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Elektrischer Spannungsregler für Lichtmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf einen elektromagnetischen Spannungsregler für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen
u. dgl., der ein mit einer Spannungsspule versehenes elektromagnetisches Relais
hat, das außerdem mit einer zur Stromregelung dienenden 1-Iilfswicklung ausgerüstet
ist. Bei Reglern dieser Art ist bereits vorgeschlagen worden, die Spannungsspule
des Relais mit ihren Enden unmittelbar an die zu regelnde Spannung anzuschließen
und in die Verbindungsleitung von der Lichtmaschine zu den an diese anschließbaren
Verbrauchern, insbesondere zu der der Lichtmaschine parallel geschalteten Sammlerbatterie,
einen niederohmigen Widerstand einzuschalten, über den der Belastungsstrom der Lichtmaschine
geführt ist und bei Erreichen seines zulässigen Höchstwertes einen solch großen
Spannungsabfall liefert, daß ein in Reihe mit der Hilfswicklung parallel zum Widerstand
angeordneter nichtlinearer Stromleiter stark stromleitend wird und demzufolge einen
über die Hilfswicklung gehenden, die magnetische Erregung des Spannungsrelais erheblich
erhöhenden Teilstrom des Laststromes fließen läßt. Diese Anordnungen erfordern jedoch
nichtlineare Stromleiter, die eigens für diesen Zweck hergestellt werden müssen.
Sie sollen nämlich bereits bei sehr niedrigen Spannungswerten einen starken Knick
in ihrer Stromspannungskennlinie haben, damit der am Widerstand entstehende Spannungsabfall
und die durch den Laststrom im Widerstand verursachte Verlustleistung möglichst
niedrig gehalten werden kann; außerdem sollen sie oberhalb dieses Knickwertes einen
sehr niedrigen, unterhab dieses Wertes einen hohen Widerstandswert haben.
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Die Erfindung geht davon aus, daß in den Stromkreis, in dem der nichtlineare
Stromleiter liegt, eine geringe Vorspannung eingeführt werden kann, durch die der
Stromleiter entgegengesetzt zu seiner Durchlaßrichtung vorgespannt wird. In diesem
Fall kann man nämlich als nichtlinearen Stromleiter einen üblichen Trockengleichrichter
verwenden, bei dem die Stromspannungskennlinie etwa parabelförmige Gestalt hat und
daher keinen stark ausgeprägten Knick aufweist. Die Verwendung derartiger Gleichrichter
wird möglich, wenn gemäß der Erfindung die mit einem ihrer Wicklungsenden an eine
der Lichtmaschinenklemmen angeschlossene Spannungsspule des elektromagnetischen
Relais mit ihrem anderen Wicklungsende an die im gleichen Sinne gewickelte Hilfs-Stromspule
angeschlossen ist und die Stromspule mit ihrem anderen Ende an die zweite Klemme
der Lichtmaschine gelegt ist, während der nichtlineare Stromleiter von dem Verbindungspunkt
der Stromspule und der Spannungsspule zu dem mit der Batterie verbundenen Ende des
Widerstandes geführt ist und der Widerstand zwischen dem Anschlußpunkt der Stromspule
und der Batterie liegt.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels,
einer elektromagnetischen Regeleinrichtung, näher beschrieben und erläutert.
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In der Zeichnung ist das Schaltschema der Regeleinrichtung dargestellt.
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Die Regeleinrichtung dient zur Konstanthaltung der Klemmenspannung
U einer bei G angedeuteten 12-V-Lichtmaschine. An die Plusklemme a der Lichtmaschine
ist die im Nebenschluß liegende Feldwicklung F der Lichtmaschine mit einem ihrer
Wicklungsenden angeschlossen. Zwischen dem anderen Wicklungsende der Feldwicklung
und der mit der Minusklemme b der Lichtmaschine verbundenen Minusleitung
10 liegt ein Widerstand R, der beim Betrieb der Lichtmaschine. periodisch
durch einen mit der Minusleitung verbundenen Schaltarm c kurzgeschlossen und beim
öffnen des Schalters wieder zur Wirkung gebracht wird. Der Schaltarm c gehört zu
einem elektromagnetischen, in seinen Einzelheiten nicht näher dargestellten Relais,
das eine Spannungsspule 12 hat, die mit einem ihrer Wicklungsenden an die Minusleitung
10 angeschlossen ist. In Reihe mit der Spannungsspule 12, die 1200 Windungen
eines 0,2 mm starken Drahtes aufweist, liegt die bei 11 angedeutete Hilfswicklung.
Die Hilfswicklung hat 200 Windungen aus 0,5 mm starkem- Kupferdraht und weist einen
Gleichstromwiderstand von etwa 1 Ohm auf. Sie liegt mit ihrem anderen Wicklungsende
an der Plusklemme a des Generators G und ist gleichzeitig mit einem Widerstand 14
verbunden, der einen Widerstandswert von etwa 0,03 Ohm hat. Vom Verbindungspunkt
der
Spannungsspule 12 und der Hilfswicklung 11 zweigt ein Trockengleichrichter
13 ab, der mit seiner Ableitungselektrode an die Plusklemme der bei 15 angedeuteten
Batterie angeschlossen ist: Zwischen dem Widerstand 14 und der -Plusklemme
der Batterie 15 ist außerdem ein für den vollen Laststrom des Generators bemessener
Gleichrichter 16
angeordnet, der bei stillstehender und ungenügend erregter
Lichtmaschine G verhindert, daß sich die Batterie über den Anker der Lichtmaschine
entladen kann.
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Die Regeleinrichtung arbeitet folgendermaßen: Sobald die Lichtmaschine
G mit ausreichender Drehzahl angetrieben wird, bildet sich an ihren Klemmen infolge
der in den Eisenteilen der Lichtmaschine vorhandenen magnetischen Restfeldstärke
eine geringe Klemmenspannung aus, die einen über die Feldwicklung F und den dann
in seiner Schließstellung stehenden Schaltarm c fließenden Erregerstrom I, zur Folge
hat. Dieser verstärkt die magnetische Erregung der Lichtmaschine, so daß die Klemmenspannung
U rasch auf einen Wert von etwa 13,5 V ansteigt, bei dem nicht nur ein geringer
Laststrom IL zur Sammlerbatterie 15 fließen kann, sondern auch durch die
Hilfswicklung und die Spannungsspule 12 ein so großer Magnetisierungsstrom
von etwa 0,33 A fließt, daß der Schaltarm c entgegen der Kraft einer nicht dargestellten
Rückstellfeder von seinem Gegenkontakt abgehoben wird und dabei den Feldwiderstand
R zur Wirkung bringt. Hierdurch wird der über die Feldwicklung F gehende Erregerstrom
1e erheblich geschwächt, und die Klemmenspannung der Lichtmaschine geht geringfügig
so weit zurück, daß der Schaltarm c wieder in seine Schließstellung gelangt. Auf
diese Weise wird durch abwechselndes, in rascher Folge vor sich gehendes Öffnen
und Schließen des Schaltarmes c ein Mittelwert des Erregerstromes Ie eingestellt,
der die Klemmenspannung der Lichtmaschine auf einem praktisch gleichbleibenden Wert
von 13,5 V hält.
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Außer dieser Spannungsregelung wird noch die im folgenden näher beschriebene
Stromregelung wirksam, wenn an die Lichtmaschine ein oder mehrere Verbraucher, von
denen in Fig. 1 einer bei 20 angedeutet ist, angeschlossen werden und einen
so niedrigen Widerstand haben, daß der von der Lichtmaschine zum Verbraucher fließende
Laststrom IL
einen durch die Baugrößen der Lichtmaschine festgelegten Höchstwert
überschreiten würde. In diesem Fall wird nämlich die Erregung der Lichtmaschine
so stark herabgesetzt, daß die der Lichtmaschine entnommene Leistung den zulässigen
Höchstwert nicht überschreitet. Für eine 270-Watt-Maschine bei einer Sollspannung
von 13,5 V beträgt der Höchstwert des Laststromes 1L=20 A.
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Durch den Laststrom IL wird am Widerstand 14 und an dem mit
ihm in Reihe liegenden Gleichrichter 16 ein Spannungsabfall U3 erzeugt, der mit
dem Laststrom ungefähr linear anwächst. Sobald die Spannung U3 größer wird als die
am Gleichstromwiderstand R1 von 1 Ohm der Hilfswicklung 11 erzeugte Vorspannung
U1=0,33 V, kann über den Gleichrichter 13 ein Teil 13 des Laststromes
IL fließen. Dieser Strom 13 erzeugt in der Hilfswicklung 11 ein zusätzliches
Magnetfeld, das sich mit vom Strom Il in der Spannungswicklung 12 erzeugten Feld
überlagert und dieses in seiner Wirkung auf den Schaltarm c unterstützt. Dies hat
zur Folge, daß, sich an den Klemmen der Lichtmaschine eine um so kleinere Spannung
U einstellt, je stärker die vom Strom 13 erzeugte zusätzliche Erregung des Spannungsrelais
ist.
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Der besondere Vorteil besteht dabei darin, daß die Stromregelung bei
einem genau definierten, durch die Größe der Vorspannung U1 festgelegten Wert des
Laststromes IL einsetzt. Dadurch ergeben sich eine bis zu diesem Wert des
Laststromes praktisch gleichbleibende Lichtmaschinenspannung und ein scharfer Knick
der Regelkennlinie bei dem zulässigen Höchstwert des Laststromes.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Wert des den Laststrom
führenden Widerstandes 14 zwischen 0,01 und 0,1 Ohm, vorzugsweise von 0,025 bis
0,04 Ohm zu wählen. Dabei kann der Gleichstromwiderstand R 1 der Hilfswicklung 11
so niedrig gewählt werden, daß sich im Leerlauf der Lichtmaschine eine durch den
die Spannungsspule 12 durchfließenden Strom Il hervorgerufene Vorspannung U1 von
mindestens 0,3 V einstellt. Wesentlich bei der beschriebenen Anordnung ist jedoch,
daß die am Widerstand 14 entstehende Verlustleitung klein gehalten werden kann.
Hierzu ist es erforderlich, daß das Verhältnis des Gleichstromwiderstandes R 2 der
Spannungsspule 12 zum Gleichstromwiderstand R 1
der Hilfswicklung 11
wesentlich größer als 1, vorzugsweise größer als 10 gewählt wird. Im beschriebenen
Ausführungsbeispiel beträgt der Gleichstromwiderstand R 2 der Spannungsspule 12
das Vierzigfache des Gleichstromwiderstandes R 1 der Hilfswicklung 11. Wenn man
bereits bei kleineren Werten des am Widerstand 14 entstehenden Spannungsabfalles
U3 die Stromregelung zur Wirkung bringen will, empfiehlt es sich, einen Gleichrichter
13 zu wählen, der bei einem Durchlaßstrom von 2 A einen Durchlaßwiderstand
von höchstens 0,2 Ohm hat.