DE1259443B

DE1259443B - Voltage regulator for a vehicle alternator that emits direct current

Info

Publication number: DE1259443B
Application number: DEB75184A
Authority: DE
Inventors: Hisato Wakamatsu; Nobuhito Hobo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1963-02-02
Filing date: 1964-01-28
Publication date: 1968-01-25

Description

Spannungsregler für eine Gleichstrom abgebende Fahrzeuglichtmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsregler für eine mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare und mit einer im Nebenschluß arbeitenden Feldwicklung ausgerüstete Fahrzeuglichtmaschine, der zusammen mit der Feldwicklung an die Gleichspannung führenden Ausgangsklemmen angeschlossen ist und der einen mit einer seiner beiden Hauptelektroden an ein Ende der Feldwicklung und mit seiner anderen Hauptelektrode an eine Ausgangsleitung der Lichtmaschine angeschlossenen steuerbaren Halbleitergleichrichter sowie eine den Halbleitergleichrichter in einer von der jeweiligen Höhe der Ausgangsspannung abhängigen Folge periodisch aus dem stromleitenden in den nichtleitenden Zustand steuernde Schaltvorrichtung enthält, die über einen sich bei stromleitendem Gleichrichter aufladenden Kondensator mit der Feldwicklung und der an diese angeschlossenen Hauptelektrode des Gleichrichters verbunden ist.Voltage regulator for a vehicle alternator that emits direct current The invention relates to a voltage regulator for a strongly changing Drivable speeds and equipped with a field winding working in shunt Vehicle alternator which, together with the field winding, leads to the DC voltage Output terminals is connected and the one with one of its two main electrodes to one end of the field winding and with its other main electrode to an output line the generator connected controllable semiconductor rectifier and a the semiconductor rectifier in one of the respective output voltage levels dependent sequence periodically from the conductive to the non-conductive state contains controlling switching device, which is via a rectifier with current conducting charging capacitor with the field winding and the main electrode connected to it of the rectifier is connected.

Bei einem aus der französischen Patentschrift 1247 361 bekannten Regler dieser Art enthält die Schaltvorrichtung ein bistabil arbeitendes Steuergerät und einen über eine Zenerdiode an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Signalgeber mit zwei Signalausgängen, von denen der eine direkt auf die Steuerelektrode des steuerbaren, mit der Feldwicklung in Reihe geschalteten Halbleitergleichrichters einwirkt und der andere Signalausgang mit dem Steuergerät verbunden ist. Nach der genannten Patentschrift kann sowohl der zum Einschalten des Halbleitergleichrichters dienende Signalgeber als auch das zum Ausschalten des Halbleitergleichrichters dienende Steuergerät aus steuerbaren Halbleiterbauelementen, wie Transistoren oder Thyristoren od. dgl., aufgebaut sein. In diesem Fall wird jedoch der Regler kompliziert in seinem Aufbau und teuer in seiner Herstellung.In a controller known from French patent specification 1247 361 of this type, the switching device contains a bistable control unit and a signal transmitter connected to the voltage to be regulated via a zener diode with two signal outputs, one of which is sent directly to the control electrode of the controllable semiconductor rectifier connected in series with the field winding acts and the other signal output is connected to the control unit. After cited patent can be used for switching on the semiconductor rectifier used signal generator as well as the one used to switch off the semiconductor rectifier Control unit made from controllable semiconductor components such as transistors or thyristors or the like., be constructed. In this case, however, the regulator becomes complicated in its own right Construction and expensive to manufacture.

Aus der schweizerischen Patentschrift 351321 ist ein sehr einfach aufgebauter Regler bekannt, bei welchem mit der Feldwicklung ein Transistor in Reihe geschaltet ist, der an seiner Basis von den Schaltkontakten eines elektromagnetischen Spannungsrelais gesteuert wird. Im Gegensatz zu einem Transistor läßt sich jedoch ein steuerbarer Halbleitergleichrichter aus seinem stromleitenden Zustand nur dann in den Sperrzustand überführen, wenn die zwischen seinen Hauptelektroden wirksame Spannung wenigstens annähernd auf Null abgesenkt wird.From the Swiss patent 351321 a very simply constructed regulator is known in which a transistor is connected in series with the field winding, which is controlled at its base by the switching contacts of an electromagnetic voltage relay. In contrast to a transistor, however, a controllable semiconductor rectifier can only be switched from its current-conducting state to the blocking state if the voltage effective between its main electrodes is reduced at least approximately to zero.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem mit einem steuerbaren Halbleitergleichrichter ausgerüsteten Regler der eingangs beschriebenen Art eine möglichst einfache Anordnung zu schaffen, die es erlaubt, mit einem bekannten, nur ein einziges Arbeitskontaktpaar aufweisenden Spannungsrelais den Halbleitergleichrichter periodisch ein- und auszuschalten.The invention is based on the object in a with a controllable Semiconductor rectifier equipped regulator of the type described above to create the simplest possible arrangement that allows, with a known, only a single working contact pair having voltage relay the semiconductor rectifier to be switched on and off periodically.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß bei Verwendung eines bekannten, mit einem einzigen Arbeitskontaktpaar ausgerüsteten und als Steuervorrichtung für den Gleichrichter dienenden elektromagnetischen Spannungsrelais einer der beiden Schaltkontakte des Relais mit der an eine der Hauptelektroden angeschlossenen Ausgangsleitung verbunden, der andere Schaltkontakt dagegen mit dem Verbindungspunkt eines ersten, an die andere Ausgangsleitung angeschlossenen Widerstandes und eines zweiten, an der Steuerelektrode des Halbleitergleichrichters angeschlossenen Widerstandes verbunden ist und daß zwischen diesem Verbindungspunkt und der an die Feldwicklung angeschlossenen Hauptelektrode der Kondensator angeordnet ist.According to the invention it is therefore provided that when using a known, equipped with a single working contact pair and as a control device for one of the two electromagnetic voltage relays serving the rectifier Switching contacts of the relay with the output line connected to one of the main electrodes connected, the other switching contact on the other hand with the connection point of a first, connected to the other output line and a second resistor connected to the control electrode of the semiconductor rectifier connected resistor and that between this connection point and that connected to the field winding Main electrode of the capacitor is arranged.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind nachstehend an Hand eines in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellten Spannungsreglers näher beschrieben und erläutert.Further details and useful developments of the invention are shown below with reference to one in the drawing as an exemplary embodiment Voltage regulator described and explained in more detail.

Der in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien umrahmte Gleichstromgenerator 1 enthält einen umlaufenden Anker 2 und eine feststehende Feldwicklung 3, die im Nebenschluß angeordnet und an einem ihrer Enden an die Pluspotential führende Ausgangsklemme d der Lichtmaschine angeschlossen ist. Um die Ausgangsspannung zwischen der Plusklemme d und der Minusklemme e bei allen im praktischen Betrieb der Lichtmaschine auf Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen vorkommenden Drehzahlen sicherzustellen, ist ein Spannungsregler vorgesehen, der einen steuerbaren Halbleitergleichrichter 4 enthält. Dieser hat zwei Hauptelektroden b und c sowie eine Steuerelektrode a. Mit seiner Hauptelektrode b ist er an die Feldwicklung 3 und mit seiner anderen Hauptelektrode c an die Minusklemme e angeschlossen. Außerdem enthält der Spannungsregler ein zur Steuerung des Gleichrichters 4 dienendes elektromagnetisches Relais 9, dessen Spannungsspule 10 mit den Klemmen d und e verbunden ist. Die Schaltkontakte 11 dieses Relais sind als Arbeitskontakte ausgebildet und befinden sich daher in ihrer Öffnungsstellung, solange die Ausgangsspannung der Lichtmaschine unter ihrem Sollwert bleibt, bei welchem die Schaltkontakte 11 in ihre Schließstellung gelangen.The direct current generator 1 framed in the drawing with dash-dotted lines contains a rotating armature 2 and a fixed field winding 3 which is arranged in a shunt and connected at one of its ends to the output terminal d of the alternator leading to the positive potential. A voltage regulator containing a controllable semiconductor rectifier 4 is provided to ensure the output voltage between the positive terminal d and the negative terminal e at all speeds that occur in practical operation of the alternator on vehicles, especially motor vehicles. This has two main electrodes b and c and a control electrode a. Its main electrode b is connected to the field winding 3 and its other main electrode c is connected to the negative terminal e. In addition, the voltage regulator contains an electromagnetic relay 9 serving to control the rectifier 4, the voltage coil 10 of which is connected to the terminals d and e. The switching contacts 11 of this relay are designed as working contacts and are therefore in their open position as long as the output voltage of the alternator remains below its setpoint at which the switching contacts 11 move into their closed position.

Wenn die Lichtmaschine 1 aus dem Stillstand heraus angetrieben wird, erregt sie sich infolge des in ihren Eisenteilen verbliebenen Restfeldes und ergibt bei ausreichenden Antriebsdrehzahlen zwischen ihren Klemmen d und e eine Spannung. Damit in diesem Fall der Halbleitergleichrichter4 stromleitend werden und über die Feldwicklung 3 einen wenn auch kleinen Erregerstrom führen kann, ist seine Steuerelektrode a über einen ersten Widerstand 7 mit der zur Klemme d führenden einen der beiden Ausgangsleitungen verbunden. In Reihe mit diesem Widerstand ist außerdem ein zweiter Widerstand 6 vorgesehen. Der über diese beiden Widerstände zur Steuerelektrode a und von dort zur Hauptelektrode c fließende Strom hält den Halbleitergleichrichter 4 so lange stromleitend, bis die Sollspannung erreicht wird und die Schaltkontakte 11 schließen. Damit dann der Halbleitergleichrichter4 in seinen Sperrzustand übergehen kann, ist zwischen der Hauptelektrode b und dem Verbindungspunkt f der beiden Widerstände 6 und 7 ein Kondensator 5 und ein mit diesem in Reihe geschalteter Begrenzungswiderstand 8 vorgesehen. Außerdem ist der Verbindungspunkt f mit demjenigen der beiden Kontakte 11 des Relais 9 verbunden, der nicht an die Minusklemme e angeschlossen ist.When the alternator 1 is driven from standstill, it excites itself as a result of the residual field remaining in its iron parts and results with sufficient drive speeds a voltage between their terminals d and e. So that in this case the semiconductor rectifier4 are conductive and via the Field winding 3 can carry an exciting current, albeit a small one, is its control electrode a via a first resistor 7 with one of the two leading to terminal d Output lines connected. In series with this resistor is also a second one Resistance 6 provided. The via these two resistors to the control electrode a and current flowing from there to the main electrode c holds the semiconductor rectifier 4 conductive until the target voltage is reached and the switching contacts 11 close. So that the semiconductor rectifier 4 then go into its blocking state can, is between the main electrode b and the connection point f of the two resistors 6 and 7, a capacitor 5 and a limiting resistor connected in series with it 8 provided. In addition, the connection point f is with that of the two contacts 11 of the relay 9 connected, which is not connected to the negative terminal e.

Solange bei dem vorher beschriebenen Regelungsvorgang der Halbleitergleichrichter 4 stromleitend ist, befindet sich seine Hauptelektrode b nahezu auf dem Potential der Minusklemme e. Der Kondensator 5 wird dann auf eine durch das Verhältnis der Widerstände 6 und 7 festgelegte Teilspannung U der Ausgangsspannung aufgeladen. Sobald die ansteigende Ausgangsspannung zwischen den Klemmen d und e den Sollwert erreicht, schließen die Arbeitskontakte 11 des Relais 9, so daß der Verbindungspunkt f das gleiche Potential wie die Klemme e bekommt. Infolge der auf dem Kondensator 5 sitzenden elektrischen Ladung erhält die Hauptelektrode b des Gleichrichters 4 ein gegenüber ihrer anderen Hauptelektrode c stark negatives Potential, so daß der Gleichrichter in seinen Sperrzustand übergeführt und daher der seither durch die Feldwicklung 3 fließende Strom J unterbrochen wird. Da gleichzeitig auch die Steuerstrecke des Gleichrichters 4 wegen des Kurzschlusses vom Verbindungspunkt f über die geschlossenen Schaltkontakte 11 stromlos wird, behält der Halbleitergleichrichter 4 seinen Sperrzustand bei, solange diese Kontakte geschlossen sind. Infolge der dann fehlenden Erregung sinkt die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen d und e ab. Bereits eine geringfügige Spannungserniedrigung genügt jedoch, daß die Spannungsspule 10 die Schaltkontakte 11 nicht mehr in ihrer Schließstellung halten kann und diese dann in die dargestellte Öffnungsstellung gehen, bei welcher über die mit der Plusklemme d verbundenen Widerstände 6 und 7 ein Steuerstrom fließen kann, welcher den Gleichrichter 4 erneut stromleitend macht. Bei ausreichend hoher Antriebsdrehzahl wiederholt sich dieses Reglerspiel in sehr kurzen Zeitabständen, so daß eine genaue Regelung der Ausgangsspannung der Lichtmaschine zustande kommt.As long as the semiconductor rectifier 4 is conductive in the control process described above, its main electrode b is almost at the potential of the negative terminal e. The capacitor 5 is then charged to a partial voltage U of the output voltage which is determined by the ratio of the resistors 6 and 7. As soon as the increasing output voltage between the terminals d and e reaches the setpoint, the working contacts 11 of the relay 9 close so that the connection point f has the same potential as the terminal e. As a result of the electrical charge on the capacitor 5, the main electrode b of the rectifier 4 receives a strongly negative potential compared to its other main electrode c, so that the rectifier is switched to its blocking state and the current J which has since been flowing through the field winding 3 is interrupted. Since at the same time the control path of the rectifier 4 is also de-energized because of the short circuit from the connection point f via the closed switching contacts 11, the semiconductor rectifier 4 maintains its blocking state as long as these contacts are closed. As a result of the lack of excitation, the voltage between output terminals d and e drops. Even a slight decrease in voltage is sufficient, however, that the voltage coil 10 can no longer hold the switching contacts 11 in their closed position and they then go into the illustrated open position, in which a control current can flow via the resistors 6 and 7 connected to the positive terminal d, which can cause the Rectifier 4 makes it conductive again. If the drive speed is high enough, this controller cycle is repeated at very short time intervals, so that the output voltage of the alternator is precisely regulated.

In der Zeichnung ist mit unterbrochenen Linien eine Halbleiterdiode 12 angedeutet, welche zur Feldwicklung 3 parallel geschaltet ist. Mit dieser Diode werden die beim Übergang des Gleichrichters 4 in seinen Sperrzustand entstehenden induktiven Spannungsspitzen an der Feldwicklung 3 weitgehend unterdrückt. Außerdem wird sichergestellt, daß für eine kurze Dauer nach dem Abschaltzeitpunkt ein induktiver Ausgleichsstrom über die Diode 12 fließen kann, welcher zur Folge hat, daß die Ausgangsspannung der Lichtmaschine nur eine geringe Welligkeit aufweist.In the drawing, there is a semiconductor diode with broken lines 12 indicated, which is connected in parallel to the field winding 3. With this diode are created when the rectifier 4 is switched to its blocking state inductive voltage peaks on the field winding 3 largely suppressed. aside from that it is ensured that for a short period after the switch-off time an inductive Compensating current can flow through the diode 12, which has the consequence that the output voltage the alternator has only a slight ripple.

An Stelle einer Gleichstromlichtmaschine 1 kann in passender Weise auch ein Wechselstromgenerator verwendet werden, dessen Wechselstromwicklungen über Gleichrichter mit den dann ebenfalls eine Gleichspannung führenden Ausgangsklemmen d und e verbunden sind und über diese Gleichrichter einen Gleichstrom für die Feldwicklung liefern, welche einseitig wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer der Ausgangsklemmen verbunden ist.Instead of a DC alternator 1 can suitably an alternator can also be used with its alternating current windings over Rectifier with the output terminals then also carrying a DC voltage d and e are connected and a direct current for the field winding via this rectifier deliver which unilaterally as in the illustrated embodiment with one of the Output terminals is connected.

Bei dem hier dargestellten praktischen Ausführungsbeispiel hat man als steuerbaren Gleichrichter 4 einen mit Steuerelektrode ausgerüsteten Silizium-Gleichrichter verwendet, dessen Nennwerte 100 V und 10 A betragen, und damit gute Ergebnisse erzielt. Da, wie oben bereits beschrieben, bei der erfindungsgemäßen Einrichtung das Regelverfahren eine vollkommene Ein-Aus-Regelung darstellt, sind dank dieser Regelung die in dem Spannungsregler auftretenden Leistungsverluste kleiner als bei irgendeinem anderen Regelverfahren. Demzufolge ist auch die Wärmeentwicklung nur ganz gering. Es ist deshalb nicht notwendig, wegen der Wärmeabstrahlung einen möglichst großen Kasten zur Aufnahme des Reglers vorzusehen. Der Regler kann vielmehr nur geringe Abmessungen haben und eignet sich daher besonders gut für auf Fahrzeugen zu betreibende Lichtmaschinen.In the practical embodiment shown here, one has as a controllable rectifier 4, a silicon rectifier equipped with a control electrode used, the nominal values of which are 100 V and 10 A, and thus achieves good results. Since, as already described above, the control method in the device according to the invention represents a perfect on-off regulation, thanks to this regulation are those in the Voltage regulator encountered power losses smaller than any other Control procedure. As a result, the heat development is only very low. It is therefore not necessary, because of the heat radiation, a box as large as possible to be provided to accommodate the controller. Rather, the controller can only have small dimensions and is therefore particularly suitable for alternators to be operated on vehicles.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Kapazität C des Kondensators so groß zu wählen, daß dessen Energieinhalt 1/2 - U2 C im Öffnungsaugenblick der Kontakte größer oder mindestens gleich groß wie die Energie 1/2LJ2 der Feldwicklung 3 ist. Hierbei bezeichnet U die Spannung am Kondensator 5, L die Induktivität der Feldwicklung und J den Wert des Erregerstromes unmittelbar vor dem Öffnungszeitpunkt.It has proven to be particularly advantageous to choose the capacitance C of the capacitor so large that its energy content 1/2 - U2 C is greater than or at least equal to the energy 1 / 2LJ2 of the field winding 3 when the contacts are opened. Here, U denotes the voltage on the capacitor 5, L the inductance of the field winding and J the value of the excitation current immediately before the opening time.

Claims

Claims: 1. Voltage regulator for one with strongly changing Drivable speeds and equipped with a field winding working in shunt Vehicle alternator which, together with the field winding, leads to the DC voltage Output terminals is connected and the one with one of his two main electrodes to one end of the field winding and to its other main electrode controllable semiconductor rectifier connected to an output line of the alternator and one the semiconductor rectifier in one of the respective level of the output voltage dependent sequence periodically from the conductive to the non-conductive state contains controlling switching device, which is via a rectifier with current conducting charging capacitor with the field winding and the main electrode connected to it of the rectifier is connected, characterized in that when using a known, equipped with a single pair of normally open contacts (11) and as a control device for the rectifier (4) serving an electromagnetic voltage relay (9) of the two switching contacts (11) of the relay (9) with one of the main electrodes connected output line, the other switch contact with the connection point (1) of a first, connected to the other output line Resistor (7) and a second on the control electrode (a) of the semiconductor rectifier (4) connected resistor (6) is connected and that between this connection point and the main electrode (b) connected to the field winding (3), the capacitor (5) is arranged.

2. Voltage regulator according to claim 1, characterized in that that a resistor (8) is connected in series with the capacitor (5).

3. Voltage regulator according to claim 1 or 2, characterized by such a dimensioning of the capacitor that its energy content U2 # C 2 when the contacts (11) are opened is greater than or at least equal to the magnetic energy 1 / 2L12 of the field winding. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1027 290; Swiss Patent No. 351321; French patents nos. 1247 361, 1300302.