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Lichtanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Sammlerbatterie und einer über Gleichrichter an die Sammlerbatterie angeschlossenen, selbsterregenden Drehstromlichtmaschine, deren Erregerwicklung mit einem ihrer Wicklungsenden über einen Spannungsregler an eine der Gleichstrom führenden Verbindungsleitungen von den Gleichrichtern zu der Batterie angeschlossen ist.
Bei bekannten Lichtanlagen dieser Art sind in wenigstens einer der Verbindungsleitungen zwischen den Gleichrichtern und der Sammlerbatterie Vorrichtungen erforderlich, die bei stillstehender oder ungenügend erregter Lichtmaschine eine Entladung der Batterie über die Erregerwicklung verhindern, jedoch selbsttätig einen Stromfluss von der Lichtmaschine zur Batterie zulassen, wenn die an den Gleichrichtern entstehende Ausgangsspannung der Lichtmaschine grösser als die mit dem jeweiligen Ladungszustand der Batterie schwankende Betriebsspannung wird.
Eine solche Entladung der Batterie über die Erregerwicklung ist deswegen leicht möglich, weil die zur Steuerung des über die Erregerwicklung fliessenden Erregerstromes erforderlichen, finit der Erregerwicklung in Reihe geschalteten Regeleinrichtungen bei stillstehender oder ungenügend erregter Lichtmaschine einen Stromfluss über die Erregerwicklung gewährleisten müssen, damit sich die Lichtmaschine aus dem Stillstand heraus selbsttätig erregen kann, ohne dass hierfür besondere Schaltmassnahmen getroffen werden müssen. Bei den bekannten Anlagen ist die Erregerwicklung zwischen den zur Batterie führenden Verbindungsleitungen in Reihe mit der Regeleinrichtung angeordnet.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung zu treffen, bei der ein besonderer Rückstromschalter entbehrlich ist. Diese Aufgabe ist unter Verwendung der zwischen der Lichtmaschine und der Batterie erforderlichen Gleichrichter zur Verhinderung eines Rückstromes aus der Batterie bei einer Lichtanlage der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei der gemäss der Erfindung das andere Ende der Erregerwicklung an den Sternpunkt der in Stern geschalteten Wechselstromwicklungen der Drehstromlichtmaschine angeschlossen ist.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Lichtanlage in ihrem elektrischen Schaltbild dargestellt. Die Lichtanlage enthält einen Drehstromgenerator 10 mit drei im Ständer des Generators untergebrachten, in Sternschaltung verbundenen Wicklungen 11, 12 und 13 und einer auf dem umlaufenden Anker sitzenden Erregerwicklung 14 sowie eine 110-V-Batterie 15, deren Minuspol über eine Leitung 16 und deren Pluspol über eine Leitung 18 mit einer Gleichrichteranord- nung 20 verbunden ist, die aus sechs einzelnen Einweggleichrichtern 21 besteht.
Bei vier der sechs Gleichrichter 21, die paarweise hintereinandergeschaltet zwischen der Minusleitung 16 und der Plusleitung 18 liegen, sind die Verbindungspunkte jeweils eines Gleichrichterpaares an eine der Wechselstromwicklungen 11 und 12 des Generators 10 angeschlossen. Zwischen dem Verbindungspunkt des dritten Gleichrichterpaares und der Generatorwicklung 13 ist die Primärwicklung 23 eines Stromtransformators eingeschaltet.
Die Erregerwicklung 14 des Generators ist nicht in der sonst üblichen Weise zwischen der Minusleitung 16 und der Plusleitung 18, sondern zwischen dem Sternpunkt S der Drehstromwicklungen 11, 12 und 13 angeschlossen. Sie liegt in Reihe mit der Emitter-Kollektor- strecke eines für hohe Stromstärken bemessenen Leistungstransistors 40, der zu einer im folgenden näher beschriebenen Regeleinrichtung gehört und dazu bestimmt ist, den beim Betrieb der Lichtmaschine über die Erregerwicklung 14 fliessenden Erregerstrom JE
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jeweils kurzzeitig und periodisch zwischen einem hohen Wert und einem sehr kleinen, praktisch bei Null liegenden Wert so zu ändern,
dass der sich hierbei einstellende zeitliche Mittelwert der Lichtmaschinenerregung eine konstant bleibende Ausgangsspannung der Lichtmaschine zwischen den Leitungen 16 und 18 sicherstellt.
Beim jeweiligen Sperrvorgang des Leistungstransistors 40 entsteht infolge der grossen Induktivität der Erregerwicklung 14 am Kollektor des Leistungstransistors eine hohe Spannungsspitze, durch die der Leistungstransistor gefährdet werden kann. Diese Spannungsspitzen sind jedoch durch den Anschluss der Erregerwicklung an den Sternpunkt S stark herabgesetzt gegenüber den üblichen Schaltungen, bei denen die Erregerwicklung an die Minusleitung der Lichtanlage angeschlossen ist und daher an der vollen Lichtmaschi- nen-Ausgangsspannung liegt, solange der mit ihr in Reihe geschaltete Leistungstransistor stromleitend ist.
Zur Steuerung des Leistungstransistors 40 enthält die Regeleinrichtung einen in Sperrschwingschaltung betriebenen Steuertransistor 41, einen zwischen dem Leistungstransistor und dem Steuertransistor angeordneten Transformator 42, eine in Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode 43 sowie einen in seiner Durchlassrichtung betriebenen, nichtlinearen Stromleiter 44, der im Durchlassbereich bei einer angelegten Spannung von etwa 0,3 Volt einen scharfen Knick in seiner Stromspannungs-Kennlinie aufweist. Dieser Stromleiter ist mit einer seiner beiden Elektroden an die Plusleitung 28 angeschlossen. Diese steht über einen beim Betrieb der Lichtanlage zu schliessenden Handschalter 29 mit der Plusklemme der Batterie 15 in Verbindung.
Mit seiner anderen Elektrode ist der Stromleiter 44 an den Verbindungspunkt P der mit 45 und 46 bezeichneten beiden Sekundärwicklungen des Transformators 42 angeschlossen. Von dort führt ein Widerstand 82 zur Minusleitung 26. Die Wicklung 45 weist nur 20 Windungen auf und ist mit ihrem freien Ende sowohl an einen Germaniumgleichrichter 48, der zur Basis des Leistungstransistors 40 führt, als auch mit dem Emitter E des Steuertransistors 41 verbunden. Die auf dem gleichen, bei 49 angedeuteten Eisenkern des Transformators 42 sitzende Primärwicklung 50 weist ebenso wie die Sekundärwicklung 46 150 Windungen auf. Sie liegt mit ihrem einen Ende am Kollektor K des Steuertransistors 41 und mit ihrem anderen Wicklungsende an der mit der Minusklemme der Batterie 15 verbundenen Minusleitung 26.
Das freie Wicklungsende der Sekundärwicklung 46 ist über einen Gleichrichter 52 ebenfalls an die Basis B des Leistungstransistors 40 geführt. Die Basis dieses Transistors liegt ausserdem über einen Widerstand 55 an der Minusleitung 26.
Von der Basis des Leistungstransistors 40 zweigt ferner eine Verbindungsleitung 56 zu einer im folgenden näher beschriebenen Stromregeleinrichtung ab, zu welcher der mit seiner Primärwicklung 23 an die dritte Wicklung 13 der Lichtmaschine angeschlossene Stromtransformator gehört. Dieser trägt auf einem bei 24 angedeuteten Eisenkern eine Sekundärwicklung mit zwei Wicklungshälften 25 und 26. Von den Wicklungsenden der Sekundärwicklungen führen zwei in der angedeuteten Richtung stromdurchlässige Gleichrichter 30 und 31 zum Pluspol eines Elektrolytkondensators 32, dessen Minuspol mit dem Mittelabgriff zwischen den Wicklungshälften 25 und 26 verbunden ist.
Die am Kondensator 32 entstehende Spannung Ue ist annähernd proportional zum Belastungsstrom Jz, der vom Generator 10 zu der Batterie 15 fliesst, sobald die Spannung Ug zwischen den Leitungen 16 und 18 grösser wird als die dem jeweiligen Ladezustand entsprechende Spannung der Batterie 15.
An den Minuspol des Kondensators 32 ist die Ableitungselektrode einer Germaniumdiode 60 angeschlossen, die mit ihrer Zuleitungselektrode an dem verstellbaren Abgriff 61 eines Potentiometers 62 liegt. Das eine der beiden Enden des Potentiometers 62 ist über einen Widerstand 63 von etwa 50 Ohm mit der Plusleitung 28 verbunden, während das andere Ende über einen Widerstand 64 von etwa 300 Ohm an die Minusleitung 26 angeschlossen ist. Die zwischen dem Schleifer 61 und der Plusleitung 28 wirksame Spannung ist in der Zeichnung mit U5 angedeutet. An dieser Spannung liegt ein Kondensator 65 von etwa 1 It F und die bereits erwähnte Zenerdiode 43, die zur Basis B des Steuertransistors 41 führt.
Die Basis dieses Transistors liegt über einen Widerstand 66 von etwa 100 Ohm an der Plusleitung 18.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage ist folgende: Obwohl bei stillstehender oder ungenügend erregter Lichtmaschine die Batterie 15 über die Erregerwicklung 14 auch dann keinen Strom zu liefern vermag, wenn der Schalter 28 eingelegt ist, weil in diesem Fall die Gleichrichter 21 dem Strom den Zugang zum Sternpunkt S sperren, vermag sich die Lichtmaschine trotzdem aus dem Stillstand heraus zu erregen, weil bereits bei niedrigen Drehzahlen durch das in den Eisenteilen des Generators verbliebene Restmagnetfeld in den Wicklungen 11, 12 und 13 eine, wenn auch kleine Spannung induziert wird.
Da der Leistungstransistor 40 über den Widerstand 55 mit seiner Basis an der Minusklemme der Batterie 15 liegt, während sein Emitter über die Plusleitung 28 an den Pluspol der Batterie angeschlossen ist, vermögen schon kleine in den Wicklungen des Generators induzierte Spannungen einen Erregerstrom Je zu erzeugen, der das Magnetfeld im Generator verstärkt, so dass die induzierten Spannungen rasch anwachsen.
Bei diesem Selbsterregungsvorgang fliesst während jeder positiven, in den Wechselstromwick- lungen 11 bis 13 induzierten Spannungshalbwelle ein den Erregerstrom Je ergebender Teilstrom über die von den Wicklungsenden der Wechselstromwicklungen zur Leitung 18 führenden Gleichrichter 21 und von dort über den Schalter 29, die Plusleitung 28 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 40 zur Erregerwicklung 14.
Sobald sich die Lichtmaschine so weit erregt hat, dass die von ihr gelieferte Gleichspannung zwischen den Leitungen 16 und 18 einen Wert von etwa 120 V
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erreicht und deshalb einen zur Batterie fliessenden Ladestrom J,. zu liefern vermag, der den mittleren Entladestrom der Batterie deckt, erreicht die an der Zenerdiode 43 wirksame Spannung US den Wert der Durchbruchsspannung der Zenerdiode und macht diese stromleitend.
Der dann über den Steuertransistor 41 einsetzende Emitter-Basis-Strom macht den Steuertransistor so stark stromleitend, dass er eine selbsterregte Schwingung erzeugt, durch die der Kondensator 80 über die Gleichrichter 48 und 52 an seiner mit der Basis des Leistungstransistors 40 verbundenen Elektrode positiv aufgeladen wird. Das an der Basis des Leistungstransistors sich einstellende positive, einen Wert von etwa 5 V gegenüber dem Emitter erreichende Potential bewirkt, dass der seither über die Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors 40 gehende Steuerstrom nicht mehr aufrechterhalten werden kann, weil der Leistungstransistor vom p-n-p-Typ ist und daher nur bei einem gegenüber der Basis positiven Emitterpotential Strom führen kann.
Durch die vom Steuertransistor 41 erzeugten Schwingungen wird daher der Leistungstransistor 40 plötzlich gesperrt und unterbricht den seither flie- ssenden Erregerstrom Je, so dass die Erregung der Lichtmaschine abfällt und demzufolge auch in den Wechselstromwicklungen 11 bis 13 induzierten Spannungen kleiner werden. Sobald die von der Lichtmaschine gelieferte Gleichspannung zwischen den Leitungen 16 und 18 jedoch geringfügig absinkt, wird auch die an der Zenerdiode wirksame Spannung US kleiner und kann die Zenerdiode nicht mehr in stromleitendem Zustand halten.
Die Folge hiervon ist, dass der Steuertransistor 41 gesperrt wird und die von ihm erzeugten Sperrschwingungen abreissen, so dass der Leistungstransistor 40 wieder in seinen stromleitenden Zustand zurückkehren und das beschriebene Spiel von neuem beginnen kann.
Der besondere Vorteil, der sich bei der beschriebenen Anlage durch den Anschluss der Erregerwicklung an den Sternpunkt S der Wechselstromwicklungen 11 bis 13 ergibt, liegt darin, dass bei dieser Schaltung die zwischen den Wicklungsenden der Wechselstromwick- lungen 11 bis 13 und der zur positiven Batterieklemme führenden drei der sechs Gleichrichter 21 nur in dieser Richtung stromdurchlässig sind und daher in der umgekehrten Stromrichtung eine Entladung der Batterie über die Erregerwicklung nicht zulassen.
Über diesen Vorteil hinaus, der nicht nur bei mit Transistoren bestückten Spannungsreglern, sondern auch bei elektromagnetischen Kontaktreglern eintritt, hat diese Massnahme bei Transistorreglern den weiteren grossen Vorteil, dass die Erregerwicklung nur an einem Teil der Ausgangsspannung der Lichtmaschine liegt und daher beim Sperren oder Unterbrechen des Erregerstromes wesentlich niedrigere Spannungsspitzen an der mit der Erregerwicklung verbundenen Kollektorelektrode des den Erregerstrom steuernden Transistors entstehen.
Man kann deshalb in Verbindung mit an den Sternpunkt angeschlossener Erregerwicklung Leistungstransistoren verwenden, deren zulässige Kollektor- spannung wesentlich kleiner sein kann als bei den seither üblichen Schaltungen, bei denen die Reihenschaltung aus Erregerwicklung und Leistungstransistor zwischen den Verbindungsleitungen von den Gleichrichtern zur Batterie liegt.