DE1117701B

DE1117701B - Electric voltage regulator for alternators

Info

Publication number: DE1117701B
Application number: DEB52344A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Landstorfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1959-03-04
Filing date: 1959-03-04
Publication date: 1961-11-23
Also published as: GB897492A

Description

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.Electric voltage regulator for alternators The invention relates to on an electromagnetic voltage regulator for automotive alternators and the like, which is an electromagnetic relay provided with a voltage coil which is also equipped with an auxiliary winding that is used to regulate the current is. In regulators of this type it has already been proposed that the voltage coil of the relay with their ends to be connected directly to the voltage to be regulated and in the connection line from the alternator to the one that can be connected to it Consumers, in particular to the collector battery connected in parallel to the alternator, to switch on a low-ohmic resistor through which the load current of the alternator is performed and such a large one when its maximum permissible value is reached Voltage drop provides that one in series with the auxiliary winding in parallel with the resistor arranged non-linear current conductor is highly conductive and consequently a going through the auxiliary winding, the magnetic excitation of the voltage relay considerably increasing partial current of the load current can flow. However, these arrangements require non-linear conductors that have to be manufactured specifically for this purpose. This is because they should already have a sharp kink at very low voltage values in their current-voltage characteristic curve, so that the voltage drop that occurs across the resistor and the power loss caused by the load current in the resistor, if possible can be kept low; in addition, they should have one above this buckling value very low, below this value have a high resistance value.

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.The invention assumes that in the circuit in which the nonlinear Conductor lies, a low bias voltage can be introduced through which the Current conductor is biased opposite to its forward direction. In this In this case, a conventional dry rectifier can be used as a non-linear current conductor use in which the current-voltage characteristic has approximately parabolic shape and therefore does not have a pronounced kink. The use of such rectifiers becomes possible if according to the invention with one of its winding ends to one the alternator terminals connected voltage coil of the electromagnetic Relay with its other winding end to the auxiliary current coil wound in the same direction is connected and the other end of the current coil to the second terminal the alternator is laid, while the non-linear conductor is from the connection point the current coil and the voltage coil to the end of the connected to the battery Resistance is performed and the resistance between the connection point of the current coil and the battery is.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels, einer elektromagnetischen Regeleinrichtung, näher beschrieben und erläutert.The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment, an electromagnetic control device, described and explained in more detail.

In der Zeichnung ist das Schaltschema der Regeleinrichtung dargestellt.In the drawing, the circuit diagram of the control device is shown.

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.The control device is used to keep the terminal voltage U of a 12 V alternator indicated at G constant. The shunted field winding F of the alternator is connected with one of its winding ends to the positive terminal a of the alternator. Between the other end of the winding of the field winding and the negative line 10 connected to the negative terminal b of the alternator, there is a resistor R which, when the alternator is in operation. is periodically short-circuited by a switching arm c connected to the negative line and is brought into effect again when the switch is opened. The switching arm c belongs to an electromagnetic relay, not shown in detail in its details, which has a voltage coil 12 which is connected with one of its winding ends to the negative line 10. The auxiliary winding indicated at 11 is in series with the voltage coil 12, which has 1200 turns of a 0.2 mm thick wire. The auxiliary winding has 200 turns made of 0.5 mm thick copper wire and has a direct current resistance of about 1 ohm. The other end of the winding is connected to the positive terminal a of the generator G and at the same time is connected to a resistor 14 which has a resistance value of approximately 0.03 ohms. From the connection point of the voltage coil 12 and the auxiliary winding 11 branches off a dry rectifier 13 , which is connected with its discharge electrode to the positive terminal of the battery indicated at 15: Between the resistor 14 and the positive terminal of the battery 15 there is also a for the full load current of the generator sized rectifier 16 is arranged, which prevents the battery from being discharged through the armature of the alternator when the alternator G is at a standstill and insufficiently excited.

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.The control device works as follows: As soon as the alternator G is driven at sufficient speed, a low terminal voltage forms at its terminals as a result of the residual magnetic field strength in the iron parts of the alternator, which causes a switching arm c, which is then in its closed position, via the field winding F flowing excitation current I. This increases the magnetic excitation of the alternator so that the terminal voltage U rises rapidly to a value of about 13.5 V, at which not only a small load current IL can flow to the collector battery 15, but also through the auxiliary winding and the voltage coil 12 large magnetizing current of about 0.33 A flows that the switching arm c is lifted against the force of a return spring, not shown, from its counter-contact and thereby brings the field resistance R into effect. As a result, the excitation current 1e passing through the field winding F is considerably weakened, and the terminal voltage of the alternator falls slightly so far that the switching arm c returns to its closed position. In this way, by alternately opening and closing the switching arm c in rapid succession, an average value of the excitation current Ie is set, which keeps the terminal voltage of the alternator at a practically constant value of 13.5 V.

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. In addition to this voltage control, the current control described in more detail below is effective when one or more consumers, one of which is indicated in Fig. 1 at 20 , are connected to the alternator and have such a low resistance that that from the alternator to the consumer flowing load current IL would exceed a maximum value specified by the size of the alternator. In this case, namely, the excitation of the alternator is reduced so much that the power drawn from the alternator does not exceed the maximum permissible value. For a 270 watt machine with a nominal voltage of 13.5 V, the maximum value of the load current is 1L = 20 A.

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.The load current IL generates a voltage drop U3 across the resistor 14 and the rectifier 16 in series with it, which increases approximately linearly with the load current. As soon as the voltage U3 becomes greater than the bias voltage U1 = 0.33 V generated at the direct current resistor R1 of 1 ohm of the auxiliary winding 11 , a part 13 of the load current IL can flow via the rectifier 13. This current 13 generates an additional magnetic field in the auxiliary winding 11, which is superimposed with the field generated by the current II in the voltage winding 12 and supports this in its effect on the switching arm c. The consequence of this is that the voltage U is set at the terminals of the alternator, the stronger the additional excitation of the voltage relay generated by the current 13.

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.The particular advantage here is that the current regulation starts at a precisely defined value of the load current IL determined by the magnitude of the bias voltage U1. This results in an alternator voltage that is practically constant up to this value of the load current and a sharp bend in the control characteristic at the maximum permissible value of the load current.

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.It has proven to be particularly expedient to choose the value of the resistor 14 carrying the load current between 0.01 and 0.1 ohms, preferably from 0.025 to 0.04 ohms. The DC resistance R 1 of the auxiliary winding 11 can be selected to be so low that a bias voltage U1 of at least 0.3 V, caused by the current II flowing through the voltage coil 12, is set when the alternator is idling. What is essential in the arrangement described, however, is that the power loss occurring at the resistor 14 can be kept small. For this it is necessary that the ratio of the direct current resistance R 2 of the voltage coil 12 to the direct current resistance R 1 of the auxiliary winding 11 is selected to be significantly greater than 1, preferably greater than 10. In the exemplary embodiment described, the direct current resistance R 2 of the voltage coil 12 is forty times the direct current resistance R 1 of the auxiliary winding 11. If you want to bring about the current control even with smaller values of the voltage drop U3 occurring at the resistor 14 , it is advisable to choose a rectifier 13 , which has a forward resistance of at most 0.2 ohms at a forward current of 2 A.

Claims

CLAIMS:.. U 1. An electromagnetic voltage regulator for alternators of motor vehicles or the like, having a provided with a voltage coil electromagnetic relay, which is also equipped with a serving for current control current coil, characterized in that with one of their winding ends to one of the alternator terminals ( b) connected voltage coil (12) of the electromagnetic relay is connected with its other winding end to the auxiliary current coil (11) wound in the same direction and the auxiliary current coil is connected with its other end to the second terminal (a) of the alternator (G), during the non-linear current conductor (13) is guided from the connection point of the auxiliary current coil and the voltage coil to the end of the load resistor (14) connected to the battery and the load resistance lies between the connection point of the auxiliary current coil and the battery (15) .

2. Regulator according to claim 1, characterized in that the resistor (14) carrying the load current of the generator has a resistance value between 0.01 and 0.1 ohms, preferably a value of 0.025 to 0.04 ohms.

3. Controller according to Claims 1 and 2, characterized in that, as a non-linear, with of the auxiliary winding of the voltage relay in series connected conductors (13) Dry rectifier is used, which is at a forward current from 2 A has a resistance of 2 ohms or less.

4. Regulator according to claim 1 to 3, characterized in that the direct current resistance of the voltage coil (12) is at least ten times greater than the DC resistance of the auxiliary winding (11).

5. Regulator according to claim 1 to 4; characterized in that the DC resistance of the Auxiliary winding (11) is chosen so large that there is a bias on the auxiliary winding of at least 0.3 V for the rectifier connected in series with the auxiliary winding (13) sets when the control device is operated with the alternator idling will. References considered: U.S. Patent No. 2,707,263.