DE1092993B

DE1092993B - Arrangement for keeping the voltage and / or current of electrical machines with shunt behavior constant

Info

Publication number: DE1092993B
Application number: DES64409A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ottokar Halla
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-08-13
Filing date: 1959-08-13
Publication date: 1960-11-17

Description

Anordnung zur Konstanthaltung von Spannung und/oder Strom von elektrischen Maschinen mit Nebenschlußverhalten Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konstanthaltung von Spannung und/oder Strom von elektrischen Maschinen mit Nebenschlußverhalten bei Drehzahl- und Belastungsänderungen und unterscheidet sich von dem Bekannten dadurch, daß die Erregung der elektrischen Maschinen von mindestens einem Fototransistor gesteuert wird, dessen Steuerlichtquelle von Spannung, Strom und/oder Frequenz der Maschine abhängig gemacht ist.Arrangement for keeping constant voltage and / or current of electrical Machines with shunt behavior The invention relates to an arrangement for keeping constant of voltage and / or current of electrical machines with shunt behavior with speed and load changes and differs from the known in that the excitation of the electrical machines from at least one phototransistor is controlled, the control light source of voltage, current and / or frequency of the Machine is made dependent.

Die Anordnung nach der Erfindung erlaubt mit einfachen und wartungsfreien Mitteln eine Konstanthaltung der Ausgangsgrößen von elektrischen Maschinen sowohl bei Änderung der Maschinendrehzahl in weiten Grenzen als auch bei Belastungsänderungen. Insbesondere bei sogenannten Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge ist sie besonders geeignet, da es durch sie gelingt, auf die bisher üblichen, mechanische Kontakte aufweisenden Regler zu verzichten.The arrangement according to the invention allows simple and maintenance-free Means keeping the output variables of electrical machines constant with a change in the machine speed within wide limits as well as with changes in load. It is special in so-called alternators for motor vehicles suitable, since it enables the mechanical contacts that have been customary up to now having to dispense with regulator.

Der Fototransistor und die Erregerwicklung der Maschine in Parallelschaltung können dabei mit einem vorgeschalteten ohmschen festen oder veränderbaren Widerstand zusammen einen Spannungsteiler bilden. Die den Fototransistor beeinflussende Steuerlichtquelle ist in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße der Maschine gebracht und steuert den Parallelpfad zur Erregerwicklung so aus, daß durch entsprechende Änderung der Durchflutung der Erregerwicklung eine Konstanthaltung der Ausgangsgröße bei Änderung der Umdrehungszahl und bei Belastungsschwankungen errreicht wird. Durch entsprechende Wahl der einzelnen Schaltungselemente der Anordnung nach der Erfindung kann für die verschiedensten Fälle von zu regelnden Maschinen in weiten Grenzen eine Konstanthaltung der Ausgangsgrößen erreicht werden.The phototransistor and the excitation winding of the machine in parallel can with an upstream ohmic fixed or variable resistor together form a voltage divider. The control light source influencing the phototransistor is brought into function of the output size of the machine and controls the Parallel path to the excitation winding so that by changing the flow rate accordingly the excitation winding to keep the output variable constant when the number of revolutions changes and is reached with load fluctuations. By appropriate choice of each Circuit elements of the arrangement according to the invention can be used for the most varied In cases of machines to be controlled, the output variables are kept constant within wide limits can be achieved.

An Stelle einer Spannungsteilerschaltung der vorgenannten Art kann auch eine Erregung durch zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen vorgenommen werden, wobei die eine Erregerwicklung unmittelbar von der zu regelnden Größe gespeist wird und die andere Erregerwicklung über einen Fototransistor an diese Größe angeschlossen ist. Auf diese Weise stellt sich die gesamte wirksame Durchflutung so ein, daß die Ausgangsspannung bei Änderung der Umdrehungszahl oder Belastungsänderungen in weiten Grenzen konstant bleibt.Instead of a voltage divider circuit of the aforementioned type can excitation is also carried out by two opposing excitation windings be, with the one excitation winding fed directly by the variable to be controlled and the other excitation winding is connected to this size via a phototransistor is. In this way, the entire effective flow adjusts itself so that the Output voltage with a change in the number of revolutions or changes in load in a wide range Limits remains constant.

Der verwendete Fototransistor kann dabei als ein Elelement mit einer Spannungsquelle und einem von der Beleuchtungsstärke der Steuerlichtquelle abhängigen inneren Widerstand aufgefaßt werden, wobei die Trägerpaare in Sperrschicht durch unmittelbare Lichteinwirkung auf diese erzeugt werden können. Ein Fototransistor hat im Prinzip eine gleiche Kollektorspannung-Kollektorstrom-Kennlinie wie ein normaler Transistor, nur mit dem Unterschied, daß beim Fototransistor als Parameter die Beleuchtungsstärke oder der Strom bzw. die Spannung bzw. die Leistung der Steuerlichtquelle in Erscheinung tritt. Außerdem kann ein Fototransistor auch Wechselstrom steuern, wobei der Fotostrom in beiden Polungsrichtungen nahezu gleich groß ist.The phototransistor used can be used as an element with a Voltage source and a dependent on the illuminance of the control light source internal resistance can be perceived, with the carrier pairs in barrier layer through direct exposure to light can be generated on this. A phototransistor basically has the same collector voltage-collector current characteristic as a normal one Transistor, only with the difference that the parameter of the phototransistor is the illuminance or the current or the voltage or the power of the control light source in appearance occurs. In addition, a phototransistor can also control alternating current, the photocurrent being is almost the same in both polarity directions.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert.Further details of the invention are based on some in the drawing illustrated embodiments explained in more detail below.

In den Fig. 1 bis 4 sind verschiedene Anordnungen für die Spannungskonstanthaltung von Gleichstromgeneratoren gezeigt, die Fig. 5 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele nach der Erfindung zur Konstanthaltung der Spannung von Wechselstromgeneratoren.1 to 4 are various arrangements for maintaining the voltage constant of direct current generators shown, FIGS. 5 to 7 show exemplary embodiments according to the invention for keeping the voltage of alternators constant.

Nach Fig. 1 soll die Ausgangsspannung U des Generators G bei Änderung der Belastung konstant gehalten werden. Hierzu ist die Erregerwicklung W an eine Erregergleichspannungsquelle UE angeschlossen. Parallel zur Erregerwicklung E liegt ein Fototransistor F, dem eine Steuerlichtquelle L zugeordnet ist, welche über einen Vorwiderstand h von der Generatorspannung U gespeist wird. Die Bemessung des Widerstandes W, der Erregerwicklung E und des Fototransistors F sowie der Beleuchtungsstärke der Steuerlichtquelle List beispielsweise so getroffen, daß die Nennspannung bei einer bestimmten Nenndrehzahl eingehalten wird. Steigt die Drehzahl des Antriebsmotors, so steigt damit die Ausgangsspannung des Generators und damit der Lampenstrom. Der Fototransistor wird stärker beleuchtet, der Innenwiderstand wird kleiner und damit auch der Strom in der Erregerwicklung. Sinkt infolge größerer Belastung die Ausgangsspannung, so sinkt auch der Lampenstrom, der Innenwiderstand des Fototransistor wird größer, der Strom in der Erregerwicklung steigt, bis die Ausgangsspannung ihren Nennwert erreicht.According to Fig. 1, the output voltage U of the generator G should change the load can be kept constant. For this purpose, the excitation winding W is connected to a Exciter DC voltage source UE connected. Parallel to the excitation winding E lies a phototransistor F, which is assigned a control light source L, which has a Series resistor h is fed by the generator voltage U. The measurement of the resistance W, the excitation winding E and the phototransistor F and the illuminance the control light source List, for example, taken so that the nominal voltage at a certain nominal speed is maintained. If the speed of the drive motor increases, this increases the output voltage of the generator and thus the lamp current. Of the The phototransistor is illuminated more intensely, the internal resistance becomes smaller and thus also the electricity in the excitation winding. Decreases as a result of greater exposure the output voltage, so does the lamp current and the internal resistance of the phototransistor becomes larger, the current in the excitation winding increases until the output voltage reaches its limit Nominal value reached.

Analog im entgegengesetzten Sinne ist der Vorgang heim Absinken der Drehzahl und bei Spannungsanstieg infolge Entlastung des Generators.The process of sinking is analogous in the opposite sense Speed and in the event of a voltage increase as a result of relieving the load on the generator.

Eine der Anordnung nach Fig.1 entsprechende Anordnung für selbsterregte Gleichstromgeneratoren ist in Fig. 2 gezeigt, bei der der Spannungsteiler, bestehend aus dem Widerstand W, der Erregerwicklung E und dem Fototransistor F, nicht an eine gesonderte Erregerspannung, sondern an die Generatorspannung angeschlossen ist. Die Wirkungsweise der Anordnung ist im Prinzip die gleiche wie in Fig. 1. Die Bemessung und Abgleichung der Schaltungselemente ist hier vorteilhaft so zu treffen, daß trotz der sich bei der Spannungsänderung mitverändernden Erregerspannung eine ausreichend schnelle Einregelung auf den Nennwert erreicht wird. Das wird durch eine entsprechende Dimensionierung des Spannungsteilers, die Wahl der Lampe und des Lampenwiderstandes erreicht. Es können zu diesem Zweck auch zwei Fototransistoren F und F' parallel zur Erregerwicklung geschaltet werden, die von einer gemeinsamen Lichtquelle gesteuert werden, wie dies gestrichelt angedeutet ist.An arrangement corresponding to the arrangement according to FIG. 1 for self-excited DC generator is shown in Fig. 2 in which the voltage divider consists of from the resistor W, the excitation winding E and the phototransistor F, not to one separate excitation voltage, but is connected to the generator voltage. The mode of operation of the arrangement is in principle the same as in Fig. 1. The dimensioning and adjustment of the circuit elements is advantageous here so that despite the excitation voltage that changes with the voltage change is sufficient rapid adjustment to the nominal value is achieved. This is supported by a corresponding Dimensioning of the voltage divider, the choice of the lamp and the lamp resistance achieved. For this purpose, two phototransistors F and F 'can also be used in parallel to be switched to the excitation winding, which is controlled by a common light source as indicated by dashed lines.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig.3 gezeigt; zur Vergrößerung des Ausregelbereiches sind hierbei ebenfalls zwei zur Erregerwicklung parallele Fototransistoren F1 und F2 vorgesehen. Dem Fototransistor F1 ist über den Vorwiderstand h die Lichtquelle L1 zugeordnet, während dem Fototransistor F2 eine gesonderte Lichtquelle L2 zugeordzret ist, die vom Spannungsabfall eines im Generatorstromkreis liegenden Widerstandes R gespeist wird. Es gelingt auf diese Weise eine Regelung, in der auch eine Strombegrenzung erreicht wird, um den Generator vor Überbelastung zu schützen.Another embodiment of the invention is shown in Figure 3; to the There are also two for excitation winding enlargement of the regulation range parallel phototransistors F1 and F2 are provided. The phototransistor F1 is over the series resistor h assigned to the light source L1, while the phototransistor F2 a separate light source L2 is assigned, which depends on the voltage drop of an im Generator circuit lying resistor R is fed. It succeeds on this Way, a scheme in which a current limit is achieved to the generator to protect against overload.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist an Stelle eines Spannungsteilers eine Anordnung mit zwei getrennten Erregerwicklungen El und E2 vorgesehen, deren Durchflutungen einander entgegenwirken. Die eine Erregerwicklung El ist dabei unmittelbar an die Klemme des Generators G angeschlossen, während der Erregerwicklung E2 der Fototransistor F vorgeschaltet ist. Die Speisung der Steuerlichtquelle geschieht wiederum wie in den vorgenannten Ausführungsbeispielen über einen Vorwiderstand von der Spannung des Generators. Die genannte Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß bei Änderung der Spannung des Generators die Veränderung der Durchflutung der einen Erregerwicklung durch eine Änderung der Durchflutung der anderen Erregerwicklung so kompensiert wird, daß die Differenz der Durchflutungen leider Erregerwicklungen in weiten Bereichen eine konstante Ausgangsspannung zur Folge hat.In the arrangement according to FIG. 4, instead of a voltage divider an arrangement with two separate excitation windings El and E2 is provided, whose Counteracting floods. The one excitation winding El is immediate connected to the terminal of the generator G, while the field winding E2 the Photo transistor F is connected upstream. The control light source is fed again, as in the aforementioned exemplary embodiments, via a series resistor on the voltage of the generator. The circuit arrangement mentioned is designed in such a way that that when the voltage of the generator changes, the flow of the an excitation winding by changing the flow through the other excitation winding it is compensated so that the difference in the flow unfortunately exciter windings results in a constant output voltage over a wide range.

In den Fig. 5 bis 7 sind Schaltungsanordnungen zur Spannungskonstanthaltung von Wechselstromgeneratoren gezeigt. Gleiche Teile wie in den vorher genannten Anordnungen sind mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen.5 to 7 are circuit arrangements for keeping the voltage constant shown by alternators. Same parts as in the previous arrangements are provided with the corresponding reference symbols.

Die Anordnungen nach den Fig.5 und 7 unterscheiden sich dabei von den Anordnungen nach den Fig. 2 und 4 nur durch die Verwendung eines Gleichrichters GL, an dessen Gleichstrompole die Spannungsteilerschaltung bzw. die Erregerwicklungen angeschlossen sind. Die Steuerlampe wird von der Wechselspannung des Genrators, die eine Funktion der Umdrehungszahl des Antriebsmotors ist, gespeist. Man kann daher eine frequenzabhängige Beeinflussung der Steuerlampe erreichen, indem man z. B. den Vorwiderstand der Lampe mit einem Kondensator überbrückt oder den V orwiderstand in Reihe mit einem Kondensator schaltet. Dabei fließt mit steigender Drehzahl über den Kondensator C zusätzlich ein größerer Steuerstrom durch die Lichtquelle L, die wieder den Fototransistor F so beeinflußt, daß dessen Innenwiderstand noch mehr verkleinert wird und somit das Erregerfeld zusätzlich geschwächt wird. Will man den entgegengesetzten Effekt erzielen, setzt man an Stelle des Kondensators eine Drossel.The arrangements according to FIGS. 5 and 7 differ from the arrangements of FIGS. 2 and 4 only through the use of a rectifier GL, at whose DC poles the voltage divider circuit or the excitation windings are connected. The control lamp is powered by the alternating voltage of the generator, which is a function of the number of revolutions of the drive motor is fed. One can therefore achieve a frequency-dependent influencing of the control lamp by z. B. bridged the series resistor of the lamp with a capacitor or the series resistor connected in series with a capacitor. This overflows with increasing speed the capacitor C additionally a larger control current through the light source L, the again influences the phototransistor F so that its internal resistance is even more is reduced and thus the excitation field is additionally weakened. Do you want To achieve the opposite effect, a capacitor is used in place of the capacitor Throttle.

Durch eine Reihenparallelschaltung von Kondensatoren bzw. Drossel zum Widerstand 1%' kann eine entsprechende Kombinationswicklung erreicht werden.By connecting capacitors or chokes in series in parallel a corresponding combination winding can be achieved for resistance 1% '.

In Fig.6 ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung gezeigt, welches besonders einfache Einsteigmöglichkeiten ergibt und das ebenfalls den obigen Vorteil einer frequenzabhängigen Beeinflussung der Steuerlichtquelle hat. Hierbei speist der Wechselstromgenerator G die Primärwicklung 1 eines Transformators Tr, an dessen Sekundärwicklung 2 die Ausgangsspannung U abgenommen werden kann. Gleichzeitig speist die Sekundärwicklung 2 die Steuerlichtquelle L über einen Vorwiderstand V, dem ein Kondensator C parallel geschaltet ist. Die Erregerwicklung E mit ihrem parallel geschalteten Fototransistor F und dem Widerstand W ist am Gleichrichter GL angeschlossen, der von einer zweiten Sekundärwicklung 3 des Transformators Tr gespeist wird. Bei Ausbildung des Transformators als Stelltransformator läßt sich eine besonders einfache Einstellung der Nennspannung und der den Spannungsteiler speisenden Spannung vornehmen.In Figure 6 is an embodiment of the arrangement according to the invention shown, which results in particularly easy entry options and that too the above advantage of a frequency-dependent influencing of the control light source Has. Here, the alternator G feeds the primary winding 1 of a transformer Tr, at the secondary winding 2 of which the output voltage U can be tapped. At the same time, the secondary winding 2 feeds the control light source L via a series resistor V, to which a capacitor C is connected in parallel. The excitation winding E with its phototransistor F connected in parallel and resistor W is on the rectifier GL connected, which is of a second secondary winding 3 of the transformer Tr is fed. When the transformer is designed as a variable transformer, can a particularly simple setting of the nominal voltage and the voltage divider supply voltage.

Die Speisung der Steuerlichtquelle über Widerstands-Kondensatoranordnungen kann auch von einer gesonderten Sekundärwicklung des Transformators Tr in Fig. 6 erfolgen.The supply of the control light source via resistor-capacitor arrangements can also from a separate secondary winding of the transformer Tr in FIG. 6 take place.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf die angeführten Ausführungsbeispiele; man kann sie in mannigfacher Art und Weise abändern. So ist es z. B. möglich, nicht nur die Spannung von Gleich- oder Wechselstromgeneratoren konstant zu halten, sondern auch den Strom allein oder zusammen mit der Spannung auf einen bestimmten Wert zu halten, indem die die Erregung beeinflussenden Mittel samt ihren Steuerlichtquellen von den entsprechenden Größen abhängig gemacht werden. Beispielsweise kann zur Stromregelung ein Shunt zur Speisung der Steuerlichtquelle dienen und der Spannungsteiler mit der Erregerwicklung ebenfalls vom Strom abhängig gemacht werden.Of course, the invention is not limited to that only cited exemplary embodiments; it can be changed in many ways. So it is z. B. possible, not only the voltage of direct or alternating current generators to keep constant, but also the current alone or together with the voltage to keep to a certain value by the means influencing the arousal including their control light sources can be made dependent on the corresponding sizes. For example, a shunt for supplying the control light source can be used to regulate the current serve and the voltage divider with the excitation winding also depends on the current be made.

Die Steuerlichtquellen und ihre Fototransistoren werden zweckmäßig in einem gemeinsamen kleinen Gehäuse eingebaut, so daß die ganze Anordnung nach der Erfindung raumsparend untergebracht und gegen Verschmutzung oder Beschädigung bei geringstmöglichem Aufwand geschützt ist.The control light sources and their phototransistors become useful built in a common small housing, so that the whole arrangement after the invention housed in a space-saving manner and against dirt or damage is protected with the least possible effort.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for keeping the voltage and / or current of electrical machines constant with shunt behavior in the event of speed and load changes, characterized in that the excitation of the electrical machines is controlled by at least one phototransistor, the control light source of which is voltage, current and / or frequency is made dependent on the machine.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that when using a Excitation winding the excitation circuit is constructed as a voltage divider in which the a part of an excitation winding with parallel phototransistors and the other part consists of at least one fixed or variable resistor.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the excitation from a first excitation winding takes place, which is a second excitation winding, which is in series with a phototransistor is connected and is influenced by the output variable is.

4. Arrangement according to claim 2 for DC machines, characterized in that that the voltage divider is connected to a separate excitation voltage source and the control light sources are fed by the machine voltage via a series resistor are.

5. Arrangement according to claim 2 for DC machines, characterized in that that the voltage divider and the control light sources are connected to the machine voltage are.

6. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the first Phototransistor a second phototransistor connected in parallel and its control light source is connected to a resistor in the machine circuit.

7. Arrangement according to claim 3 for direct current machines, characterized in that the machine associated with two opposing excitation windings and one excitation winding on the machine voltage, the other on the machine voltage and condition an upstream phototransistor is dependent. B.

Arrangement according to an or several of claims 1 to 3, 5 to 7 for AC machines, characterized in that that the excitation windings and phototransistors together with resistors via rectifiers are fed by the machine voltage.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that that the supply of the rectifier and possibly the control light sources over Secondary windings of a transformer takes place, which is connected to the machine voltage on the primary side connected.

10. Arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that that in the circuit of the control light sources series resistors with parallel and / or series capacitors are provided.