-
Elektronischer Regler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare
Generatoren, insbesondere Fahrzeuggeneratoren Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektronischen Spannungsregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare,
im Nebenschluß erregte Generatoren, mit einem zur Erregerwicklung des Generators
in Reihe geschalteten Haupttransistor, der periodisch in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung
durch einen Steuertransistor gesperrt wird, dessen Kollektor an die Basis des Haupttransistors
angeschlossen ist, während seine Basis über eine in Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode
mit einem an der zu regelnden Spannung bzw. an einer dieser proportionalen Spannung
liegenden Spannungsteiler verbunden ist und in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand
des Haupttransistors über einen Rückkopplungswiderstand beeinflußt wird, der mit
einem seiner beiden Enden an den Kollektor des Haupttransistors angeschlossen ist.
-
Bei bekannten Reglern dieser Art ist die als Sollwertgeber dienende,
beim Erreichen des Sollwertes der Ausgangsspannung stromleitend werdende Zenerdio-de
an einen über der Ausgangsspannung liegenden Spannungsteiler angeschlossen, der
mit Rücksicht auf den Diodenstrom bzw. den Basisstrom des Steuertransistors niederohmig
sein muß und daher eine unerwünschte Wärmeentwicklung mit sich bringt. Damit der
Haupttransistor sprunghaft aus dem leitenden in den nichtleitenden Zustand übergeführt
werden kann, ist es außerdem notwendig, zwischen dem Kollektor des Haupttransistors
und dem Eingangskreis des Steuertransistors eine positive Rückkopplung vorzusehen,
die bei bekannten Reglern aus einem Kondensator oder aus der Reihenschaltung eines
Kondensators und eines Widerstandes besteht.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, daß dem Bestreben, den Raumbedarf für
derartige Regler zu verkleinern, vor allem die großvolumigen Kondensatoren entgegenstehen,
zumal diese ihren Wert auch bei langer Betriebszeit unverändert beibehalten müssen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei welcher
auch ohne Verwendung eines Kondensators im Rückführungskreis eine ungünstige Beeinflussung
der Regelgenauigkeit vermieden wird und eine exakte Umschaltung des Haupttransistors
vom leitenden in den nichtleitenden Zustand und umgekehrt sichergestellt ist.
-
Diese Aufgabe läßt sich bei einem Regler der eingangs beschriebenen
Art mit einem für Gleichstrom durchlässigen Rückführungskreis vorteilhaft dadurch
lösen, daß gemäß der Erfindung der Rückkopplungswiderstand mit seinem anderen Ende
an die mit dem Spannungsteiler verbundene Elektrode der Zenerdiode angeschlossen
ist. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn der Spannungsteiler aus zwei im Kollektorkreis
des Steuertransistors angeordneten Widerständen besteht, an deren Verbindungspunkt
die Zenerdiode angeschlossen ist. Bei dieser Verwendung der Kollektorwiderstände
ist zwar sichergestellt, daß der durch die Zenerdiode fließende Steuerstrom für
den Steuertransistor auch bei starkem Spannungsanstieg nicht über einen für die
Zenerdiode ungefährlichen Wert hinaus ansteigen kann. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß diesem Vorteil eine wesentlich verminderte Ansprechsteilheit gegenübersteht.
Durch den erfindungsgemäßen Anschluß des Rückkopplungswiderstandes an die als Spannungsteiler
wirkenden Kollektorwiderstände kann nicht nur die Verminderung der Ansprechsteilheit
ausgeglichen, sondern sogar eine wesentliche Erhöhung erzielt werden.
-
Wenn die zu regelnde Ausgangsspannung des Generators eine hohe Welligkeit
aufweist, was insbesondere für Wechsel- und Drehstromgeneratoren mit über Gleichrichter
abgenommener Ausgangsspannung zutrifft, empfiehlt es sich, nach einem weiteren Vorschlag
der Erfindung zwischen Zenerdiode und dem Spannungsteiler eine Drossel vorzusehen.
Die Induktivität dieser Drossel soll so hoch sein, daß ihr Scheinwiderstand gegenüber
den Oberwellen der Ausgangsspannung bei der niedrigsten, im Leerlauf des Generators
den Sollwert der Ausgangsspannung liefernden Generatordrehzahl mindestens das Dreifache,
vorzugsweise das Zehnfache, ihres Gleichstromwiderstandes beträgt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Fahrzeuglichtanlage mit einer Drehstromlichtmaschine und
mit einem mit der Lichtmaschine baulich vereinigten elektronischen Regler und
F
i g. 2 das elektrische Schaltbild des Reglers und der Lichtmaschine.
-
Die Drehstromlichtmaschine enthält in ihrem aus Leichtmetall genossenen
Gehäuse 10 eine feststehende Erregerwicklung 11 und ein ebenfalls feststehendes
Ständerblechpaket 12 mit drei nach F i g. 2 in Sternschaltung miteinander verbundenen
Drehstromwicklungen 13, 14, 15. Zwischen den gleichachsig zur Erregerwicklung
11 angeordneten beiden Polscheiben 16 und 17 befindet sich eine als Kraftlinienleitstück
wirkende Klauenpoltromme118, die vier, entlang ihrem Umfang gleichmäßig verteilte,
voneinander durch nichtmagnetisierbare Zwischenlagen getrennte Klauenpolpaare
19 und 20 aufweist und auf einer mit einer Riemenscheibe 21 versehenen
Antriebswelle 22 sitzt.
-
Die Drehstromwicklungen 13, 14 und 15 sind jeweils an
den Verbindungspunkt zweier in Reihe neschalteter Gleichrichter 23 und 24 angeschlossen.
Die drei Gleichrichter 23 sind an ihren Ableitungselektroden mit dem Pluspol einer
Batterie 25 verbunden. An sie können mehrere Stromverbraucher angeschlossen werden,
die in F i g. 1 durch eine Scheinwerferlampe 26 symbolisch angedeutet sind. Die
Zuleitungselektroden der Gleichrichter 24 sind mit dem Minuspol der Baterie 25 und
mit einer gemeinsamen Masseleitung 27 verbunden.
-
Damit sich bei stillstehender Lichtmaschine die Batterie 25 über die
Wicklungen der Lichtmaschine nicht entladen kann, ist die Erregerwicklung 11 der
Lichtmaschine über drei besondere Erregerdioden 28, 29 und 30 mit den Wechselstromwicklungen
13, 14 und 15 verbunden. Diese Dioden sind ebenso wie die für den vollen Lichtmaschinenlaststrom
bemessenen Gleichrichter 23 und 24 an der rückwärtigen Stirnseite des Lichtmaschinengehäuses
10 angeordnet und durch eine Kunststoffhaube 31 abgedeckt, die auch den im folgenden
näher beschriebenen, in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien umrahmten elektronischen
Regler 32 umschließt.
-
Im einzelnen enthält der Regler 32 einen zur Erregerwicklung 11 der
Lichtmaschine in Reihe geschalteten Haupttransistor 33 und einen auf den Haupttransistor
einwirkenden Steuertransistor 34, der mit seinem Emitter über eine Hilfsleitung
35 mit den drei Erregerdioden 28, 29, 30 verbunden ist. Der Kollektor des Steuertransistors
ist einerseits an die Basis des Haupttransistors 33 und andererseits über zwei miteinander
in Reihe liegende KoIlektorwiderstände 36 und 37 an die Masseleitung 27 angeschlossen.
Von diesen beiden Widerständen ist der in F i g. 2 bei 36 angedeutete als Kaltleiter
ausgebildet und enthält eine Drahtwicklung aus Nickel bzw. einer Nickellegierung
mit einem Widerstand von etwa 50 Ohm bei einer Temperatur von 20° C. Mit dem Verbindungspunkt
P der beiden Widerstände 36 und 37 ist eine der beiden Elektroden einer Zenerdiode
38 verbunden, die beim Betrieb der Lichtmaschine und des Reglers in ihrer Sperrichtung
beansprucht wird und mit ihrer zweiten Elektrode unmittelbar an die Basis des Steuertransistors
34 und außerdem über einen Widerstand von etwa 30 Ohm mit der Hilfsleitung 35 verbunden
ist.
-
Wenn die Lichtmaschine aus dem Stillstand heraus angetrieben wird
und dabei infolge des in ihren Eisenteilen vorhandenen Restmagnetfeldes eine wenn
auch kleine Spannung zwischen der Hilfsleitung 35 und der Masseleitung 27 erzeugt,
kann der an seiner Basis über die Widerstände 36 und 37 mit der Masseleitung 27
verbundene Haupttransistor 33 einen über die Feldwicklung 11 gehenden Erregerstrom
führen, durch welchen die Lichtmaschine so weit selbsterregt wird, daß die Spannung
zwischen den zur Batterie und gegebenenfalls zu den an diese angeschlossenen Verbrauchern
führenden Ausgangsleitungen der Gleichrichter 23 und 24 den Sollwert von 14 V erreicht.
Die zu dieser Ausgangsspannung proportionale Spannung zwischen der Hilfsleitung
35 und der Masseleitung 27 erzeugt dann am Verbindungspunkt P der Widerstände 36
und 37 ein solches Potential, daß die Zenerdiode 38 stromleitend wird und dabei
den seither gesperrten Steuertransistor 34 ebenfalls stromleitend macht. Der über
die Widerstände 36 und 37 fließende Kollektorstrom des Steuertransistors hebt dabei
das Basispotential des an seinem Emitter durch eine Halbleiterdiode 40 vorgespannten
Haupttransistors 33 so weit gegen das Potential der Hilfsleitung 35 an, daß der
Haupttransistor 33 nicht mehr in seinem stromleitenden Zustand verbleiben kann und
dabei den seither zur Erregerwicklung 11 fließenden Erregerstrom unterbricht. Damit
der Haupttransistor in möglichst kurzer Zeit in den Sperrzustand übergeführt werden
kann, ist zwischen dem Kollektor des Haupttransistors und der mit den beiden Widerständen
36 und 37 verbundenen Elektrode der Zenerdiode 38 ein Rückkopplungswiderstand 42
von etwa 1000 Ohm vorgesehen. Dieser hat zur Folge, daß über die Zenerdiode 38 ein
verstärkter Basisstrom des Steuertransistors 34 fließen und daher eine durch den
Steuertransistor verstärkte Sperrwirkung auf den Haupttransistor 33 ausüben kann.
-
Sobald infolge der fehlenden Erregung die Ausgangsspannung des Generators
unter den Sollwert abzusinken droht, gelangt die Zenerdiode 38 zunehmend in ihren
Sperrzustand, wobei sich ihre Sperrwirkung auf den Haupttransistor 33 verringert
und der Haupttransistor daher erneut stromleitend zu werden beginnt. Der einsetzende
Erregerstrom hat jedoch zur Folge, daß über den Rückkopplungswiderstand 42 das Potential
der an den Verbindungspunkt P angeschlossenen Elektrode der Zenerdiode zusätzlich
erhöht und daher die Zenerdiode samt dem Steuertransistor 34 vollständig gesperrt
wird. Auf diese Weise wird mit Hilfe des Rückkopplungswiderstandes 42 erreicht,
daß der Haupttransistor 33 sprunghaft aus seinem stromleitenden in den nichtleitenden
und nach einer von der jeweiligen Belastung und der Antriebsdrehzahl abhängigen
Zeitspanne ebenfalls wieder sprunghaft in seinen leitenden Zustand zurückgeführt
wird.
-
Da die von den Gleichrichtern 28, 29 und 30
erzeugte
Gleichspannung zwischen der Hilfsleitung 35 und der Masseleitung 27 von starken
Oberwellen überlagert ist, durch welche die Ansprechgenauigkeit des Reglers verringert
werden kann, ist zwischen dem Verbindungspunkt P der als Spannungsteiler wirkende
Widerstand 36 und 37 und der Zenerdiode 38 eine Eisendrossel 44 vorgesehen, deren
Scheinwiderstand gegenüber den Oberwellen wesentlich größer als ihr Gleichstromwiderstand
ist. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Induktivität der Drossel
44 so gewählt, daß bei der niedrigsten, zur Erzielung des Sollwertes ausreichenden
Drehzahl der Lichtmaschine der Scheinwiderstand der Drossel gegenüber den
Oberwellen
fünfmal so groß wie ihr Gleichstromwiderstand ist.
-
Der Vorteil der beschriebenen Regeleinrichtung besteht darin, daß
sie aus sehr wenigen Schaltelementen besteht und eine sehr geringe, die Regelgenauigkeit
beeinflussende Wärmeentwicklung aufweist. Der erfindungsgemäße Anschluß des Rückkopplungswiderstandes
42 macht es möglich, daß auf die Verwendung von Kondensatoren vollständig verzichtet
werden kann. Es muß jedoch hervorgehoben werden, daß auch auf die beim Ausführungsbeispiel
verwendete Eisendrossel 44 dann verzichtet werden kann, wenn der Regler 32 mit einer
Gleichstromlichtmaschine zusammenarbeitet, bei welcher naturgemäß nur eine sehr
geringe Welligkeit der Ausgangsspannung auftritt, oder wenn bei einer Wechsel-oder
Drehstromlichtmaschine sichergestellt wird, daß die als Puffer wirkende Batterie
dauernd angeschlossen bleibt.