Regeleinrichtung, insbesondere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrich tung für rotierende elektrische Stromerzeuger nied riger Spannung mit mindestens einer im Nebenschluss arbeitenden Feldwicklung, insbesondere für Licht maschinen von Kraftfahrzeugen. Neben gesteigerten Anforderungen an die Genauigkeit der Regelung wer den immer höhere Anforderungen an die Funkent störung der Regeleinrichtungen für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen gestellt.
Bei bekannten Reglern werden elektromagnetisch betätigte Schalter verwen det, die bei zu grosser Lichtmaschinenspannung den durch die Feldwicklung fliessenden Erregerstrom so lange schwächen, bis die Lichtmaschinenspannung auf einen unteren Grenzwert abfällt und der Schalter wegen der inzwischen ebenfalls abgesunkenen magne tischen Erregung wieder die Feldwicklung an die im Anker der Lichtmaschine induzierte und über deren Bürsten abgenommene Klemmenspannung anschaltet. Bei Generatoren mit grösseren Erregerleistungen wird die Kontaktbelastung der Schalter so hoch, dass die Kontakte trotz sorgfältiger Funkenlöschung häufig rasch zerstört werden. Ausserdem ist es schwierig, die beim öffnen und Schliessen der Reglerkontakte ent stehenden Funkstörungen zu unterdrücken.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird deshalb gemäss der Erfindung vorgeschlagen, zur Beeinflus sung des über die Feldwicklung fliessenden Erreger stroms ein Halbleiterelement zu verwenden. Ein be sonders gutes Ergebnis wird erzielt, wenn man in den Erregerstromkreis des Stromerzeugers einen Transistor einschaltet und zur Steuerung des Transi stors einen magnetischen oder thermischen Schalter vorsieht, der in Abhängigkeit von der Höhe der zu regelnden Generatorspannung geschlossen und geöff net wird. Der zur Steuerung des Transistors verwen dete Schalter kann dabei entweder mit Arbeitskon- takten oder mit Ruhekontakten versehen sein. Der besondere Vorteil besteht in beiden Fällen darin, dass der Transistor abwechselnd nur im Sperrzustand oder im Durchlasszustand betrieben wird und daher eine sehr grosse Regelleistung ergibt.
Anstelle von magnetischen oder thermischen Schaltern können auch Schaltelemente zur Steuerung des Transistors verwendet werden, deren Durchlass widerstand in Abhängigkeit von der angelegten Span nung sich bei bestimmten Spannungswerten sprung haft ändert. Wenn diese nichtlinearen Schaltelemente für genügend hohe Stromstärken bemessen sind, kann man sie auch mit der oder den Feldwicklungen des Stromerzeugers unmittelbar in Reihe schalten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild einer Regeleinrichtung mit einem Transistor und einem zur Steuerung des Tran sistors verwendeten magnetischen Schalter mit Ruhe kontakten, Fig.2 das Schaltbild einer ähnlichen Regelein richtung, deren magnetischer Schalter jedoch Arbeits kontakte hat.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Schaltbilder von Regelein richtungen mit fallender bzw. geknickter Kennlinie, während in den Fig. 5, 6 und 7 verschiedene Schaltbilder für Regeleinrichtungen dargestellt sind, bei denen zur Steuerung des Transistors Halbleiter mit nichtlinearen Widerstandskennlinien verwendet sind.
Fig. 8 und 9 zeigen Schaltbilder für Regelein richtungen, bei denen ein nichtlinearer Halbleiter widerstand unmittelbar in die Zuleitung zur Feld wicklung des Stromerzeugers eingeschaltet ist. Fig. 10 und 11 zeigen Schaltbilder von Regel einrichtungen mit Steuerung durch Photodioden.
Fig. 12 und 13 zeigen Schaltbilder von Regel einrichtungen mit zwei Transistoren, von denen einer zur Erzeugung einer selbsterregten Schwingung rück gekoppelt ist.
Die Regeleinrichtung nach Fig. 1 ist für eine zur Verwendung auf Kraftfahrzeugen vorgesehene Licht maschine bestimmt, die einen mit G bezeichneten Gleichstromanker und eine im Nebenschluss arbei tende Feldwicklung F hat. Die im Anker induzierte Spannung wird durch Bürsten<I>a</I> und<I>b</I> abgenommen und den in der Zeichnung nicht dargestellten Ver brauchern zugeführt. Die Feldwicklung F liegt mit ihrem einen Wicklungsende an der negativen Bürste der Lichtmaschine und mit ihrem anderen am Kol lektor C eines Transistors 10, der die Grösse des durch die Feldwicklung F fliessenden Erregerstroms bestimmt. Zur Steuerung des Transistors ist ein magnetischer Schalter 11 verwendet, dessen Erreger spule in der Zeichnung mit 12 angedeutet und einer seits an die positive, anderseits an die negative Bürste der Lichtmaschine angeschlossen ist.
Der Schaltarm 14 des Schalters ist mit der Basis B des Transistors 10 über einen Widerstand 15 verbunden, während der feststehende Kontakt 13 an die negative Bürste der Lichtmaschine angeschlossen ist. Solange die im Anker induzierte Spannung ihren Sollwert noch nicht erreicht hat, bleibt der Schalter 11 geschlossen. Das Potential der Basis B ist dann nur wenig niedriger als dasjenige der Emitterelektrode E. Es fliesst des halb über die Emitterelektrode E zur Kollektorelek trode C des Transistors 10 und von dort über die Feldwicklung F, ein starker Erregerstrom Je, der zur Folge hat, dass bei genügender Drehzahl der Licht maschine die Spannung an den Bürsten stark an wächst.
Der magnetische Schalter ist so eingestellt, dass der durch die Spule 12 fliessende Magnetisie rungsstrom beim Erreichen der Sollspannung den Schaltarm 14 vom Kontakt 13 abhebt und dadurch die Basis B des Transistors abschaltet. Dies hat zur Folge, dass der Erregerstrom Je und demzufolge die Stärke des Magnetfeldes und auch die Spannung an den Bürsten der Lichtmaschine absinkt, bis der Schal ter 11 wieder in die Ausgangslage zurückkehrt, Bei dieser Schaltung werden die Spannungswerte, bei denen der Transistor aus der Durchlassstellung in die Sperrstellung und umgekehrt gesteuert wird, durch die am magnetischen Schalter 11 getroffene Einstel lung festgelegt.
Das gleiche gilt für die Schaltung nach Fig. 2, bei der anstelle eines magnetischen Schalters mit Ruhekontakten ein mit 21 bezeichneter, ebenfalls magnetischer Schalter verwendet ist, dessen Schalt arm 24 jedoch mit einem Arbeitskontakt 23 zusam menarbeitet. An den Schaltarm 24 ist sowohl ein Widerstand 25, der zur negativen Bürste der Licht maschine führt, als auch die Basiselektrode eines Transistors 20 angeschlossen. Wie beim vorhergehen den Beispiel liegt die Emitterelektrode des Tran- sistors 20 unmittelbar an der positiven Bürste a, die Kollektorelektrode C dagegen über die Feldwicklung F an der negativen Bürste b der Lichtmaschine.
Solange die Lichtmaschinenspannung ihren Soll wert noch nicht erreicht hat, fliesst über die Emitter elektrode zur Kollektorelektrode und von dort über die Feldwicklung F ein starker Erregerstrom, der ein Ansteigen der Lichtmaschinenspannung zur Folge hat und mit steigender Spannung ebenfalls anwächst, bis die Bürstenspannung den Sollwert erreicht, bei dem die Magnetisierungsspule 22 des Schalters 21 den Schalter in die Schliessstellung zu ziehen vermag und dadurch den Transistor 20 in den Sperrzustand bringt. Bei gesperrtem Transistor hat der durch die Feld wicklung fliessende Erregerstrom J¯ einen wesentlich niedrigeren Wert.
Die Stärke des Magnetfeldes nimmt daher rasch ab, bis die im Anker der Lichtmaschine induzierte Spannung nicht mehr ausreicht, den Schalt arm 24 in der Schliessstellung zu halten. Der Schalt arm 24 hebt dann wieder vom Kontakt 23 ab und trennt dadurch die Basis B von der positiven Bürste der Lichtmaschine. Das vorher beschriebene Spiel beginnt dann von neuem.
Die Regeleinrichtung nach Fig. 3 stellt eine Ab wandlung der Regeleinrichtung nach Fig. 1 dar, bei der durch Verlegung der Feldwicklung in den Emitter- kreis der Summenstrom aus Kollektor- und Basis strom als Erregerstrom ausgenützt und ausserdem der Basiswiderstand eingespart wird. Sie enthält einen elektromagnetischen Schalter 31 mit einem beweg lichen Schaltarm 34, der mit einem feststehenden Arbeitskontakt 33 zusammenarbeitet und von zwei Magnetisierungsspulen betätigt wird.
Die in der Zeichnung mit 32 bezeichnete Spule besteht aus zahl reichen Windungen dünnen Drahtes und ist als Span nungsspule mit ihrem einen Wickelende unmittelbar an die positive Bürste, mit ihrem anderen Wickelende unmittelbar an die negative Bürste der Lichtmaschine angeschlossen. Die mit 36 bezeichnete Spule des Schal ters ist als Stromspule ausgebildet und weist nur wenige Windungen starken Drahtes auf. Sie ist in den Zug der Anschlussleitungen zwischen der positiven Bürste und einer mit 38 bezeichneten Batterie eingeschaltet.
Solange der Schaltarm 34 gegen den feststehen den Kontakt 33 anliegt und dadurch die Basis B des Transistors 30 mit der negativen Bürste der Lichtmaschine verbindet, fliesst ein starker Erreger strom JE. durch die Feldwicklung F der Lichtmaschine. Dieser Erregerstrom JE hat zur Folge, dass auch bei gleichbleibender Drehzahl der Lichtmaschine die im Anker induzierte Spannung ansteigt und schliesslich einen Wert erreicht, bei dem die Spannungsspule den Schaltarm 34 vom Kontakt 33 abhebt und dadurch den von der Basis B zur negativen Bürste fliessenden Steuerstrom des Transistors unterbricht. Dann fällt auch der durch die Feldwicklung F fliessende Erreger strom stark ab, und die Spannung an den Bürsten der Lichtmaschine beginnt zu sinken.
Wenn die Licht maschinenspannung so weit abgesunken ist, dass der durch die Spannungsspule 32 fliessende Strom den Schaltarm 34 nicht mehr zu halten vermag, legt sich dieser unter der Kraft einer in der Zeichnung nicht dargestellten Rückführfeder wieder gegen den fest stehenden Kontakt 33 und steuert dadurch den Transistor 30 in seinen Durchlassbereich, und das vorher beschriebene Spiel beginnt von neuem.
Die Stromspule 36 ist so eingeschaltet, dass sie die Spannungsspule 32 in ihrer Wirkung unterstützt, wenn der Lichtmaschine ein Verbraucherstrom Jv entnommen wird. Dies hat zur Folge, dass der Schaltarm 34 mit zunehmender Grösse des Belastungs stromes J,. bereits bei niedrigeren Spannungswerten abhebt, so dass sich eine geneigte Reglerkennlinie ergibt. Um eine Entladung der Batterie 38 dann zu vermeiden, wenn die Lichtmaschine wegen einer zu geringen Antriebsdrehzahl eine zu niedrige Spannung erzeugt, ist ein elektrisches Ventil V vorgesehen, das nur in der Richtung des eingezeichneten Strom pfeiles J" durchlässig ist, in der Gegenrichtung jedoch sperrt. Als Ventil eignet sich eine Halbleiterdiode besonders gut.
Die Regeleinrichtung nach Fig. 4 hat gegenüber der vorher beschriebenen Regeleinrichtung eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die nur bis zu einer be stimmten Stärke des der Lichtmaschine entnommenen Stromes geradlinig verläuft, dann aber mit einem deutlichen Knick abbricht und daher eine Über lastung der Lichtmaschine verhindert. Um diesen Verlauf zu erzielen, sind zur Steuerung eines mit 40 bezeichneten Transistors zwei getrennte magne tische Schalter vorgesehen: ein Spannungsrelais 41, dessen Magnetisierungsspule 42 an die Bürste der Lichtmaschine angeschlossen ist, sowie ein Strom relais 45, dessen Magnetisierungsspule 46 aus weni gen Windungen dicken Drahtes besteht und in die Verbindungsleitungen zwischen der Plus-Bürste der Lichtmaschine und der Plus-Elektrode einer in der Zeichnung schematisch angedeuteten Batterie 48 ein geschaltet ist.
Die Spannungsspule 42 arbeitet mit einem beweglichen Schaltarm 44 zusammen, dessen zugehöriger fester Kontakt 43 mit dem zum Strom relais gehörigen Schaltarm 47 in Reihe geschaltet ist. Nur wenn beide Schaltarme in der gezeichneten Schliessstellung sind, kann über die Basiselektrode B des Transistors ein Strom fliessen, der seinerseits einen kräftigen Erregerstrom über die Feldwicklung F zur Emitterelektrode E und von dort über die Kollektor elektrode C zur Minusbürste aufrechterhält.
Wenn die Spannung an den Bürsten der Lichtmaschine ihren Sollwert überschreitet, öffnet das Spannungs relais den Basisstromkreis des Transistors und setzt dadurch die Erregung der Lichtmaschine kurzzeitig so lange herab, bis sie einen unteren Grenzwert erreicht hat, bei dem die Spannungsspule 42 den Schaltarm 44 nicht mehr in seiner Offenstellung zu halten vermag und der Basisstromkreis wieder geschlossen wird.
Unabhängig von der Höhe der Lichtmaschinen spannung wird der durch die Feldwicklung F fliessende Erregerstrom vom Stromrelais 45 gesteuert. Wenn nämlich der Lichtmaschine ein Verbraucherstrom Iv entnommen -wird, dessen Stärke einen vorher be stimmten Wert überschreitet, spricht das Strom relais 45 an und schaltet ebenfalls die Basiselektrode B von der Minus-Bürste der Lichtmaschine ab, so dass die Lichtmaschine nicht überlastet werden kann und mit einer wesentlich herabgesetzten Erregung weiterläuft, ohne Schaden zu nehmen.
Wie beim Aus führungsbeispiel nach Fig. 3 ist in die Verbindungs leitung zwischen der Plus-Bürste der Lichtmaschine und der Batterie 48 eine Halbleiterdiode V einge schaltet, die bei zu niedriger Lichtmaschinenspannung eine Entladung der Batterie über die Lichtmaschine verhindert.
Bei den Regeleinrichtungen nach den Fig. 5 bis 7 sind zur Steuerung des Erregerstroms der Licht maschine ebenfalls Transistoren verwendet, jedoch als Sollwertgeber kontaktlose Schaltelemente verwendet.
Bei der Regeleinrichtung nach Fig. 5 ist die Kollektor-Elektrode C des Transistors 50 unmittel bar mit der Minusbürste verbunden, während die Feldwicklung F einerseits an die Plus-Bürste und anderseits an die Emitterelektrode E angeschlossen ist. Die Basis B liegt über einen Widerstand R mittel bar an der Minus-Bürste. In die Verbindungsleitung zwischen der Plus-Bürste und der Basiselektrode B ist ein Sollwertgeber D eingeschaltet, der bewirkt, dass die Erregung der Lichtmaschine periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Der Sollwertgeber D weist bis zu bestimmten Spannungswerten einen hohen Durchlass widerstand, oberhalb dieser Spannungswerte einen niedrigen Durchlasswiderstand auf.
Wenn in der dar gestellten Schaltung die Lichtmaschinenspannung niedrig und demzufolge der Durchlasswiderstand des Sollwertgebers D hoch ist, fliesst ein erheblicher Strom Je durch die Erregerwicklung F der Lichtmaschine von der Emitterelektrode E zur Kollektorelektrode C und von dort zur negativen Bürste der Lichtmaschine. Mit steigender Erregung steigt auch die Spannung zwischen den Bürsten<I>a</I> und<I>b</I> der Lichtmaschine und demzufolge auch der durch den Transistor flie ssende Erregerstrom an. Die so entstehende Aufschau- kelung der Lichtmaschinenspannung führt schliesslich zu Spannungswerten, die den Sollwertgeber zum Um kippen bringen, so dass er einen niedrigen Durchlass widerstand bekommt.
Es entsteht dann am Wider stand R ein hoher Spannungsabfall, der den Tran sistor so weit sperrt, dass nur noch ein kleiner Erre gerstrom durch die Feldwicklung F fliessen kann. Da durch sinkt die Spannung der Lichtmaschine rasch auf einen Wert ab, bei dem der Sollwertgeber D wieder von seinem niedrigen Durchlasswiderstand zu einem hohen Durchlasswiderstand zurückkippt und den Transistor wieder öffnet. Als Sollwertgeber mit diesen Kippeigenschaften eignen sich Halbleiterdioden besonders gut, die Kennlinien mit einem stark fallen den Ast haben.
Bei den Regeleinrichtungen nach Fig. 6 und 7 sind zur Steuerung des in den Erregerstromkreis der Lichtmaschine eingeschalteten Transistors Wider- stände verwendet, deren Werte durch Zufuhr von Wärme in weiten Grenzen geändert werden kann.
Bei der Regeleinrichtung nach Fig. 6 ist in die Verbindungsleitung zwischen der Basis B und der Kollektorelektrode C des Transistors 60 ein Kaltleiter K eingeschaltet, der von einer Heizwicklung H umge ben ist. In Reihe mit der Heizwicklung H liegt eine Kristalldiode D, die mit der Plus-Bürste der Licht maschine in Verbindung steht. Die Kristalldiode D wird in Sperrichtung betrieben. Ihr Sperrwiderstand ist gross, solange die angelegte Spannung unterhalb einem als Durchbruchsspannung bezeichneten Wert bleibt, oberhalb der Durchbruchsspannung dagegen klein. Bei niedriger Generatorspannung wird über die Feldwicklung F ein starker Erregerstrom aufrechter halten, da der Widerstand des Kaltleiters K niedrig und der über die Heizwicklung H fliessende Heiz strom Jh, ebenfalls niedrig ist.
Bei steigender Licht maschinenspannung wird auch der durch die Feld wicklung F fliessende Erregerstrom Je grösser, so dass die Lichtmaschinenspannung schliesslich einen Wert erreicht, bei dem die an der Kristalldiode D liegende Spannung die Durchbruchsspannung erreicht und der Heizstrom Jh, auf erhebliche Werte ansteigt. Dies hat zur Folge, dass der Widerstand des Kaltleiters K in kurzer Zeit so weit anwächst, dass der Transistor 60 gesperrt wird und der Erregerstrom Je sowie die Lichtmaschinenspannung abzusinken beginnt. Wenn die Durchbruchsspannung unterschritten ist, wird der Heizstrom Jh, wieder sehr klein, und der Widerstand des sich abkühlenden Kaltleiters K wird rasch wieder so niedrig, dass der Transistor seinen Durchlasszustand erreicht und das beschriebene Spiel von neuem be ginnen kann.
Die Schaltung nach Fig.7 weist anstelle eines Kaltleiters einen Heissleiter L auf, der von einer Heiz- wicklung H umgeben ist. Der Heissleiter liegt in der Verbindungsleitung der Basis B und der Plus-Bürste der Lichtmaschine, während in die Verbindungslei tung von der Basis B zur Minus-Bürste ein Begren zungswiderstand R eingeschaltet ist. In den Zug der Heizwicklung H ist, wie bei der Regeleinrichtung nach Fig. 6, eine Kristalldiode D eingeschaltet, deren Widerstand unterhalb der Durchbruchsspannung gross, oberhalb der Durchbruchsspannung klein ist.
Solange die Lichtmaschinenspannung unter der Durchbruchsspannung liegt, ist der die Heizwicklung H durchfliessende Heizstrom J,, noch klein und dem zufolge der Widerstand des Heissleiters L gross. Es fliesst dann über den Transistor 70 ein kräftiger Erre gerstrom J" der ein rasches Anwachsen der Licht maschinenspannung bewirkt.
Sobald die an der Diode D liegende Spannung die Durchbruchsspannung er reicht, wächst der Heizstrom Jh, an und heizt den Heissleiter L auf, dessen Widerstand mit der Tempe ratur fällt, bis er schliesslich einen Wert erreicht, bei dem der Transistor in einen schlecht leitenden Zu stand versetzt wird und die Generatorspannung wegen des abklingenden Erregerstroms<I>Je</I> zu sinken beginnt. Der Heizstrom Jh, fällt dann zusammen mit der Licht- maschinenspannung stark ab, wobei der Heissleiter sich wieder abkühlen kann, bis sein Widerstand einen Wert erreicht, bei dem der Transistor wieder geöffnet wird und einen stärker werdenden Erregerstrom durch die Feldwicklung F zu leiten vermag.
Die Schaltbilder nach Fig.8 und 9 betreffen Regeleinrichtungen zur kontaktlosen Spannungsrege lung, bei denen der im Erregerstromkreis fliessende Strom unmittelbar durch Halbleiterdioden D beein flusst wird. Die zu regelnde Lichtmaschine nach Fig. 8 hat zwei Feldwicklungen F1 und F2. Von diesen ist die mit F1 bezeichnete Wicklung mit dünnem Draht und hoher Windungszahl ausgeführt, während die Wick lung F., wenige Windungen hat und aus einem dicke ren Draht besteht. Der Widerstand der Feldwicklung F1 ist etwa dreimal so gross wie derjenige der Wick lung F2. Beide Wicklungen sind hintereinanderge schaltet. Zur Wicklung F1 liegt die Diode D parallel, die aus Germanium besteht und in ihrer Sperrichtung einen stark abfallenden Kennlinienast aufweist.
Diese Kennlinienform hat zur Folge, dass die Diode D ge sperrt bleibt, bis die Lichtmaschine sich über die beiden Wicklungen F1 und F2 auf eine Spannung erregt hat, bei der die Diode trotz Betriebs in der Sperrichtung einen hohen Leitwert bekommt und da durch die Wicklung F1 wenigstens zum Teil kurz schliesst. Dadurch beginnt die Erregung der Licht maschine und mit ihr auch die Spannung an den Bürsten abzusinken, bis die Lichtmaschinenspannung schliesslich einen Wert erreicht, bei dem die Diode in ihren Sperrzustand zurückkippt und den Erreger strom zwingt, die Feldwicklung F1 zu durchfliessen, so dass sich die Lichtmaschine erneut wieder selbst erregt und das Spiel von neuem beginnt. Anstelle der zwei ten Feldwicklung F,, kann man auch einen Wider stand R vorsehen, der etwa ein Drittel des Gleich stromwiderstandes der Wicklung F1 ausmacht.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 weist die Lichtmaschine ebenfalls zwei Feldwicklungen F1 und F2 auf. Die mit F2 bezeichnete Feldwicklung ist der Wicklung F1 entgegengeschaltet und liegt in Reihe mit einer Germanium-Diode D, die in ihrem Kenn linienverlauf einen scharfen Knick aufweist. Der Widerstand der Wicklung F, ist so gewählt, dass die Diode an diesem Knick betrieben wird, wenn die Lichtmaschine ihre Sollspannung aufweist. Sobald die Lichtmaschinenspannung ihren Sollwert überschrei tet, wächst der durch die Wicklung F., fliessende Strom J.., stark an und hebt die in der Wicklung F1 erzeugte magnetische Erregung zum grossen Teil auf, so dass die Lichtmaschinenspannung zu sinken be ginnt.
Dadurch sinkt aber auch die Betriebsspannung der Diode D in ein Gebiet ab, in dem der Durchlass- widerstand der Diode grösser ist; demzufolge geht der die Gesamterregung herabsetzende Strom J", noch stärker zurück, als es der Erniedrigung der Spannung zwischen den Bürsten der Lichtmaschine entsprechen würde, und die Gesamterregung durch die Wicklungen F1 und F2 beginnt wieder zu steigen. Mit steigender Spannung kommt auch die Diode wieder in ein Arbeitsgebiet höherer Leitfähigkeit, und das beschrie bene Spiel beginnt von neuem.
Die in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausfüh rungsbeispiele weisen im Steuerkreis des Leistungs transistors lichtempfindliche Halbleiter auf. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist eine Photodiode P zwischen die Basis B und die Minus-Bürste des Generators eingeschaltet. Sie arbeitet mit einer Glüh lampe 80 zusammen, die an die beiden Bürsten der Lichtmaschine G angeschlossen ist. Zwischen der Photodiode P und der Glühlampe 80 ist eine Blende angebracht, die in der Zeichnung nur schematisch an gedeutet ist und einen feststehenden Teil 81 sowie einen beweglichen Teil 82 aufweist.
Der bewegliche Blendenteil 82 sitzt an einem Anker 83, der einer elektromagnetischen Spule 84 zugeordnet ist und in Abhängigkeit von dem durch die Spule fliessenden Strom derart verstellt wird, dass die Blendenöffnung klein ist, wenn die Lichtmaschinenspannung über ihrem Sollwert liegt. In diesem Falle kann nur wenig oder gar kein Licht auf die Diode treffen. Diese stellt daher einen hohen Widerstand dar und sperrt den in Reihe mit der Feldwicklung F liegenden Leistungs transistor. Der höhere Widerstand im Erregerkreis hat zur Folge, dass die Lichtmaschinenspannung zu sinken beginnt. Der in der Spule 84 fliessende Strom vermag dann den Anker 83 nicht mehr in seiner Anzugstellung zu halten.
Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Rückstellfeder zieht dabei den beweg lichen Blendenteil 82 vom feststehenden Teil 81 weg und gibt den von der Glühlampe 80 ausgehenden Lichtstrahlen den Weg zur Photodiode P frei. Die Photodiode wird wieder niederohmig und steuert den Transistor 85 in den Durchlassbereich. Die Licht maschinenspannung beginnt dann wieder zu steigen, und das beschriebene Spiel wiederholt sich.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind vor der Photodiode P zwei. Bleche 90 und 91 ange ordnet, die eine feste, jedoch einstellbare Blende für die von der Glühlampe 92 ausgehenden Lichtstrahlen bilden. Die Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke auf der Photodiode von der zu regelnden Generatorspan nung wird durch eine Zenerdiode Z erzielt, die in Sperrichtung in den Lampenstromkreis eingeschaltet ist und eine im Sperrbereich scharf geknickte Kenn linie hat. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Zenerdiode Z ihre Durchbruchsspannung erreicht und einen zum Aufleuchten der Lampe 92 ausreichenden Strom zulässt, sobald die Lichtmaschinenspannung bis zu ihrem Sollwert angestiegen ist.
Infolge der Be leuchtung wird die vorher hochohmige Photodiode leitend und sperrt dadurch den Transistor 95, dessen Basis über einen Widerstand 96 mit der Minus-Bürste und über die Photodiode P mit der Plus-Bürste ver bunden ist. Im Sperrzustand führt der Transistor nur einen niedrigen Strom über die Feldwicklung F. Die Lichtmaschinenspannung sinkt daher so weit ab, bis die an der Zenerdiode abfallende Teilspannung den Durchbruchswert unterschreitet. Dann kann der zum Leuchten der Glühlampe 92 erforderliche Strom nicht mehr aufrechterhalten werden. Die Photodiode wird hochohmiger und öffnet den Transistor wieder, der dann einen kräftigeren, zu erneutem Spannungs anstieg führenden Erregerstrom bewirkt.
Die in den Schaltbildern nach Fig. 12 und 13 dargestellten Regeleinrichtungen enthalten zwei Tran sistoren 110 und 120 (bzw. 140), gegenüber nur je einem Halbleiterelement nach den - Fig. 1 bis 11. Diese Regeleinrichtungen haben jedoch den Vorteil einer wesentlich höheren Regelgenauigkeit. Ausserdem können sie den besonderen Betriebsbedingungen von Lichtmaschinen besser angepasst werden.
Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Anker der Lichtmaschine, zu deren Regelung die dargestellte Einrichtung bestimmt ist, mit G bezeich net. Ihre Feldwicklung F, die im Nebenschluss zum Anker G liegt, ist mit ihrem einen Ende an die nega tive Bürste a der Lichtmaschine angeschlossen, wäh rend ihr anderes Ende mit der Kollektorelektrode Cl eines Flächentransistors 110 verbunden ist, dessen Emitterelektrode El an der positiven Bürste b der Lichtmaschine liegt.
Die Grösse des über die Feld wicklung F fliessenden Erregerstroms Je und damit die Höhe der im Anker G induzierten und an den Bür sten<I>a</I> und<I>b</I> abgenommenen Spannung hängt ab von der Grösse des über die Basiselektrode Bi des Tran sistors 110 fliessenden Basisstromes Jb, der über einen Widerstand 111 von etwa 100 Ohm zur Masse bzw. zur negativen Bürste a geführt wird. Zur Steue rung des Transistors 110 ist der zweite Transistor 120 vorgesehen, der so geschaltet ist, dass er eine selbsterregte elektrische Schwingung erzeugt. Zu die sem Zweck ist in seinem Ausgangskreis ein Transfor mator vorgesehen, dessen Eisenkern in der Zeich nung mit - 121 bezeichnet ist und drei im gleichen Wickelsinne ausgeführte Wicklungen 122, 123, 124 trägt.
Die mittlere Wicklung 123 hat etwa 90 Win dungen bei 20 mHy und liegt mit ihrem einen Ende an der mit der negativen Bürste a verbundenen Masse leitung; ihr anderes Ende ist mit der Kollektorelek- trode C2 des Transistors 120 verbunden. In die Ver bindung von der Plus-Bürste b der Lichtmaschine zur Emitterelektrode E2 dieses Transistors ist eine Hilfsbatterie H mit einer Spannung UI., von etwa 2 Volt derart eingeschaltet, dass die Emitterelektrode E2 niedrigeres Potential als die Plus-Bürste b hat.
Auf der Eingangsseite des Transistors 120 ist die Basiselektrode B2 einerseits über einen einstellbaren Widerstand 125 von etwa 10 Ohm mit der Plus- Bürste <I>b</I> und der Plus-Platte der Hilfsbatterie<I>H,</I> anderseits mit der Minus-Bürste a der Lichtmaschine durch folgende in Reihe liegende Schaltelemente ver bunden:
einen Widerstand 126 von etwa 40 bis 50 Ohm, einen Heissleiter 127, dessen Widerstand in kaltem Zustand etwa 10 Ohm beträgt, und die nieder- ohmige Wicklung 124, vor der ein Gleichrichter 128 abzweigt, der zusammen mit einem an die Wicklung 122 des Transformators 121 angeschlossenen zweiten Gleichrichter 129 an der Basiselektrode B1 des Tran sistors 10 liegt.
Der Heissleiter 127, der in kaltem Zustand einen höheren Widerstand als im warmen Zustand hat, ist von einer Heizwicklung 130 umgeben, die im Zuge der Zuleitung 131 liegt, die von der Plus-Bürste b der Lichtmaschine zu der mit 132 bezeichneten Batte rie führt. An diese können verschiedene Verbraucher angeschlossen werden, von denen im Schaltbilde nur ein mit<B>133</B> bezeichneter mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. Um zu vermeiden, dass die Batterie sich über die Lichtmaschine entladen kann, ist in die Zuleitung ein Gleichrichter 134 aus Halbleitermetall eingeschaltet.
Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung lässt sich leicht übersehen, wenn man davon ausgeht, dass die an den Bürsten<I>a</I> und<I>b</I> abgenommene Spannung<I>U</I> der Lichtmaschine im Ansteigen begriffen und der Widerstand 125 so eingestellt sei, dass bei Erreichen der Sollspannung die am Widerstand 125 abfallende Teilspannung die Basis B2 auf gleiches Potential wie die negativ vorgespannte Emitterelektrode E2 des Transistors 120 bringt. Dadurch wird der Transistor 120 leitend und es setzt ein Kollektorstrom J2 ein, der im Wicklungsteil 124 eine durch den Pfeil Uz angedeutete Spannung induziert.
Die in der Wicklung 124 erzeugte Spannung Uz ist so gerichtet, dass sie die Basis B2 des Transistors 120 gegenüber der Emitterelektrode E2 negativ macht und daher einen stark anwachsenden Basisstrom (des sen Maximalwert durch die Grösse der induzierten Spannung U2 und die Grösse der Widerstände 126 und 127 gegeben ist) und demzufolge auch einen stark anwachsenden Kollektorstrom J2 erzeugt. Die vom Kollektorstrom J2 während seines Anstiegs indu zierte Spannung U2 ändert sich nur wenig. Der Kol lektorstrom erreicht jedoch bald seinen Maximalwert, der durch den Maximalwert des Basisstromes und die Baudaten des Transistors festgelegt ist.
Wenn sich dieser Maximalwert eingestellt hat, verschwindet die in den Wicklungen induzierte Spannung U2 und das Potential der Basiselektrode B2 springt auf einen höheren Wert zurück, so dass der Basisstrom Jb nicht mehr in der seitherigen Höhe aufrechterhalten wer den kann. Dadurch wird auch der Kollektorstrom J2 gedrosselt. Die Induktivität der Wicklung 123 wirkt dieser Änderung des Kollektorstromes entgegen und erzeugt einen Spannungsimpuls, der in der Zeichnung mit einem in unterbrochenen Linien ausgeführten Spannungspfeil U'2 angedeutet ist.
Durch diesen Span nungsimpuls wird der Transistor 120 vollends in den nichtleitenden Zustand gesteuert, in dem er so lange gehalten wird, bis der Spannungsimpuls U'2 abge klungen ist. Dann kann das beschriebene Spiel von neuem beginnen, wenn die Lichtmaschinenspannung U wieder ihren Sollwert erreicht.
Da die in der Wicklung 124 infolge der Ände rungen des Kollektorstromes J2 erzeugten Spannun gen U2 und U2' auf das Potential der Basis B2 und damit auf den Eingangskreis des Transistors 120 im Sinne einer Verstärkung dieser Änderungen wirken, entsteht eine selbsterregte elektrische Schwingung, bei welcher der Transistor 120 zwischen einem Be triebszustand mit hohem und einem Betriebszustand mit niedrigem Kollektorstrom J2 nach Art eines mono stabilen Sperrschwingers hin- und zurückkippt, sooft die ansteigende Lichtmaschinenspannung bis zu dem am Widerstand 125 eingestellten Sollwert angestiegen ist.
Die Spannungsimpulse U., und U2' werden über die Gleichrichter 128 und 129 auf einen Ladekonden sator 135 gegeben, dessen Grösse der Zeitkonstante der Lichtmaschine angepasst ist. Er hat einen Wert von etwa 50 F und ist parallel zu dem Basiswider stand 111 an die Basis B1 des ersten Transistors 110 angeschlossen. Jeder der Spannungsstösse bewirkt, dass das Potential der Basis Bi kurzzeitig angehoben wird und den Erregerstrom Je stark drosselt, wodurch die Lichtmaschinenspannung abgesenkt wird.
Das Absinken der Lichtmaschinenspannung unter den Sollwert hat zur Folge, dass der Transistor 120 so lange gesperrt bleibt und daher keine die Licht maschinenspannung absenkenden Impulse auf den Transistor 110 zu geben vermag, bis die Licht maschine sich wieder selbst auf ihre Sollspannung erregt hat.
Um eine Überlastung der Lichtmaschine durch zu hohe Verbraucherströme zu vermeiden, ist ihr Laststrom über die Heizwicklung 130 geführt. Je grösser dieser Laststrom ist, um so grösser ist die in der Heizwicklung 130 erzeugte Wärme und um so niedriger wird der Widerstand des Heissleiters 127. Dadurch verschiebt sich das Spannungsteilerverhältnis an der Basiselektrode B2 derart, dass bereits bei einer kleineren Lichtmaschinenspannung die am Wider stand 125 abfallende Teilspannung ausreicht, den Transistor 120 zu öffnen. Es stellt sich daher an den Bürsten der Lichtmaschine eine geregelte Spannung ein, die mit steigender Belastung zu kleineren Werten abfällt.
Damit an der Feldwicklung keine schädlichen Spannungsspitzen auftreten können, wenn der im Erregerkreis liegende Leistungstransistor 110 in den Sperrzustand gesteuert wird, empfiehlt es sich, einen in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten, mit 136 bezeich neten Gleichrichter parallel zur Feldwicklung derart einzuschalten, dass er bei konstanter Erregung prak tisch keinen Strom durchlässt. Wenn man als Gleich richter einen Halbleiter verwendet, kann es sich emp fehlen, in den Zug der Zuleitung zu dem Gleich richter 136 einen Begrenzungswiderstand 137 einzu schalten. Bei Lichtmaschinen grosser Leistung kann es ferner zweckmässig sein, zur Feldwicklung einen Dämpfungswiderstand 138 parallel zu schalten.
Das in Fig. 13 dargestellte Beispiel unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 12 im wesentlichen dadurch, dass anstelle der dort vorgesehenen Hilfs- Batterie H zwei in Reihe geschaltete Gleichrichter 141 und 142 vorgesehen sind, die einerseits am Pluspol der Lichtmaschine und anderseits am Emitter E des Steuertransistors 140 angeschlossen sind. Sie bilden zusammen mit einem Widerstand 143, der zwischen der Emitterelektrode E und der Minus-Bürste der Lichtmaschine liegt, einen Spannungsteiler, der zu sammen mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen 144 und 145 eine elektrische Brücke ergibt, in deren Diagonalzweig die Emitter-Basisstrecke des Tran sistors 140 liegt.
Die Gleichrichter 141 und 142 haben stark gekrümmte Kennlinien und ergeben daher in ähnlicher Weise, wie das bei Fig. 12 durch die Batterie H erfolgt, eine Vergleichsspannung, die als Bezugsgrösse für die mit dem Widerstand 144 einstell bare Sollspannung dient. Wie beim vorherigen Bei spiel ist die Kollektorelektrode C an den Verbin dungspunkt der Wicklungen 122 und 123 des in Fig.13 nicht näher dargestellten Transformators angeschlossen.
Zur Erzeugung einer Vergleichsspannung zwi schen der Emitterelektrode E und der Plus-Bürste der Lichtmaschine kann man anstelle der beiden Gleich richter 141 und 142 auch eine Halbleiterdiode vor sehen, die im Sperrbereich einen nahezu rechtwink ligen Kennlinienverlauf hat. Eine solche sogenannte Zenerdiode ist in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien angedeutet und mit 146 bezeichnet. Gegen über der Verwendung von Gleichrichtern hat eine solche Diode den Vorteil, dass der mit ihr zur Erzie lung eines Spannungsteilers in Reihe zu schaltende Widerstand 147 verhältnismässig hochohmig gewählt werden kann.
Damit die Regeleinrichtung nach Fig. 13 eine bei wachsender Belastung absinkende Sollspannung ent hält, kann man in die Verbindungsleitung von der Plus-Bürste der Lichtmaschine zum einstellbaren Widerstand 144 einen gestrichelt angedeuteten Wider stand 148 einschalten, der einen Wert von etwa fünf Milli-Ohm hat. An den Verbindungspunkt dieses Widerstandes mit dem einstellbaren Widerstand 144 wird dann die Batterie 132 über eine Halbleiterdiode 149 angeschlossen. Je nach der Grösse des der Licht maschine entnommenen Belastungsstromes fällt am Widerstand 148 eine Spannung ab, die bewirkt, dass der Transistor 140 bereits bei kleineren Werten der Lichtmaschinenspannung stromführend wird und über die Transformatorwicklungen wie beim Beispiel nach Fig. 12 Sperrimpulse zur Herabsetzung der Licht maschinenerregung auf den Leistungstransistor 110 gibt.