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Regeleinrichtung für Generatoren niedriger Spannung und stark wechselnden
Drehzahlen, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Regeleinrichtung für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren niedriger
Spannung, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen, mit einem in den Erregerstromkreis
des Generators eingeschalteten Transistor, der mit seinem Kollektor an die Feldwicklung
des Generators angeschlossen ist und durch ein parallel zu seiner Emitter-Basis-Strecke
liegendes, bei Erreichen der Sollspannung in seine Schließstellung gelangendes Arbeitskontaktpaar
eines elektromagnetischen Relais gesteuert wird, dessen Erregerspule zwischen der
Basis des Transistors und einer der Ausgangsleitungen des Generators angeordnet
ist.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, der Erregerspule des elektromagnetischen
Relais einen Widerstand vorzuschalten und diesen Vorwiderstand so zwischen der Basis
des Transistors ` und einer der Ausgangsleitungen des Generators anzuordnen, daß
der bei offenem Kontaktpaar fließende Emitter-Basis-Strom des Transistors über den
Vorwiderstand geht. Die auf diese Weise erreichbare Rückführung bewirkt zwar, daß
der Einfluß der Maschinengröße auf die Frequenz des Kontaktspiels in der gewünschten
Weise weitgehend ausgeschaltet wird, erfordert jedoch zwischen der Basis des Transistors
und dem Verbindungspunkt von Vorwiderstand und Erregerspule des Relais einen Basiswiderstand,
der eine erhebliche Wärmeentwicklung ergibt und daher die Regeleinrichtung beeinflußt.
Dieser Nachteil ist bei einer Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art vermieden,
bei der gemäß der Erfindung die Erregerspule des Relais aus zwei Wicklungsteilen
besteht, von denen der mit der kleineren Windungszahl ausgeführte Wicklungsteil
mit seinem Wicklungsanfang vorzugsweise über einen Widerstand mit der Basis des
mit seinem Emitter an eine Ausgangsleitung des Generators angeschlossenen Transistors
verbunden ist, mit seinem Wicklungsende zusammen mit dem Wicklungsanfang des zweiten
Wicklungsteils an einem der Arbeitskontakte des Relais liegt, während das Wicklungsende
des zweiten Wicklungsteils an die andere Ausgangsleitung des Generators über einen
Vorwiderstand angeschlossen ist, der sowohl vom Spulenstrom des Relais als auch
vom. Basisstrom des Transistors durchflossen wird. Zweckmäßigerweise wird der Vorwiderstand
mindestens so groß wie die Summe der Gleichstromwiderstände der beiden Wicklungsteile
gewählt, vorzugsweise doppelt so groß wie diese Summe. Wenn die beiden Wicklungsteile
des Relais mit gleichem Drahtdurchmesser gewickelt werden und daher zu ihren Windungszahlen
nahezu proportionale Gleichstromwiderstände haben, so wird der zwischen dem Wicklungsanfang
des kleineren Wicklungsteils und der Basis des Transistors liegende Basiswiderstand
Rb etwa 5 bis 250/, kleiner als
gewählt, wenn R2, den Vorwiderstand, w2 die Windungszahl des größeren, mit dem Vorwiderstand
in Reihe liegenden Wicklungsteils und w1 die Windungszahl des kleineren Wicklungs:
teils der Relaisspule bezeicbnet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand eines
Ausführungsbeispiels dargelegt. Es zeigt Fig. 1 eine Fahrzeuglichtanlage mit einem
Generator, einem Regler und einer Pufferbatterie in raumbildlicher Darstellung,
Fig.2 den Regler in seinem elektrischen Schaltbild.
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In der Lichtanlage nach Fig. 1 wird die mit 10 angedeutete Lichtmaschine
über zwei Keilriemenscheiben 11 und 12 und einen Keilriemen 13 durch eine nicht
näher dargestellte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit Drehzahlen angetrieben,
die je nach der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem jeweiligen Gang stark wechseln können.
Im Lichtmaschinengehäuse 10 ist außer einer in Fig. 2 bei 15 angedeuteten
Feldwicklung ein Gleichstromanker 16 untergebracht, der zusammen mit der Riemenscheibe
12 auf der Ankerwelle 17 sitzt. Die in den nicht dargestellten Ankerwicklungen induzierten
Spannungen werden an einem ebenfalls nicht dargestellten Kommutator durch eine Minusbürste
18 und eine Plusbürste 19
abgenommen.
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Damit die Ausgangsspannung der Lichtmaschine im gesamten Drehzahl-
und Belastungsbereich auf
einem möglichst gleichbleibenden Wert
gehalter werden kann, ist der in Fig. 1 bei 20 angedeutete Regler vorgesehen, der
über vier Leitungen 21, 22, 23 und 24
und einen Stecker 25 mit einer
Steckermuffe 27 verbunden ist, die auf dem Lichtmaschinengehäuse sitzt und vier
in Fig. 2 mit 31, 32, 33 und 34 bezeichnete Anschlußbuchsen enthält. Der Laststrom
der Lichtmaschine wird über zwei durch das Lichtmaschinengehäuse isoliert hindurchgeführte
Schraubenbclzen 36 und 37 einer Pufferbatterie 40 zugeführt, deren Minusklemme 41
mit Masse verbunden .ist, während ihre Plusklemme 42 unter Umgehung des Reglers
über die Leitung 43 unmittelbar an den als Anschlußklemme dienenden Schraubenbolzen
36 der Lichtmaschine angeschlossen ist. Zwischen diesem Schraubenbolzen 36 und der
Plusbürste 19 sind ein niederohmigerWiderstand 44 von etwa 0,02 Ohm und ein als
Rückstromsperre dienender Gleichrichter 45 vorgesehen. Von der Plusbürste zweigt
zur Steckerbuchse 31 eine Leitung 46,
vom Verbindungspunkt zwischen
Widerstand 44 und Gleichrichter 45 eine zur Steckerbuchse 32 führende Leitung 47
ab. Das Wicklungsende der mit ihrem Wicklungsanfang an die Minusbürste 18 angeschlossenen
Feldwicklung 15 der Lichtmaschine ist an die. Steckerbuchse 33 angeschlossen und
steht mit der Minusklemme 37 der Lichtmaschine und der Steckerbuchse 34 über eine
Germaniumdiode 48 in Verbindung, die in ihrer Sperrichtung beansprucht wird, solange
der Feldwicklung über den zum Regler 20 gehörenden Leistungstransistor 50 der bei
Je angedeutete Erregerstrom zugeführt wird, jedoch den bei Ja angedeuteten
induktiven Ausgleichsstrom zu übernehmen vermag, wenn der Erregerstrom Je zur Konstanthaltung
der Ausgangsspannung durch die im folgenden näher beschriebene Regeleinrichtung
20 periodisch unterbrochen wird.
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Die Regeleinrichtung enthält außer dem erwähnten Leistungstransistor
50 ein zu dessen Steuerung dienendes elektromagnetisches Relais, das einen in der
angedeuteten Pfeilrichtung unter Federdruck stehenden Schaltarm 51 und einen zugehörigen
Arbeitskontakt 52 enthält. Mit diesem Arbeitskontaktpaar - wird der Transistor 50
gesperrt, sobald die Ausgangsspannung der Lichtmaschine den vorgeschriebenen Sollwert
von 14 V zu übersteigen droht. Dazu enthält das Relais außerdem eine Spannungsspule,
die aus einem mit einer kleineren Windungszahl ausgeführtenWicklungsteil53 und einem
mit größerer Windungszahl ausgeführten Wicklungsteil 54 besteht. Auf dem gleichen,
in der Zeichnung nicht dargestellten Eisenkern des Relais sitzt ferner eine Stromspule
55, die über einen hochlegierten, nur in der Durchlaßrichtung beanspruchten Germaniumhalbleiter
56 zum Widerstand 44 parallel geschaltet ist. Zwischen dem Wicklungsanfang des kleineren
Wicklungsteils 53 der Spannungsspule und der Basis des Transistors 50 liegt ein
Basiswiderstand Rb von etwa 5 Ohm, während der größere Wicklungsteil 54 über einen
etwa 50 Ohm großen Vorwiderstand R" an die zur Masse führende Minusleitung 24 angeschlossen
ist.
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Sobald die Lichtmaschine aus dem Stillstand heraus mit genügend hoher
Drehzahl angetrieben wird, erregt sie sich über den dann stromleitenden Leistungstransistor
50 selbst und steigt rasch auf ihren Sollwert von 14 V an. Bei diesem Wert der Ausgangsspannung
der Lichtmaschine erreicht der über den Basiswiderstand Rb fließende Basisstrom
Jb des Transistors einen solch großen Wert, daß das von ihm erzeugte Magnetfeld
im Relais den Schaltarm 51 gegen die Kraft der nicht dargestellten Rückführfeder
mit dem an den Emitter des Transistors 50 angeschlossenen Arbeitskontakt 52 in Verbindung
bringt und dabei die Emitter-Basis-Strecke des Transistors kurzschließt. Dadurch-
wird der seither der Feldwicklung 15 zufließende Erregerstrom Je- unterbrochen,
und die Ausgangsspannung der Lichtmaschine beginnt mit einer durch die Größe der
Lichtmaschine festgelegten Zeitkonstanten abzusinken. Der Transistor 50 wird erneut
wieder stromleitend, sobald das Magnetfeld im Relais den Schaltarm 51 nicht mehr
in seiner Schließstellung zu halten vermag. Damit dieser neue Schaltzustand möglichst
bald wieder eintritt, ist die Anordnung der Arbeitskontakte des Relais so getroffen,
daß diese beim Erreichen ihrer Schließstellung nicht nur die Emitter-Basis-Strecke
des Transistors kurzschließen und diesen dabei sperren, sondern gleichzeitig auch
den kleineren Wicklungsteil 53 kurzschließen. Bei diesem Kurzschluß wird
das im Relais vorhandene Magnetfeld um einen Betrag verringert, der einer Spannungsabsenkung
an den Ausgangsklemmen der Lichtmaschine von etwa 0,1 bis 0,2 V entspricht. Die
Ausgangsspannung der Lichtmaschine braucht daher um diesen Betrag weniger abzusinken
und bewirkt daher zu einem sehr viel früheren Zeitpunkt, daß der Schaltarm des Relais
in seine Abfallstellung zurückgelangt und den Transistor 50 erneut stromleitend
macht. Auf diese Weise wird ein sehr rasches, von der jeweiligen Größe der mit der
Regeleinrichtung zusammenarbeitenden Lichtmaschine weitgehend unabhängiges Kontaktspiel
erreicht, das außer einer wesentlich genaueren und stabileren Regelung den Vorteil
mit sich bringt, daß mit ein und demselben Reglertyp Lichtmaschinen stark unterschiedlicher
Leistungsgrößen geregelt werden können.
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Die Stromspule 55 des Relais hat lediglich die Aufgabe, die Spannung
der Lichtmaschine dann stark herabzusetzen, wenn der über die Leitung 43 der Batterie
und den an diese angeschlossenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Verbrauchern
zufließende Laststrom einen vorgegebenen Höchstwert zu überschreiten droht, und
schützt daher die Lichtmaschine vor Überlastung. Der am Widerstand 44 vom
Laststrom erzeugte Spannungsabfall ruft nämlich einen über die Leitung 46 und den
Halbleiter 56 gehenden Steuerstrom JS hervor, sobald dieser Spannungsabfall den
bei etwa 0,3 V liegenden Schwellspannungswert des Halbleiters 56 überschreitet.
Durch diesen bei Erreichen des Laststromhöchstwertes einsetzenden Steuerstrom wird
von der Stromspule 55 ein zusätzliches, die magnetische Erregung des Relais vergrößerndes
Magnetfeld erzeugt, durch welches der Schaltarm 51 auch dann noch zur Sperrung des
Transistors 50 in seiner Schließstellung gehalten werden kann, wenn der Sollwert
der Ausgangsspannung unterschritten ist.