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Regeleinrichtung zur kontaktlosen Regelung des Erregerstromes eines
Nebenschlußgenerators nach Maßgabe der abgenommenen Generatorspannung Die Erfindung
bezieht sich auf eine insbesondere bei Kraftfahrzeugen verwendbare Regeleinrichtung
zur kontaktlosen Regelung des Erregerstromes eines Nebenschlußgenerators nach Maßgabe
der abgenommenen Generatorspannung.
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Die Erfindung geht dabei von einer bekannten Regeleinrichtung aus,
bei der im Erregerstromkreis ein elektronischer Schalter angeordnet ist, der seinerseits
mit einem Steuerkreis verbunden ist, welcher die Generatorspannung mit einer Bezugsspannung
vergleicht und ein elektrisches Steuersignal an den elektronischen Schalter abgibt,
das bei Anstieg der Generatorspannung auf einen vorbestimmten Wert eine Verminderung
des Erregerstromes und bei Absinken der Generatorspannung unter den vorbestimmten
Wert einen Anstieg des Erregerstromes veranlaßt.
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Für eine solche Regeleinrichtung ist es bereits Gegenstand eines älteren
Rechtes, einen in den Erregerstrom des Generators einschaltbaren Transistor von
einem zweiten Transistor (Steuertransistor) zu steuern, dessen Basis an der zu regelnden
Spannung liegt und dessen Ausgangsleistung zum Teil derart auf seinen Eingang rückgekoppelt
ist, daß selbsterregte Schwingungen entstehen, wobei die vom Steuertransistor erzeugten
Schwingungsimpulse dem in den Erregerstromkreis eingeschalteten Schalttransistor
derart zugeführt sind, daß sie diesen kurzzeitig sperren oder wenigstens seinen
Arbeitspunkt in ein Gebiet höheren Widerstandes verschieben.
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Demgegenüber kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß im Steuerkreis
ein spannungsabhängiger Widerstand mit Knickkennlinie enthalten ist, der bis zum
Erreichen der vorbestimmten Generatorspannung eine hohe Impedanz besitzt, bei Erreichen
der Generatorspannung jedoch durchschlägt und einen beträchtlichen Strom zu einem
den elektronischen Schalter steuernden Steuertransistor leitet. Dabei ist vorzugsweise
der spannungsabhängige Widerstand eine Zenerdiode.
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Mit der Erfindung gelingt es, den elektronischen Schalter als Schalttransistor
auszubilden, der als reiner Ein-Aus-Schalter ausschließlich an den beiden Endpunkten
seiner Charakteristik betrieben wird, d. h. mit hoher Spannung und sehr geringem
Strom oder mit großem Strom und sehr niedriger Spannung. Da in diesen beiden Endpunkten
(nicht aber in den übrigen, dazwischenliegenden Arbeitspunkten) das Produkt aus
Strom und Spannung sehr klein ist, wird dadurch die an dem Transistor entstehende
Verlustenergie (normalerweise Wärme) auf einem Minimum gehalten, so daß einer der
wesentlichen Faktoren für die Begrenzung der Transistorleistung entfällt. Damit
kann als Schalttransistor ein sehr kleiner Transistor verwendet werden, dessen Eigenschaften
in völlig betriebssicherer Weise bis an die äußersten Grenzen verfügbar gemacht
sind.
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Vorzugsweise ist der Schalttransistor so geschaltet, daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke
im Erregerstromkreis liegt und dessen Basiselektrode mit dem Steuertransistor verbunden
ist, wobei entsprechend dem Leitungszustand des Steuertransistors der Schalttransistor
sich entweder im vollständig leitenden oder im vollständig gesperrten Zustand befindet.
Dabei ist der Emitter-Kollektor-Strom des Steuertransistors direkt an die Basiselektrode
des Schalttransistors geführt, während die Basiselektrode des Steuertransistors
mit dem spannungsabhängigen Widerstand verbunden ist, wobei ein Stromfluß durch
diesen Widerstand den Emitter-Kollektor-Strom des Steuertransistors plötzlich erhöht
und damit den Schalttransistor plötzlich in den gesperrten Zustand umschaltet.
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Das plötzliche Umschalten des Schalttransistors läßt sich noch dadurch
wesentlich begünstigen, daß
ein regenerativer Rückkopplungsweg,
der einen Widerstand gegebenenfalls mit einem parallel geschalteten Kondensator
enthält, zwischen der Kollektorelektrode des Schalttransistors und der Basiselektrode
des Steuertransistors gebildet ist.
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Im weiteren Verfolg des Erfindungsgedankens ist der Steuerkreis mit
einem weiteren Schaltkreis verbunden, der auf die Höhe des Ausgangsstromes des Generators
anspricht und dem Steuerkreis ein weiteres Steuersignal zuführt, sobald der Ausgangsstrom
des Generators einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Dieser Schaltkreis kann einen
weiteren Transistor enthalten, der unterhalb des vorbestimmten Wertes des Ausgangsstromes
des Generators leitet, aber bei Erreichen dieses Wertes in den abgeschalteten Zustand
gelangt. Die Emitterelektrode dieses Transistors ist dabei über einen Widerstand,
der einen der Höhe des Ausgangsstromes des Generators entsprechenden Spannungsabfall
liefert, mit der positiven Generatorklemme verbunden, während die Kollektorelektrode
an die negative Generatorklemme angeschlossen ist, wobei die Emitterelektrode normalerweise
geringer negativ vorgespannt ist als die Basiselektrode, jedoch bei Anstieg des
Ausgangsstromes des Generators und damit zunehmendem Spannungsabfall über dem Widerstand
stärker negativ im Verhältnis zur Basiselektrode wird. Alternativ zur Verwendung
eines weiteren Transistors kann die Anordnung aber auch so getroffen sein, daß der
weitere Schaltkreis einen Widerstand enthält, an dem ein sich mit ansteigendem Ausgangsstrom
des Generators erhöhender Spannungsabfall auftritt, der direkt eine veränderliche
Vorspannung für die Basiselektrode des Steuertransistors bildet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen
an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellt dar F i g. 1 ein Schaltdiagramm
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und F i g. 2 und 3 abgeänderte Ausführungsformen
der , in F i g. 1 dargestellten Schaltung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 soll der Erregerstrom eines
elektrischen Generators 10
nach Maßgabe der abgenommenen Generatorspannung
geregelt werden. Der Generator 10 besitzt eine Feld- oder Erregerwicklung 11 und
ist in der dargestellten Form ein selbsterregter Gleichstromgenerator des im allgemeinen
bei Fahrzeugen für das Aufladen der Batterien verwendeten Typs. Er wird von der
Maschine des Fahrzeuges angetrieben und arbeitet über den vollen Drehzahlbereich
der Maschine, d. h. von der Leerlauf- bis zur Vollgasgeschwindigkeit. Indessen kann
der zu regelnde Generator auch jede andere geeignete Bauart besitzen. Beispielsweise
kann er ein Wechselstromgenerator sein, dessen Ausgang mit einem Gleichrichter verbunden
ist.
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Von den Ausgangsklemmen 12 und 13 des Generators 10 ist die Klemme
13 über einen Leiter 15 mit dem negativen Anschluß 16 einer Batterie 17 verbunden,
während die Klemme 12 über einen Leiter 20, einen Widerstand 21 von verhältnismäßig
kleinem Wert, einen Leiter 22, einen Gleichrichter 23 von verhältnismäßig hoher
Stromleiterkapazität und einen Leiter 24 mit dem positiven Anschluß 25 der Batterie
17 verbunden ist. Der Gleichrichter 23, der an sich von irgendeiner geeigneten Bauart
sein kann, ist vorzugsweise eine Halbleiterdiode, deren Stromkapazität zur Führung
des Ausgangsstromes des Generators ausreichend groß ist.
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Der Erregerstromkreis des Generators 10 enthält drei Transistoren
26, 27 und 30, die PNP-Flächentransistoren sein können. Die Emitterelektrode 31
des Transistors 26 ist über einen Leiter, der eine Halbleiterdiode 43 enthält, mit
dem Punkt 42 auf dem Leiter 20 verbunden. Die Kollektorelektrode 32 des Transistors
26 ist über einen Leiter 44 an einen Punkt 45 angeschlossen, der seinerseits über
einen Leiter 46 mit der Klemme 14 der Feldwicklung 11 verbunden ist. Die andere
Klemme der Feldwicklung 11 ist mit der Ausgangsklemme 13 des Generators 10 verbunden.
Ein Gleichrichter 47, beispielsweise eine Halbleiterdiode, ist zur Dämpfung von
Einschwingspannungen in der Wicklung 11 parallel zu dieser Wicklung zwischen einem
Punkt 50 auf dem Leiter 15 und dem Punkt 45 angeordnet. Die Basiselektrode
33 des Transistors 26 ist direkt über einen Leiter 51 mit der Kollektorelektrode
35 des Transistors 27 verbunden. Dabei ist ein Punkt 52 auf dem Leiter 51 über einen
Widerstand 53 mit einem Punkt 54 auf dem Leiter 15 verbunden.
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Die Emitterelektrode 34 des Transistors 27 ist über einen Widerstand
56 und einen Leiter 60 an einen Punkt 55 auf dem Leiter 22 angeschlossen. Ein weiterer
Punkt 61 auf dem Leiter 22 ist über einen Widerstand 62 und einen Leiter 63 mit
einem Punkt 64 verbunden, an den auch die Basiselektrode 36 des Transistors
27 angeschlossen ist. Der Punkt 64 ist weiterhin noch über einen Leiter 65
mit einem Punkt 66 verbunden sowie über ein RC-Glied 67, 71, einen Leiter 70 mit
dem Punkt 45, der im Kollektorkreis des Transistors 26 liegt.
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Die Emitterelektrode 37 des Transistors 30 ist direkt an einen
Punkt 72 auf dem Leiter 22 angeschlossen. Die Kollektorelektrode 40 des Transistors
30 ist über den Widerstand eines Potentiometers 73, das einen einstellbaren
Schleifkontakt 74
besitzt, und über einen Widerstand 75 mit einem Punkt 76
auf dem Leiter 15 verbunden. Der einstellbare Kontakt 74 des Potentiometers 73 ist
über eine Zenerdiode 77 mit dem Punkt 64 verbunden und son-it mit der Basiselektrode
36 des Transistors 27. Eine Zenerdiode ist eine Halbleiterdiode mit Knickkennlin.ie,
die einen hohen Widerstand besitzt, jedoch bei der sogenannten »Zenerspannung« oder
dem »Zenerpunkt« in den leitenden Zustand umschlägt.
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Das Vorspannungspotential für den Basiskreis des Transistors 30 wird
von einer Schaltung geliefert, die an einem Punkt 80 auf dem Leiter 20 beginnt,
eine Halbleiterdiode 81, einen Leiter 82, den Widerstand eines Potentiometers 83,
das einen einstellbaren Schleifkontakt 84 besitzt, einen Leiter 85 und einen Widerstand
86 enthält und an einem Punkt 87 auf dem Leiter 15 endet. Der einstellbare Kontakt
84 des Potentiometers 83 ist direkt mit der Basiselektrode 41 des Transistors 30
verbunden.
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Die Basiselektrode 36 des Transistors 27 ist von Punkt 64 aus über
den Leiter 65, den Punkt 66, einen Leiter 90, einen Halbleiterdiodengleichrichter
91, einen Widerstand 92 und einen Leiter 93 mit einem Punkt 94 auf dem Leiter 24
und damit mit dem positiven Anschluß 25 der Batterie 17 verbunden. Die Emitterelektrode
34 des Transistors 27 ist über den Leiter 60, den Punkt 57, einen
Leiter 95, eine Halbleiterdiode 96 und einen Widerstand 97 ebenfalls
mit
dem Punkt 94 auf dem Leiter 24 und damit mit der positiven Batterieseite 25 verbunden.
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Für die Betrachtung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß F i g. 1
sei vorangehend bemerkt, daß die Größe des elektrischen Ausgangs des Generators
10 durch den durchschnittlichen Stromfluß in der Feldwicklung 11 gesteuert wird.
Der in der Feldwicklung 11 fließende Strom fließt durch den Schalttransistor
26 und wird durch den Leitungszustand dieses Transistors bestimmt. Dabei arbeitet,
wie noch genauer erläutert werden soll, der Schalttransistor 26 nur in zwei Zuständen,
nämlich entweder im vollständig gesperrten oder im vollständig leitenden Zustand.
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Es soll zunächst angenommen werden, daß der Generator 10 soeben mit
der Erzeugung eines elektrischen Stromes begonnen hat, wobei die Polarität an der
Klemme 12 mit Bezug auf die Klemme 13 positiv ist. Solange die Ausgangsspannung
des Generators dabei zwar weiter zunimmt, aber immer noch unter dem Wert liegt,
bei dem die Regelung stattfinden soll (Regelspannung), ist der Schalttransistor
26 vollständig leitend vorgespannt. Dadurch kann ein maximaler Selbsterregerstrom
von der positiven Generatorklemme 12 aus über den Leiter 20, den Punkt 42, die Diode
43, den Transistor 26 (vom Emitter 31 zum Kollektor 32), den Leiter 44, den Punkt
45 und den Leiter 46 zum Anschluß 14 und durch die Feldwicklung 11 zur negativen
Generatorklemme 13 fließen. Dieser Erregerstrom kann in der Größenordnung von 1
Amp. liegen. Der Basiskreis für den Transistor 26 beginnt dabei an der positiven
Generatorklemme 12 und verläuft über den Leiter 20, den Punkt 42,- die Diode 43,
den Transistor 26 (vom Emitter 31 zur Basis 33), den Leiter 51, den Punkt 52, den
Widerstand 53, den Punkt 54 und den Leiter 15 zur negativen Generatorklemme 13.
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Wenn die Ausgangsspannung des Generators 10 größer wird als die Klemmenspannung
der aufzuladenden Batterie 17, fließt ein Ladestrom von der positiven Generatorklemme
12 durch den Leiter 20, den, Widerstand 21, den Leiter 22, den Gleichrichter 23,
den Leiter 24, die Batterieklemme 25, die Batterie 17, die Batterieklemme 16 und
den Leiter 15 zurück zur negativen Generatorklemme 13. Die Diode 23 verhindert dabei
einen Rückstrom zum Steuerkreis und zum Generator während der Zeitperioden, während
der die Ausgangsspannung des Generators geringer ist als die Klemmenspannung der
Batterie. Wie bereits erwähnt, hat der Widerstand 21 vorzugsweise einen kleinen
Wert, z. B. den Bruchteil eines Ohms.
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Der Leitungszustand des Schalttransistors 26 wird wird von dem Leitungszustand
des Steuertransistors 27 bestimmt. Sobald die Ausgangsspannung des Generators eine
vorbestimmte Größe erreicht hat, bei der die Regelung einsetzen soll, wird der Transistor
27 leitend, was noch ausführlicher weiter unten erläutert werden wird. Im leitenden
Zustand des Steuertransistors 27 verläuft ein Stromweg von der positiven Generatorklemme
12 über den Leiter 20, den Widerstand 21, den Punkt 55, den Widerstand 56, den Leiter
60, den Transistor 27 (vom Emitter 34 zum Kollektor 35), den Leiter 51, den Punkt
52, den Widerstand 53, den Punkt 54 und den Leiter 15 zur negativen Generatorklemme
13.
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Wenn der Schalttransistor 26 leitend bleibt, bewirkt der in der Feldwicklung
11 fließende Erregerstrom ein weiteres Ansteigen der Ausgangsspannung des Generators.
Sobald diese Ausgangsspannung jedoch den Wert der Regelspannung erreicht, schaltet
der Transistor 26 ab. Die Regelspannung wird von der Einstellung des Kontaktes 74
des Potentiometers 73 bestimmt. Bei der gewünschten Regelspannung erreicht die Potentialdifferenz
zwischen der Basiselektrode 36 des Transistors 27 und dem Kontakt 74 den Zenerpunkt
der Zenerdiode 77, worauf die Zenerdiode leitend wird und eine sehr niedrige Impedanz
in dem Basiskreis des Transistors 27 erzeugt. Dadurch fließt ein Basisstrom von
der Basiselektrode 36 über die Zenerdiode 77, den Kontakt 74, den unteren Teil des
Potentiometers 73 und den Widerstand 75 zum Punkt 76 auf dem negativen Leiter 15.
Dieser Basisstrom bewirkt eine Zunahme der Stromleitung des Transistors 27, die
ihrerseits den Stromfluß durch den Schalttransistor 26 verringert. Sobald aber die
Leitung des Transistors 26 verringert wird, ändert sich das Potential am Punkt 45
in dem Kollektorkreis des Transistors 26, und ein regeneratives Rückkopplungspotential
erscheint über dem RC-Glied 67, 71 an der Basiselektrode 36 des Steuertransistors
27. Diese Rückkopplung erhöht den Stromfluß durch den Transistor 27, wodurch der
eingeleitete Schaltvorgang weiter unterstützt und beschleunigt wird, bis schließlich
in sehr kurzer Zeit der Transistor 26 völlig abgeschaltet ist.
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Im abgeschalteten Zustand des Transistors 26 verringert sich die Speisung
der Feldwicklung 11, so daß die Ausgangsspannung des Generators nunmehr abfällt.
Die Zenerdiode 77 leitet daraufhin weniger, die Leitung des Steuertransistors 27
verringert sich, der Schalttransistor 26 beginnt zu leiten, der regenerative Rückkopplungskreis
schaltet den Transistor 27 völlig ab, und der Schalttransistor 26 wird wieder leitend.
Sodann kann wieder ein neuer Schaltvorgang stattfinden. Im Ergebnis stellt sich
fortlaufend eine sehr schnelle oszillatorartige Arbeitsweise ein,. Dabei ist der
tatsächliche Bereich, in dem sich die Ausgangsspannung des Generators ändert;`'
sehr klein, da die Zenerdiode gemäß ihrer Kennlinie in einem weiten Strombereich
bei außerordentlich kleinen Spannungsänderungen leitet, so daß schon kleine Änderungen
in dem Zenerstrom den sehr schnellen und sich ständig wiederholenden Schaltvorgang
auslösen.
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Die Impedanz des Steuertransistors 27 ist im leitenden Zustand sehr
niedrig. Weiterhin ist der Wert des Widerstandes 53 relativ groß gegenüber dem Wert
der in Serie verbundenen Widerstände 21 und 56 und der Impedanz des Transistors
26, so daß der größte Teil der Ausgangsspannung des Generators über dem Widerstand
53 abfällt. Deshalb nähert sich im leitenden Zustand des Transistors 27 das Potential
an der Kollektorelektrode 35 und damit über den Leiter 51 das Potential an der Basiselektrode
33 des Transistors 26 dem Potential an der Generatorklemme 12. Sobald im Verlaufe
dieses Vorganges das Potential an der Basiselektrode 33 das Potential an der Generatorklemme
12 erreicht hat, kann in der weiter oben erläuterten Weise der Transistor 26 abgeschaltet
werden. Um dabei ein sicheres Abschalten des Transistors 26 zu gewährleisten, bildet
die Halbleiterdiode 43, die mit der Emitterelektrode 31 in Serie liegt, eine
verhältnismäßig hohe Impedanz in dem Emitterkreis des Transistors 26.
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Die parallel zur Feldwicklung 11 liegende Diode 47 dient dazu, die
Einschwingspannungen zu dämpfen,
die sonst durch das schnelle Schalten
des Transistors 26 und durch die induktive Wirkung der Wicklung 11 entstehen würden.
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Wie bereits erwähnt, ist die Kennlinie der Zenerdiode 77 so gewählt,
daß, sobald die Ausgangsspannung des Generators den Wert der Regelspannung erreicht,
die Potentialdifferenz zwischen dem Kontakt 74 des Potentiometers 73 und der Basiselektrode
36 des Transistors 27 ihrerseits den Zenerpunkt der Zenerdiode 77 erreicht und diese
damit in den leitenden Zustand bringt. Durch Justierung der Einstellung des Kontaktes
74 des Potentiometers 73 kann dabei der Wert der Regelspannung verändert werden.
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Der Transistor 30 dient zur Stromregelung, wenn der Ausgangsstrom
des Generators einen Wert erreicht, bei dem es wünschenswert ist, den Generatorausgang
zu begrenzen. Durch richtige Justierung des Kontaktes 84 des Potentiometers 83 kann
die Basiselektrode 41 des Transistors 30 negativ mit Bezug auf die Emitterelektrode
37 gemacht werden, so daß der Transistor 30 unter normalen Arbeitsbedingungen dauernd
leitend bleibt und ständig mit seiner Ausgangsimpedanz auf einem verhältnismäßig
niedrigen Wert gehalten wird. Dabei besteht ein Stromweg von der positiven Generatorklemme
12 über den Leiter 20, den Widerstand 21, den Leiter 22, den Punkt 72, den Transistor
30 (vom Emitter 37 zum Kollektor 40), den Widerstand des Potentiometers 73,
den Widerstand 75 und den Leiter 15 zurück zur negativen Generatorklemme 13. Mithin
bildet die Ausgangsimpedanz des Transistors 30 einen Teil der Vorspannungsschaltung
des Steuertransistors 27, wobei sich bei ändernder Ausgangsimpedanz des Transistors
30 entsprechend das Potential des Kontaktes 74 des Potentiometers 73 und damit der
Wert der Regelspannung verändern.
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Wenn der Ausgangsstrom des Generators zur Batterie 17 oder
zur Belastung zunimmt, erscheint an dem Widerstand 21 ein Spannungsabfall, der in
seinem Wert proportional dem Stromausgang des Generators ist. Zwar besitzt der Widerstand
21 vorzugsweise einen sehr niedrigen Wert (z. B. in der Größenordnung von 0,3 Ohm),
aber der Spannungsabfall an diesem Widerstand reicht aus, das Potential der Emitterelektrode
37 des Transistors 30 mit Bezug auf dessen Basiselektrode 41 derart zu ändern,
daß der leitende Zustand des Transistors 30 beendet wird, sobald der Ausgangsstrom
des Generators über einen vorbestimmten Maximalwert hinaus ansteigt.
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Mit anderen Worten hängt der leitende Zustand des Transistors 30 von
dem Ausgangsstrom des Generators ab. Ein ansteigender Generatorstrom bewirkt einen
ansteigenden Spannungsabfall an dem nachfolgend auch als »Meßwiderstand« bezeichneten
Widerstand 21 und damit eine Änderung der Vorspannung an der Eingangselektrode des
Transistors 30. Wenn dieser Spannungsabfall an dem Meßwiderstand 21 so groß
geworden ist, daß der Transistor 30 gegen den gesperrten Zustand vorgespannt wird,
nimmt die Ausgangsimpedanz des Transistors zu, so daß der Spannungsabfall zwischen
der Emitterelektrode 37 und der Kollektorelektrode 40
ansteigt. Da die Serienschaltung:
Transistor 30, das Potentiometer 73 und der Widerstand 75, parallel zum Generator
liegt, wirkt sich der Anstieg der Impedanz des Transistors 30 in der obenerwähnten
Weise auf das Potential an dem Kontakt 74 des Potentiometers 73 aus, indem dieses
Potential weniger positiv wird. Mithin ergibt sich, sobald der Ausgangsstrom des
Generators seine obere Grenze erreicht, eine Erhöhung des Spannungsabfalls über
der Zener-Diode 77, wodurch ein größerer Strom durch die Zenerdiode fließt, der
den Steuertransistor 27 leitend macht und folglich zur Abschaltung des Schalttransistors
26 führt.
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Durch Änderung der Einstellung des Kontaktes 84
des Potentiometers
83 kann die Vorspannung des Transistors 30 gesteuert werden, so daß diese Kontakteinstellung
den Wert bestimmt, bei dem im Regelkreis eine Strombegrenzung stattfindet.
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Der Reihenschaltung: Widerstand 56, die Diode 96 und der Widerstand
97, die parallel zu dem eine große Stromkapazität besitzenden Diodengleichrichter
23 liegt, bewirkt im Regelkreis eine Kompensation für den Spannungsabfall
in Durchlaßrichtung des Diodengleichrichters 23. Wegen dieses Spannungsabfalls bildet
sich ein Stromweg aus, der vom Punkt 55 über den Widerstand 56, den Punkt 57, den
Leiter 95. die Diode 96 und den Widerstand 97 zum Punkt 94 verläuft. Bei zunehmendem
Generatorstrom durch den Diodengleichrichter 23 und entsprechend zunehmendem Spannungsabfall
über diesem Diodengleichrichter nimmt auch der durch den erwähnten parallelen Weg
fließende Strom zu. Dabei sei noch bemerkt, daß der Widerstand 56 im Emitterkreis
des Transistors 27 liegt, so daß, wenn sich der Spannungsabfall über dem Widerstand
56 ändert, auch der Steuerpunkt, an dem der Schaltvorgang in dem Steuertransistor
27 stattfindet, geändert wird. Mit anderen Worten steigt die Ausgangsspannung des
Generators auf einen größeren Wert an, bevor die Spannungsregelung einsetzt.
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Es soll nunmehr das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 beschrieben
werden. Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Regelschaltung entspricht in
vieler Hinsicht der Regelschaltung gemäß F i g. 1, so daß in beiden Figuren übereinstimmende
Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet worden sind. In F i g. 2 ist der
Meßwiderstand 21 der F i g. 1 nicht vorhanden, und es wird der Spannungsabfall über
der Gleichrichterdiode 23 als Maß für den Generatorstrom verwendet.
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Die Emitterelektrode 34 des Transistors 27 ist mit dem Leiter
20 verbunden, und zwar über den Leiter 60, den Punkt 57, den Widerstand 56
und den Punkt 55. Der Punkt 57 ist durch den Leiter 100 direkt an die Basiselektrode
41 des Transistors 30 angeschlossen. Der Widerstand eines Potentiometers
101 ist zwischen die Emitterelektrode 37 des Transistors 30
und den
Punkt 72 auf dem Leiter 20 geschaltet. Das Potentiometer 101 besitzt
einen einstellbaren Kontakt 102, der über die Halbleiterdiode 96 mit dem Punkt 94
auf dem Leiter 24 verbunden ist. Die Kollektorelektrode 40 des Transistors
30 ist über einen Leiter 103, einen Punkt 104 und einen Widerstand
105 mit dem Punkt 76 auf dem Leiter 15 verbunden sowie weiterhin über den Leiter
103, den Punkt 104,
einen Widerstand 106 und den Punkt 64 mit der Basiselektrode
des Transistors 27. Ein Punkt 107 auf dem Leiter 20 ist über
einen Leiter 112, den Widerstand eines Potentiometers 110 (das einen
einstellbaren Kontakt 111 besitzt) und einen Leiter 113 an einen Punkt 114 auf dem
Leiter 15 angeschlossen. Eine Zenerdiode 115 ist zwischen den Kontakt 111 des Potentiometers
110 und den Punkt 104 gelegt.
Bei der Betrachtung der Arbeitsweise
der Schaltung nach F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Schalttransistor 26 in der
bereits früher erläuterten Weise die Speisung der Feldwicklung Il des Generators
steuert. Dabei liegt der Steuertransistor 27 in stromsteuernder Anordnung zum Schalttransistor
26, so daß im leitenden Zustand des Steuertransistors 27 der Schalttransistor abgeschaltet
wird, wodurch sich die Generatorerregung verringert. Der Transistor 30 bewirkt wiederum
eine Strombegrenzung für den Regelkreis, indem dieser Transistor so lange leitend
bleibt, bis der Grenzwert des Ausgangsstromes des Generators erreicht ist. Der Widerstand
105 in dem Basiskreis des Transistors 27 und dem Kollektorkreis des Transistors
30 schafft einen Ruhestrom für den Steuertransistor 27, während der Widerstand 53
in dem Kollektorkreis des Transistors 27 einen Ruhestrom für den Transistor 26 schafft.
Dabei ist der Widerstand 53 in dem Kollektorkreis des Transistors 27 so gewählt,
daß bei dem erwähnten Ruhestrom in dem Transistor 27 der Schalttransistor 26 leitend
bleibt.
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Solange der Schalttransistor 26 leitend bleibt, läßt der Erregerstrom
in der Feldwicklung 11 die Ausgangsspannung des Generators ansteigen. Sobald jedoch
diese Ausgangsspannung den Wert der Regelspannung erreicht, schaltet der Transistor
26 ab. Dabei wird der Wert der Regelspannung von der Einstellung des Kontaktes 111
des Potentiometers 110 bestimmt. Bei der gewünschten Regelspannung reicht das Potential
zwischen dem Punkt 104 und dem Kontakt 111 zur überschreitung des Zenerpunktes der
Zenerdiode 115 aus, worauf die Zenerdiode leitend wird und eine sehr niedrige Impedanz
bekommt. Im leitenden Zustand der Zenerdiode 115 ergibt sich ein weiterer Basisstromweg
für den Transistor 27, der von der Basiselektrode 36 aus über den Widerstand 106,
den Punkt 104, die Zenerdiode 115, den unteren Teil des Potentiometers 110 und den
Leiter 113 zum Punkt 114 auf dem Leiter 15 verläuft.
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Eine Zunahme der Leitung des Transistors 27 bewirkt eine Verringerung
des Stromflusses durch den Schalttransistor 26. Dadurch ändert sich das Potential
am Punkt 45 in dem Kollektorkreis des Transistors 26, und ein regeneratives Rückkopplungspotential
erscheint über dem Widerstand 67 an der Basiselektrode 36 des Transistors 27. Dieses
Rückkopplungspotential verursacht einen Anstieg des Stromflusses durch den Transistor
27, wodurch die Leitung des Transistors 26 weiter verringert wird. Die Ausgangsspannung
des Generators fällt nunmehr ab. Die Zenerdiode 115 leitet etwas weniger, die Leitung
des Steuertransistors 27 verringert sich, und der Schalttransistor 26 beginnt wieder
leitend zu werden. Die regenerative Rückkopplung im Kollektorkreis des Transistors
26 vervollständigt den Vorgang. Im Ergebnis tritt wiederum fortlaufend die bereits
früher beschriebene sehr schnelle oszillatorartige Arbeitsweise auf.
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Der Transistor 30 ist, wie schon erwähnt, zur Stromregelung vorgesehen.
Sobald der durch den Diodengleichrichter 23 fließende Strom zunimmt, steigt auch
der Spannungsabfall über dieser Diode an. Parallel zur Diode 23 verläuft ein Stromweg
vom Punkt 72 aus über den oberen Teil des Potentiometers 101, den Kontakt 102 und
die Diode 96 zum Punkt 94 auf dem Leiter 24. In dem Maße, wie der Spannungsabfall
über der Diode 23 ansteigt, nimmt auch der durch den parallelen Weg fließende Strom
zu. Die daraus resultierende Zunahme des Spannungsabfalls über dem oberen Teil des
Potentiometers 101 bewirkt eine Vorspannung für den Transistor 30 in Richtung auf
eine Abschaltung dieses Transistors. Durch Justierung der Einstellung des Kontaktes
102 des Potentiometers 101 läßt sich der Punkt, an dem die Stromregelung stattfindet,
steuern.
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Sobald der Stromregelungspunkt erreicht ist und der Transistor 30
weniger leitend wird, verringert sich auf Grund des Kollektorstromes des Transistors
30 der durch den Widerstand 105 fließende Strom, wodurch die V orspannung des Transistors
27 in Richtung auf eine Erhöhung des Stromflusses durch diesen Transistor beeinflußt
wird. Dies bewirkt, wie auch bereits früher beschrieben, ein Abschalten des Schalttransistors
26. Der Transistor 30 der F i g. 2 führt weiterhin zu einer Temperaturstabilisierung
für die Schaltung, da er eine Temperaturkompensation für den Transistor 27 liefert.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist prinzipiell den vorangehend
beschriebenen Regelschaltungen ähnlich. Es kann dort besonders nützlich sein, wo
die Temperaturextreme nicht so stark sind, als daß die komplizierteren Schaltungen
nach F i g. 1 oder 2 erforderlich wären. In der Schaltung nach F i g. 3 werden nur
zwei Transistoren benötigt, nämlich der Schalttransistor 26 und der Steuertransistor
27. Im übrigen sind in F i g. 3 für diejenigen Teile, die auch bereits in F i g.
1 und 2 vorhanden sind, gleiche Bezugszeichen verwendet worden. Die nachfolgende
Beschreibung beschränkt sich dabei im wesentlichen auf die in F i g. 3 vorhandenen
Besonderheiten.
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Zwischen dem Leiter 22 und dem Leiter 15 ist ein Spannungsteiler gebildet,
der von einem Punkt 120 auf dem Leiter 22 aus über einen Leiter
121,
einen Widerstand 122, einen Punkt 123, einen Widerstand 124 und einen
Leiter 125 zu einem Punkt 126 auf dem Leiter 15 verfolgt werden kann. Die Emitterelektrode
31 des Transistors 26 ist dabei durch einen Leiter 127 mit dem Punkt 123 verbunden.
Der Widerstand 122 liefert eine geringe Rückspannung für den Schalttransistor 26
und arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Diode 43 der F i g. 1
und 2. Die Kollektorelektrode und die Basiselektrode des Transistors 26 sind in
der bereits bei F i g. 1 beschriebenen Weise angeschlossen. Ein weiterer Spannungsteiler
besteht zwischen einem Punkt 107a auf dem Leiter 20 und einem Punkt
114 auf dem Leiter 15, und zwar über den Leiter 112, den Widerstand eines
Potentiometers 110 und den Leiter 113. Der Kontakt 111 des Potentiometers
110 ist in der gleichen Weise wie in F i g. 2 durch eine Zenerdiode 115 mit der
Basiselektrode 36 des Transistors 27 verbunden. Parallel zum Diodengleichrichter
23 verläuft von einem Punkt 135 auf dem Leiter 22 aus ein Stromweg über den Widerstand
eines Potentiometers 132 und eine Halbleiterdiode 134 zu dem Punkt 94 auf dem Leiter
24. Das Potentiometer 132 besitzt einen einstellbaren Kontakt 133, der über eine
Halbleiterdiode 131 und einen Leiter 130 an den Punkt 66 und damit an die Basiselektrode
des Transistors 27 angeschlossen ist.
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Zur Betrachtung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 3 soll
zunächst angenommen werden, daß die Ausgangsspannung des Generators noch unterhalb
des Wertes der Regelspannung liegt. In diesem
Zustand ist der Schalttransistor
26 leitend, und ein Stromweg besteht von der positiven Generatorklemme 12 aus über
den Leiter 20, den Widerstand 21, den Punkt 120, den Leiter 121, den Widerstand
122, den Punkt 123, den Leiter 127, den Transistor 26 (vom Emitter zum Kollektor),
die Leiter 44 und 46 und die Feldwicklung 11 zur negativen Generatorklemme 13. Infolge
der Speisung der Feldwicklung steigt die Ausgangsspannung des Generators weiter
an, bis das Potential über der Zenerdiode 115 ausreicht, um die Zenerdiode
in den leitenden Zustand zu bringen. Daraufhin ergibt sich ein Basiskreis für den
Steuertransistor 27, der von der Emitterelektrode 34 aus zur Basiselektrode 36 und
weiter über den Punkt 64, die Zenerdiode 115, den Kontakt 111, den unteren Teil
des Potentiometers 110 und den Leiter 113 zum Punkt 114 auf dem negativen
Leiter 15 verläuft. Eine Zunahme der Leitung des Transistors 27 bewirkt in der bereits
beschriebenen Weise ein Abschalten des Schalttransistors 26, wodurch die Erregung
des Generators verringert wird. Der Wert der Regelspannung kann dabei in der ebenfalls
schon beschriebenen Weise durch Einstellung des Kontaktes 111 verändert werden.
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Eine Stromregelung wird in der Schaltung nach F i g. 3 durch Messung
der Spannung über dem Diodengleichrichter 23 bewirkt. Der Spannungsabfall über dem
Potentiometer 132 ist ein Maß für den zur Belastung fließenden Generatorstrom. Ein
Teil der an dem Potentiometer 132 erscheinenden Spannung wird, entsprechend der
Einstellung des Kontaktes 133, als Vorspannung zwischen die Emitterelektrode 34
und die Basiselektrode 36 des Steuertransistors 27 gelegt. Es ist ersichtlich, daß
bei einem vorbestimmten Wert des Generatorstromes das an dem Potentiometer 132 erscheinende
Potential ausreicht, den Steuertransistor 27 in den leitenden Zustand zu bringen,
wodurch der Transistor 26 abgeschaltet wird und sich die Erregung des Generators
verringert.
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Bei hohen Arbeitstemperaturen mag es, insbesondere um einen ordnungsgemäßen
Anfangs-Betriebszustand der Schaltung sicherzustellen, vorteilhaft sein, von der
positiven Batterieklemme 25 aus zur Basiselektrode 36 des in F i g. 2 und 3 enthaltenen
Transistors 37 einen Vorspannungskreis zu schaffen, wie er in F i g. 1 über den
Punkt 94, den Leiter 93, den Widerstand 92, die Diode 91, den Leiter
90, den Punkt 66, den Leiter 65 und den Punkt 64 besteht.