen vorbestimmten Wert überschreitet. Der bekannte Konstantspannungskreis weist jedoch verschiedene ITachteile auf. Insbesondere verringert sich die Ladekapazität

- 3 -503825/0269

der Batterie bei niedriger Temperatur oder dann, wenn ein größerer Verbraucher parallel zu dieser Batterie zugeschaltet wird. Wesentliche Nachteile der bekannten Einrichtung bestehen aber in der Instabilität, einem nachlauf oder in Regelschwankungen (hunting-phenomene) und dies tritt dann auf, wenn im Wechselstromausgang ein bestimmter Wert erreicht wird, und ferner ein Flacker-Phänomen, welches dann auftritt, wenn ein Verbraucher, wie eine Lampe, einen großen Spannungsabfall verarbeiten muß, welches durch Abschalten der Batterie oder dergleichen eintritt. Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde , eine Konstantspannungseinrichtung für einen mit Hagnetwechselfeld arbeitenden Stromgenerator zu schaffen, bei der die bekannten Nachteile vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird in einer Konstantspannungseinrichtung für einen mit Permanentmagnetfeld arbeitenden Wechselstromgenerator, der mit einem getriggerten Signalgeneratorkreis verbunden ist, vorgeschlagen, .einen Kondensator bzw. einer Kapazität zu verwenden, welcher einen Reihenparallel-Verzögerungskreis zusammen mit einem Spannungsteiler bildet und darüber hinaus zur Phasenkontrolle des siliziumgesteuerten Gleichrichters dient.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert, ^s zeigen:

Fig 1, einen Schaltkreis mit Darstellung einer Ausführungsform öiner Konstantspannungseinrichtung für einen solchen Wechselstromgene- - 4- -

SOS825/0 269

- ⁴ - 2A507U

!■ator.

Fig 2, ein Diagramm der Wellenform des Ausgangs, mit einer Regelung durch eine bekannte Vorrichtung. Fig 3 und 4, Diagramme für die Wellenform des Ausgangs, mit Regelung durch eine erfindungsgemäße Einrichtung. ?ig 5 ist ein Pig 2 ähnliches Diagramm der Wellenform im Aus gang.

Fig 6, ein Diagramm der Wellenform, wobei die Ausgangsspannung in Beziehung zur Umdrehungszahl gesetzt ist, wenn die Regelung durch die bekannte Vorrichtung und anderseits durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgte und Fig 7)ein Diagramm mit einer Wellenform, welche den Regelzustand gemäß Erfindung darstellt, wenn die Batterie von der Vorrichtung abgeschaltet wird.

Zunächst ist auf den Zeichnungen, insbesondere'auf Fig 1, eine Konstantspannungsschaltung 1o, wobei der mit Magnetwechselfeld arbeitende Generator 12, ein Yollweggleiehrienter 14, eine Batterie 16, ein Verbraucher, z.B. eine Lampe 18 und ein die Spannung dem Verbraucher zuführender bzw. unterbrechender Schalter 2o vorhanden sind. Die Konstantspannungsschaltung 1o enthält einen siliziumgesteuerten Gleichrichter 1oa, welcher mit einem Wechselstrom-Ausgangskreis des Wechselstromgenerators 12 so verbunden ist, daß der letztere kurzgeschlossen wird, und es ist ein Triggersignal-Generatorkreis 1ob vorhanden, der so ausgebildet

§09825/0269

₅ _ 24507H

und/oder angeordnet ist, daß er ein Triggersignal abgibt, durch den die Leitfähigkeit des siliziumgesteuerten Gleichrichters 1oa gesteuert wird. Dieser Triggerkreis 1ob enthält eine Diode, welche zwischen der Anode und der Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 1oa verbunden ist, so daß ein Rückstrom verhindert wird. Ferner ist ein in Serie geschalteter Leiterkreisteil mit zwei Widerständen El und E2 vorhanden, zum Beispiel in Form eines Spannungsteilers, dann ein Konstantspannungselement ZD, z.B. eine Zenerdiode, welche zwischen einem Verbindungspunkt der beiden zur Spannungsteilung dienenden Widerständen E1 und E2 und einem Tor des siliziumgesteuerten Gleichrichters" 1oa eingeschaltet ist bzw. liegt, ferner ist ein parallel zum Widerstand E2 geschalteter Kondensator C vorhanden. Der Kondensator G dient dazu, einen zum Serienleiterkreiste.il parallel liegenden Kreis zusammen mit den Widerständen E1 und E 2 des Spannungsteilers, zu bilden.

Die in Fig 1 dargestellte Schaltung arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Wechselstromgenerator 12 durch einen (nicht dargestellten) Motor angetrieben ist, steigt ein anfänglicher Ausgangswechselstrom der Höhe nach an. Wenn die Ausgangsspannung des Gleichrichters 14- die Ladespannung der Batterie 16 übersteigt, beginnt sich die Batterie 16 aufzuladen und die Größe dieser Ladespannung an der Batterie 16

S09825/Ö269

24507H

steigt an. Wenn nun der Wechselstromgenerator 12 weiter angetrieben ist bzw. bleibt, so daß seine Umdrehungszahl sich vergrößert, steigt die Höhe der Ladespannung der Batterie 16 weiter an. Wenn nun eine Schaltkreiskonstante des Triggersignal--Generatorkreises 1ob in einer solchen Weise bestimmt xirird, daß ein Triggersignal abgegeben bzw. gebildet wird, wenn die Ausgangsspannung einen vorbestimmten Wert übersteigt, xrobei durch dieses Signal der siliziumgesteuerte Gleichrichter 1oa getriggert wird - durch die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 12, welcher einen vorbestimmten Wert erreicht - ^rürde der siliziumgesteuerte Gleichrichter in den leitenden Zustand- getriggert. Der leitende Zustand des siliziumgesteuerten Gleichrichters 1oa führt dazu, daß der Kurzschlußkreis im Ausgang des Wechselstromgenerators 12 und dementsprehcend die Ausgangsspannung auf einen vorbestimmten Spannungswert verringert wird. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung, die größer als der vorbestimmte Spannungswert ist, nicht am Gleichrichter 14 wirksam, unabhängig von der Tatsache, daß der Wechselstromgenerator mit seiner höheren Drehzahl angetrieben ist und die Batterie 16 wird mit einer Ladespannung, welche den vorbestimmten Wert nicht übersteigt, aufgeladen.

Nachfolgend wird detailiert erläutert, wie der siliziumgesteuerte Gleichrichter 1ob mit dem Triggersignal des Triggergenerators getriggert wird. Der Kondensator C, der einen

- 7 509825/0269

- 7 - 24507H

Parallelverzögerungskreis zusammen mit den spannungsteilenden Widerständen R1 und R2 bildet, wiederholt das Aufladen und Entladen entsprechend jeder der Arbeitsperioden des Ausgangswechselstromes, der vom Generator 12 abgegeben wird. Erreicht die Ladespannung des Kondensators G einen Spannungswert, der oberhalb des vom KonstantSpannungselement ZD liegendem Spannungswert liegt, wird das Triggersignal dem Tor zugeführt, so daß der siliziumgesteuerte Gleichrichter 1oa getriggert wird. Die Erzeugung des Triggersignals wird durch eine Zeitkonstante des Serienparallelverzögerungskreises bestimmt, bestehend aus den Widerständen R1 und dem Kondensator G und durch die Wellenform bzw. Wellenflanke, insbesondere durch die Anstiegsflanke des Ausgangswechselstroms. Bei der handelsüblichen KonstantSpannungsschaltung bei der ein Spannungsteiler ohne einen Kondensator bzw. ohne eine Kapazität verwendet wurde, wenn die Wellenflanke der Spannung die Zenerspannung z.B. Vzd des Konstantspannungselementes ZD, erreichte, wird ein Triggersignal sofort gebildet, um den siliziumgesteuerten Gleichrichter 1oa leitend zu machen, und die Ausgangswechselspannung wird abgeschnitten, wie durch die ausgezogene Linie in Fig 2 dargestellt. Dagegen, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Kapazität C verwendet wird, wird der Triggerpunkt um eine Zeit T - verglichen mit der bekannten Anordnung verzögert, wie aus Fig 3 ersichtlich.

Deshalb wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen. Schaltung

-8-

509825/0263

245Q7U

die Ausgangsspannungscliarakteristik des Steuerstartpunktes sanfter bzw. ebener, weil dieser Steuerstartpunkt nahe am Beginn der abfallenden Flanke der positiven Periode liegt. Da ferner in der bekannten Schaltung der Startsteuerpunkt an der linken Seite als die Spitze der positiven Spannungsperiodenkurve bestimmt ist, wird ein Periodenbereich,der mehr als die Hälfte der positiven Periode beträgt, gleichzeitig mit dem Steuerstart abgeschnitten und ein großer Spannungsstoß muß in den siliziumgesteuerten Gleichrichter fließen, was nachteilig ist. Weil diese Spannung den Anstieg der negativen Periode des Wechselstromgenerators verzögert, verringert sich die Ausgangsspannung mehr und mehr. Dieser Zustand is in Fig 4 veranschaulicht. Hier ist die Batteriespannung VB aufgetragen, wobei ein charakteristischer wertgemäße Erfindung a und entsprechende charakteristische Werte der bekannten Schaltvorrichtung jedoch durch b und c bezeichnet sind.

Ferner tritt in den bekannten Konstantspannungsschaltungen die Schwankungs- bzw. Schwingungserscheinung auf, ifie in Fig 5 veranschaulicht, und zwar infolge der niedrigen Temperatur sowie der hohen Belastung nahe des Steuerstartpunktes und am Verbraucher,wie der Lampe, tritt ein Flackern auf. Anderseits, wenn die erfindungsgemäße Schaltung verwendet wird, wird die Steuerung normalerweise zu einer Spannungskurve gemäß Fig 6 ausnahmslos führen, unabhängig von den

-9-509825/0269

' ' . ^: ν _ ₉ _ 24507U

äußeren' Bedingungen und der Drehzahl des Generators.

Ferner wird in den Figuren 2, 3₅ 5 und 6 durch die punktierte-Linie die Wellenform des Ausgangswechselstromes für den Fall dargestellt, daß die Batterie 16 nicht angeschlossen ist, wobei die punktierte und gestrichelte Linie die Ausgangswellenform bezeichnet, wenn die Batterie angeschlossen ist, aber nicht gesteuert wird, und die ausgezogene Linie der Ausgangswellenform des Wechselstroms, wenn die Batterie 16 angeschlossen und gesteuert ist.

In Fig 7 ist die Wellenform der Spannung, die gesteuert ist, in dem Fall dargestellt, wenn die Batterie vom Schaltkreis abgetrennt wurde', während der Verbraucher 18 angeschlossen und wirksam war. Der Ausgangswert bei dieser Wellenform verringert sich um einiges unter die vorbestimmte Spannung. Andererseits, wenn bei der bekannten Vorrichtung die Batterie 16 abgeschaltet wird, x^eil die ansteigende Wellenflanke, zu steuern ist;, steil.wird, wird- der Triggerpunkt sehr rasch erreicht. Hieraus folgt, da der Anstieg der negativen Periode des Wechselstromgenerators verzögert wird, wird die gesteuerte Ausgangsspannung beachtlich verringert,, und zwar um die Hälfte des vorbestimmten Wertes.

Ferner ist für die erfindungsgemäße Konstantspannungsschaltung vorteilhaft,_: daß. der siliziumgesteuerte Gleichrichter 1oa einmal von der· Kathode geerdet werden kann, ohne daß es

- 1o -

509825/0263

- ίο - 24507U

einer direkten Verbindung parallel zum Wechselstromgenerator bedarf, und kann zum letzteren parallel durch ein Bauelement 14a des Vollweggleichrichters 14 verbunden werden. Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Verbindung die Wirkungsweise des siliziumgesteuerten Gleichrichters ähnlich demjenigen ist, der oben eingehend erläutert i-jurde.

Ferner ist erkennbar, daß ein Durchschnittsfachmann anhand dieser Beschreibung außer der erläuterten bevorzugten Ausführungsform, je nach Einzelfall, verschiedene Abänderungen im Rahmen der erfinderischen Lehre vornehmen kann.

5Q3825/0269

Claims

2A507H

Stanley Electric Go. Ltd. 21. Oktober 1974- '

IG/sr

Pat entansprueh

Konstantspannungsschaltung für einen Permanentmagnetfeldwechselstromgenerator, mit einem silisiumgesteuerten Gleichrichter in der WechseIstrom-Ausgangsschaltung dieses Generators sowie einer diesem Ausgang zugeschalteten Triggerschaltung, durch dessen Triggerelement der Gleichrichter leitend gemacht wird, und die Triggerschaltung ferner einen Spannungsteiler und letzterem ein Konstantspannungselement zugeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerkreis (1ot>) mindestens einen Kondensator (C) aufweist, der einen als Verzögerungskreis dienenden Serienparallelkreis zusammen mit dem Spannungsteiler (E1, E2) bildet und zur Phasensteuerung des siliziumgesteuerten Gleichrichters (1oa) dient, wobei das Konstantspannungselement (ZD) zwischen dem Spannungsteiler (E1, R2) und dem Tor des siliziumgesteuerten Gleichrichters (1oa) angeordnet ist.

509825/0269