CH355842A - Regeleinrichtung für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger Spannung, insbesondere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

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 Regeleinrichtung für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger Spannung, insbesondere    für      Lichtmaschinen   von    Kraftfahrzeugen   Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger Spannung mit mindestens einer im    Nebenschluss   arbeitenden Feldwicklung, insbesondere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen nach Hauptpatent Nr. 351321, bei der zur    Beeinflussung   des über die Feldwicklung gehenden Erregerstroms ein Halbleiterelement, insbesondere ein    Transistor,   verwendet ist. 



  Die im Hauptpatent vorgeschlagenen Regeleinrichtungen    berücksichtigen   den Laststrom des Generators nur unvollkommen und ergeben daher eine lastabhängige Klemmenspannung des Generators. Wenn der Generator zum Antrieb durch eine mit stark wechselnder Drehgeschwindigkeit laufenden Brennkraftmaschine oder dergleichen bestimmt ist und mit einer Batterie zusammenarbeiten soll, der auch bei stillstehendem Generator ein verhältnismässig grosser Betriebsstrom für elektrische Stromverbraucher, wie Scheinwerfer und dergleichen, entnommen werden kann, soll die der Batterie entnommene Ladung durch den vom Generator gelieferten Strom möglichst rasch wieder ersetzt werden können.

   Dies ist dann möglich, wenn die    Regeleinrichtung   den Generator auch bei starker Belastung durch den Batterieladestrom und den Betriebsstrom von gegebenenfalls    zusätzlich   angeschlossenen Verbrauchern genau auf seiner Sollspannung zu halten vermag. Um dies zu erreichen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach dem Hauptpatent vorgeschlagen, in wenigstens einer    Verbindungsleitung      vorn      den      Klemmen   des Stromerzeugers zum Verbraucher einen Widerstand    anzuordnen   und den am Widerstand in Abhängigkeit vom Laststrom wachsenden    Spannungsabfall   zur Beeinflussung des Halbleiterelementes zu verwenden. 



  In der Zeichnung    sind      fünf   Ausführungsbeispiele der Erfindung    dargestellt.   Das    Ausführungsbeispiel   nach    Fig.   1 ist zum Anschluss an eine Gleichstromlichtmaschine G bestimmt, deren Feldwicklung F im    Nebenschluss   zu den Klemmen der Lichtmaschine arbeitet und mit einem für hohe Stromstärken bemessenen Transistor T2 in Reihe liegt. An die als Steuerelektrode dienende Basis B dieses Transistors ist der Kollektor C eines weiteren Transistors T1 angeschlossen, der ausserdem über einen Widerstand R4 an der Minusklemme der Lichtmaschine liegt. Die    Emitter-Elektroden   E beider Transistoren liegen unmittelbar an der Plusklemme der Lichtmaschine.

   Hinter diesen    Emitter-Elektroden   ist ein Lastwiderstand R5 eingeschaltet, über den der Ladestrom der Batterie 10    geführt   ist.    Zwischen   dem Pluspol der Batterie und dem    Widerstand   RS liegt eine    Siliziumdiode   D2. Von der die Diode D2 und den Widerstand R5 verbindenden Leitung zweigt eine Leitung 11 ab, die zu einem an die Basis des Transistors    T1   angeschlossenen Widerstand R3 sowie einem zu diesem parallel geschalteten Kondensator 12 und einem Widerstand R2    führt,   der sowohl an einem mit dem    Minuspol   der Lichtmaschine verbundenen Widerstand R1 als auch an einer in die    Basiszuleitung   eingeschalteten    Zenerdiode   Dl liegt. 



  Die    Zenerdiode   ist in Sperrichtung geschaltet und weist in ihrem Sperrbereich einen starken Knick in ihrem    Stromspannungsverlauf   auf. Solange die angelegte Spannung den Durchbruchswert noch nicht erreicht, ist die Diode    praktisch      vollständig   gesperrt, wird jedoch stark stromleitend, sobald dieser Wert überschritten wird. 



  Beim    Anlaufen   der Maschine ist der Transistor T2 über den Widerstand R4 derart vorgespannt, dass er für den Erregerkreis praktisch einen Kurzschluss bildet. Der Transistor T1 ist    während   dieser Anlaufperiode gesperrt.    Beim   Erreichen der Maschinensoll- 

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 Spannung wird die    Zenerdiode   D1 leitend; im Transistor    T1   beginnt daher Basisstrom und    Kollektor-      strom   zu fliessen. Dadurch wird das Potential der Basis des Transistors T2 gegen positive Werte    hin   verschoben und der Transistor T2 beginnt    entsprechend      zu   sperren, womit der Erregerstrom zurückgeht und die Spannungsregelung bewirkt. 



  Die Stromregelung erfolgt in ähnlicher Weise durch den Spannungsabfall, den der Laststrom am Widerstand R5 bewirkt. Wenn nämlich der Schalter S eingelegt und dadurch ein starker Stromverbraucher, beispielsweise eine    Scheinwerferlampe   L, an die Lichtmaschine G und die ihr parallel liegende Batterie 10 angeschlossen wird,    fliesst   ein erheblicher Strom J über den Widerstand R5, der einen    Wert   von etwa 0,035 Ohm aufweist, und erzeugt an diesem eine Spannung    U,   die über die Leitung 11 und den Widerstand R3 der Basis B des Transistors    T1      zugeführt   wird.

   Dadurch wird die Basiselektrode B des Transistors TI weniger stark negativ, ihr negatives Potential also in    Richtung   auf Null hin angehoben und der durch den Arbeitswiderstand R4    fliessende      Kollek-      torstrom   des    Transistors   T1 wird kleiner, die Spannung zwischen dem    Emitter   E und der Basis    B   des Transistors T2 daher grösser. über die Feldwicklung F kann daher ein    grösserer   Strom fliessen, der die Lichtmaschine stärker erregt.

   Durch die stärkere Erregung vermag die Lichtmaschine G auch den am Widerstand R5 und der Diode D2 infolge des    Laststromes   J entstehenden Spannungsabfall zu    decken.   Wenn der Widerstand R5 veränderlich gemacht wird, kann er so eingestellt werden, dass trotz wechselnder Lastströme J die an die    Batterie   gelieferte Spannung konstant bleibt. 



  Das Ausführungsbeispiel nach    Fig.   2 stellt eine Abwandlung der Schaltung nach    Fig.   1 dar. Soweit die einzelnen Schaltelemente in    Fig.   1 und 2 die    Sei-      chen   Wirkungen haben, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen.

   Die Regeleinrichtung nach    Fig.   2 weicht von derjenigen nach    Fig.   1 insofern ab, als anstelle des dort verwendeten Transistors    T1   vom    p-n-p-Typ   ein Transistor T3 vom    n-p-n-   Typ verwendet ist, dessen    Emitter   E    als   Steuerelektrode dient und über einen Widerstand R3 an den in die Minusleitung eingeschalteten Kompensationswiderstand R5 angeschlossen ist, während seine    Kollektorelektrode   C mit der Basis B des in den Stromkreis der Feldwicklung F eingeschalteten Transistors T2 über einen    Widerstand   R7 verbunden ist. 



  Die Basis des Transistors T3 liegt an einem festen, aus zwei Widerständen R4 und R6    gebildeten,   fest eingestellten Spannungsteiler, während die in den Steuerkreis des Transistors T3 eingeschaltete    Zener-      diode   D1 einen nichtlinearen    Kennlinienverlauf   hat und daher zusammen mit den Widerständen R 1 und R2 bzw. R3 einen    spannungsabhängigen      Spannungs-      teiler   bildet. Wie beim ersten Beispiel nach    Fig.   1 ist auch beim zweiten nach    Fig.   2 eine    als   Rückstromschalter dienende Diode D2 vorgesehen, die verhin-    dert,   dass sich die Batterie 10 bei stillstehender Lichtmaschine über deren Anker    entlädt.   



  Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen, die eine kontinuierliche Änderung des Erregerstromes in der Feldwicklung F bewirken, ist bei den Regeleinrichtungen nach    Fig.3   bis 5 die Anordnung derart getroffen, dass der im Stromkreis der Feldspule F liegende Transistor T2    zwischen   einem Betriebszustand niedrigen. Innenwiderstandes und einem Betriebszustand hohen Innenwiderstandes selbsttätig hin und her kippt, wobei der Kippeinsatz sowohl durch die Höhe der augenblicklichen Klemmenspannung der Lichtmaschine als auch von der Höhe des jeweiligen Laststromes der Lichtmaschine bestimmt wird.

   Zur Erzeugung der    Kippschwingun-      gen   können die verwendeten Schaltelemente auf die    Indluktivitäten   der Erregerwicklung F und der Ankerwicklung der Lichtmaschine abgestimmt sein. Die Schaltung des Ausführungsbeispiels nach    Fig.   3 unterscheidet sich von derjenigen nach    Fig.   1 im wesentlichen dadurch, dass der Kondensator 12, der in    Fig.   1 parallel zum Basiswiderstand R3    liegt,   weggelassen ist und dass zur Feldwicklung F eine Diode D3 in Sperrichtung parallel    liegt.   Hierdurch erreicht man bereits eine gute Schwingneigung des aus den beiden Transistoren    T1   und T2 gebildeten Schwingungssystems,

   dessen Eigenfrequenz ausser durch die Induktivität der Feldwicklung F auch durch die    Elek-      trodenkapazitäten   der Transistoren bestimmt wird, von denen in    Fig.   3 nur die    Kollektor-Emitter-Kapa-      zität   30 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist. 



  Um die Schwingung auch über einen grossen Drehzahlbereich und bei starken Lastströmen aufrechtzuerhalten, kann man mit    Phasendrehgliedern,   die aus einzelnen Kondensatoren und Spulen, oder Kombinationen dieser Schaltelemente,    gegebenenfalls   in Serien- oder Parallelschaltung mit Widerständen gebildeten Kombinationen von Kondensatoren oder Spulen bestehen, den Schwingbereich wesentlich erweitern. Die hierzu    erforderlichen   Kondensatoren oder Spulen können kleine Werte haben, wenn man die Phasenglieder 32 in den Steuerkreis des Transistors    T1   legt, wie dies in    Fig.   3 mit unterbrochenen Linien angedeutet    ist.   



  Beim Ausführungsbeispiel nach    Fig.   4 ist    nur   ein    einziger   Transistor T2 verwendet, der in einer Art    Sperrschwingschaltung   derart betrieben wird', dass sich eine    selbsterregte   Schwingung einstellt. Hierzu dient in erster Linie der zwischen der Basiselektrode B und dem    Emitter   E liegende Kondensator 40.

   Die von der Höhe der    jeweils   vorhandenen    Lichtmaschinenspan-      nung   abhängige Regelgrösse wird durch einen sogenannten Haugenerator 43 geliefert.    Haugeneratoren   sind Halbleiteranordnungen mit einem etwa prismatischen Halbleiterkristall aus Germanium, die unter dem Einfluss eines äusseren    Magnetfeldes   ihren Widerstand stark ändern. 



  Zur Erzeugung eines den Haugenerator 43 beeinflussenden    :Magnetfeldes   ist ein rechtwinklig    zur      Längsachse   des    Hälbleiterkristalls   angeordneter Eisen- 

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    stab   44 vorgesehen, der zwei Spulen 45 und 46 trägt, von denen die Spule 45 mit einer an die Minusleitung angeschlossenen    Zenerdiode   D 1 in Reihe    liegt   und mit ihrem anderen Ende an den Verbindungspunkt zwischen dem Lastwiderstand R5 und einer ebenfalls in die Plusleitung eingeschalteten, als Rückstromschalter dienenden Diode D2 angeschlossen ist.

   Der diese Spule durchfliessende Strom J1 nimmt von einem durch die Durchbruchsspannung der    Zenerdiode   Dl bestimmten Wert der    Lichtmaschinenspann,ung   sehr rasch zu und verschiebt infolge des auf den    Hallgene-      rator   43 einwirkenden    Magnetfeldes   den Arbeitspunkt des Transistors derart, dass die von diesem erzeugten Stromimpulse kürzer und schwächer werden.

   Im Gegensatz zu den Anordnungen nach    Fig.   1 bis 3 liegt der am Lastwiderstand R5    entstehende   Spannungsabfall nicht unmittelbar an der Steuerelektrode B des Transistors T2, sondern    isst   über    eine   Diode D4 der zweiten Spule 46 auf dem Eisenstab 44    zuggeführt.   Der in dieser Spule fliessende Strom J2 wirkt dem durch den Strom    J1   in der Spule 45 erzeugten Magnetfeld entgegen und beeinflusst daher nur mittelbar den Transistor T2. 



  Die Regeleinrichtung nach    Fig.   5 enthält ebenfalls nur einen einzigen Transistor T2, der mit der Feldspule F der Lichtmaschine G und mit einem dieser in Sperrichtung parallel geschalteten Gleichrichter D3 in Reihe liegt. Die Basiselektrode B des Transistors T2 ist am einen Ende der Sekundärwicklung 53 eines Transformators, der auf einem gemeinsamen Eisenkern 54 zwei Primärwicklungen 51 und 52    trägt,   angeschlossen. Die Primärwicklung 51 liegt in Reihe mit der an die Minusleitung angeschlossenen    Zenerdiode   D1 und ist über eine Leitung 55 mit dem Pluspol der Batterie 50 verbunden.

   Wenn die Klemmenspannung der Lichtmaschine ihren Sollwert erreicht, beginnt in der Wicklung 51 ein starker Strom zu fliessen, der in der Sekundärwicklung 53 einen hohen Sperrimpuls induziert und dadurch den Transistor T2 kurzzeitig in den Sperrzustand versetzt. Der sinkende Erregerstrom in der Feldwicklung F bewirkt eine geringe Absenkung der    Lichtmaschinenspannung   unter den    Durchbruchswert   der    Zenerd'iode   Dl.

   Da unterhalb der Durchbruchsspannung der Innenwiderstand erheblich grösser ist als oberhalb derselben, geht der Strom J1 in der Primärwicklung    proportional   wesentlich stärker zurück, als die    Lichtmaschinenspannung   absinkt und    erzeugt   dabei einen den Transistor wieder öffnenden Spannungsimpuls in der Sekundärwicklung 53, so dass die Spannung der Lichtmaschine wieder steigt und das beschriebene Spiel von neuem beginnen kann. 



  Wenn gleichzeitig stromverstärkende Laständerungen eintreten, so entsteht am Widerstand R5 ein    Spannungsabfall,   der zur Folge hat, dass der in der zweiten Primärwicklung 52 fliessende Strom J2 einen den Transistor in den Öffnungszustand    steuernden   Spannungsimpuls in der Sekundärwicklung 53 erzeugt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Regeleinrichtung für rotierende elektrische Stromerzeuger niedriger Spannung mit mindestens einer im Nebenschluss arb--itenden Feldtwicklung, insbeson- dere für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen, bei der zu Beeinflussung des über die Feldwicklung gehenden Erregerstroms ein Halbleiterelement (T2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Verbindungsleitung von den Klemmen des Stromerzeugers (G) zu einem angeschlossenen Verbraucher (L) ein vom Laststrom (J) des Stromerzeugers durchflossener Widerstand (R5)

   angeordnet und der am Widerstand in Abhängigkeit vom Laststrom wachsende Spannungsabfall zur Beeinflussung des Halbleiterelements (T2) verwendet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer selbsterregten Schwingung Phasend'rehglieder (32) vorgesehen sind, durch welche die an der Steuerelektrode (B) des Halbleiterelements (T2) wirksame Spannung in die zur Aufrechterhaltung der Selbst- erregungsbedingungen erforderliche Phasenlage gebracht wird. 2.

   Regeleinrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser einem mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Reihe mit der Feldwicklung liegenden Leistungstransistor (T2) ein zu dessen Steuerung dienender zweiter Transistor (T1) vorgesehen ist, dessen Emitter mit einer der beiden Klemmen des Stromerzeugers und dessen Kollektor mit der anderen Klemme des Stromerzeugers verbunden ist, und dass im Steuerkreis des zweiten Transistors (T1) ein Stromleiter (D1) mit stark gle- krümmter Strom-Spannungskennlinie angeordnet ist,

   der beim überschreiten des Sollwertes der Generatorspannung einen Steuerstrom zu führen vermag, der sich stärker als die Generatorspannung ändert. 3. Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (B) des in den Stromkreis der Feldwicklung (F) eingeschalteten Halbleiterelements (T2) an wenigstens ein zweites Halbleiterelement (43) angeschlossen ist, dessen elektrischer Längswiderstand in Abhängigkeit von einem quer dazu stehenden veränderlichen Magnet- feld steuerbar ist (Haugenerator). 4.

   Regeleinrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des den Haugenerator (43) steuernden magnetischen Feldes auf einem Eisenkern (44) wenigstens eine Spule (45) vorgesehen ist, die in Reihe mit einer Zenerdiode (D1) an die zu regelnde Spannung angeschlossen ist. 5. Regeleinrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Spule (45) eine zweite Spule (46) auf den gleichen Eisenkern (44) angeordnet ist, die parallel zu dem in den Laststromkreis eingeschalteten Widerstand (R5) liegt. <Desc/Clms Page number 4> 6.

   Regeleinrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit der par- allel zum Laststromwiderstand (R5) geschalteten Magnetisierungswicklung (46) eine Diode (D4) geschaltet ist. 7.

   Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (B) des mit der Feldwicklung in Reihe liegenden Halbleiterelements (T2) an die Sekundärwicklung (53) eines mit einem Eisenkern (54) versehenen Transformators angeschlossen ist, der zwei Primärwicklungen (51 und 52) hat, von denen die eine über eine Diode (D1) mit stark gekrümmter Kennlinie an der zu regelnden Spannung liegt, während die andere Primärwicklung (52) parallel zu dem vom Laststrom durchflossenen Widerstand (R5) geschaltet ist. B.

   Regeleinrichtung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch eine Halbleiterdiode (D1) mit stark gekrümmter Stromspannungskennlinie, die einerseits mit dem den Laststrom führenden Widerstand (R5) und den Stromverbrauchern, anderseits mit der Steuerelektrode eines den Erregerstrom wenigstens mittelbar beeinflussenden Transistors (T1, T2, T3) verbunden ist. 9.

   Regeleinrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, d;ass die Halbleiterdiode (D1) mit dem den Laststrom führenden, in einer der beiden Generatoranschlussdeitungen liegenden Widerstand (R5) und den Verbrauchern (10, L) über einen Widerstand (R2) verbunden ist, der zusammen mit einem weiteren, an die andere Generatoranschlussleitung angeschlossenen Widerstand (R1) einen Spannungsteiler für die zu regelnde Spannung bildet.