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Transistorregler für mit stark wechselnden Drehzahlen. antreibbare
Generatoren, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
einen Transistorregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren,
insbesondere für Fahrzeuglichtmaschinen, der einen mit der Nebenschlußfeldwicklung
des Generators in Reihe geschalteten Leistungstransistor enthält, der mit seinem
Emitter über einen niederahmigen Widerstand an eine Ausgangsleitung des Generators
angeschlossen ist und der abwechslungsweise aus seinem voll stromleitenden in den
nichtleitenden Betriebszustand durch einen Steuertransistor gebracht wird, dessen
Emitter-Basis-Strecke an die zu regelnde Ausgangsspannung des Generators angeschlosten
ist.
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Bei derartigen Reglern wird der Leistungstransistor so angeschlossen,
daß er beim Anfahren der Lichtmaschine aus dem Stillstand heraus die Selbsterregung
der Lichtmaschine sicherstellt und so lange stromleitend bleibt, bis der einzuregelnde
Sollwert der Lichtmaschinenausgangsspannungerreicht wird. Durch den dann stromleitend
werdenden Steuertransistor wird der Leistungstransistor kurzzeitig gesperrt und
dann wieder stromleitend gemacht, wobei sich ein zeitlicher Mittelwert der Erregung
in der Lichtmaschine einstellt, durch den bei der jeweils vorherrschenden Drehzahl
die derLichtmaschine entnommene Leistung unter Einhaltung des Sollwertes gedeckt
werden kann. Wenn jedoch in der Lichtmaschine ein die Feldwicklung teilweise oder
sogar ganz erfassender Kurzschluß eintritt, bleibt der Leistungstransistor dauernd
stromleitend, ohne da.ß die Sollspannung erreicht wird. Infolge des Kurzschlusses
über der Feldwicklung liegt dann an der Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungsgleichrichters
nahezu die volle Ausgangsspannung der Lichtmaschine bzw. der zu dieser parallel
geschalteten Sammlerbatterie. Dies hat zur Folge, daß der Leistungstransistor stark
überlastet und zerstört wird.
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Der Erfindung la# die Aufgabe zugrunde, bei einem Regler der eingangs
beschriebenen Art eine Schutzanordnung zu schaffen, die in dem- geschilderten Fall
den Leistungstransistor in seinen Sperrzustand oder wenigstens einen solchen Betriebszustand
bringt, bei dem eine tlberlastung des Leistungstransistors vermieden wird. Diese
Aufgabe lä.ßt sich gemäß dem Vorschlag der Erfindung dadurch lösen, daß der an dem
Emitterwiderstand entstehende Spannungsabfall einem mindestens zwei in einer bistabilen
Kippschaltung miteinander verbundene Transistoren enthaltenden Verstärker zugeführt
wird, der auf den Steuerkreis des Leistungstransistors einwirkt.
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Zweckmäßigerweise wird der Spannungsabfall zuerst verstärkt und dann
mit einer vorzugsweise einstellbaren Teilspannung der mit der Lichtmaschine zusammenarbeitenden
Batterie verglichen. Wenn der hierbei entstehende Differenzbetrag einen festgelegten
Mindestwert überschreitet, wird der Multivibrator umgeschaltet. Damit man mit einer
möglichst kleinen Verstärkung auskommt, empfiehlt es sich, die am Multivibrator
entstehende Ausgangsspannung als zusätzliche Steuerspannung im Steuerkreis des dem
Leistungstransistor vorgeschalteten Steuertransistors zu verwenden.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung
sind an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Transistorreglers näher beschrieben
und erläutert. Es zeigt Fig. 1 in einem übersichtsbild eine Fahrzeuglichtmaschine
mit zugehörigem Regler und einer an die Lichtmaschine angeschlossenen Sammlerbatterie,
Fig. 2 das elektrische Schaltbild dieser Anlage.
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Die Lichtmaschine nach Fig. 1 enthält in ihrem Gehäuse 10 drei
feststehende Wechselstromwicklungen 11,12 und 13 (Fig, 2) sowie eine
Feldwicklung 15, die auf einer im Lichtmaschinengehäuse gelagerten Ankerwelle
16 sitzt und über eine Riemenscheibe 17 von einem nicht dargestellten
Kraftfahrzeugmotor gegenüber den Wechselstromwicklungen 11 bis
13 in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. Jede der Wechselstromwicklungen
ist über einen von drei Gleichrichtern 18 mit der gemeinsamen Plusleitung
19 über einen von drei weiteren Gleichrichtern 20
mit der gemeinsamen, an
Masse angeschlossenen Minusleitung 21 verbunden. Mit der Plusleitung
19
ist der Pluspol einer mit der Lichtmaschine zusammenarbeitenden Batterie
22 von 12 V verbunden. Der
Regler ist in einem auf der Lichtmaschine
10 sitzenden Gehäuse 23 untergebracht und enthält einen Leistungstransistor
30, der mit seinem Kollektor an ein Wicklungsende der andererseits mit Masse
verbundenen Feldwicklung 15 angeschlossen ist. Von der Plusleitung 19 zum Emitter
des Leistungstransistors führt ein Widerstand 31, während die Basis des Leistungstransistors
mit der Minusleitung 21 über einen Widerstand 32 verbunden ist. Über der. zu regelnden
Spannung zwischen der Plusleitung 19 und der Minusleitung 21 liegt ein einstellbares
Potentiometer 34. Zwischen dem Abgriff 35 des Potentiometers und der Basis eines
zweiten, zur Steuerung des Leistungstransistors dienenden Transistors 33 ist eine
als Sollwertgeber dienende Zenerdiode 36 vorgesehen, die in Sperrichtung beansprucht
ist und erst dann stromleitend wird, wenn die zwischen dem Abgriff 35 und der Plusleitung
19 wirksame Spannung den Durchbruchswert der Zenerdiode von etwa 8 V überschreitet.
Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine über den
einzuregelnden Sollwert von 14 V hinaus anzusteigen droht. Dann. macht der über
die Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors 33 fließende Strom der Zenerdiode
36 den Steuertransistor stromleitend. Der Kollektorstrom des Steuertransistors 33
ist über die Primärwicklung 37 eines Transformators 38 geführt, der zwei Sekundärwicklungen
39 und 40 hat. Der Verbindungspunkt P beider Sekundärwicklungen ist über einen Widerstand
42 an die Minusleitung 21 angeschlossen. Von den anderen beiden Enden
der Sekundärwicklungen führt je ein Gleichrichter43 und 44 zur Basis des
Leistungstransistors 30. Zwischen der Basis des Leistungstransistors
30 und dem Verbindungspunkt P liegt ein Kondensator 45 von etwa 10
J, zwischen der Plusleitung 19 und dem Verbindungspunkt P eine in dieser Richtung
stromdurchlässige Siliziumdiode 46, die zusammen mit dem Widerstand
42 einen Spannungsteiler bildet und das Potential des Verbindungspunktes
P auf einem um ungefähr 0,7 V unter dem Potential der Plusleitung 19 liegenden Wert
hält. An das mit dem Gleichrichter 43 verbundene Ende der Wicklung
39 ist der Emitter des Steuertransistors 33 angeschlossen.
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Sobald beim Erreichen des Sollwertes der Ausgangsspannung der Lichtmaschine
der Steuertransistor 33 stromleitend wird, erzeugt er in den Wicklungen
39 und 40 je eine positive und eine negative Spannungshalbwelle einer
selbsterregten Schwingung. Während dieser Spannungshalbwellen werden dem Kondensator
45 Ladestromstöße zugeführt, die eine die Basis des Leistungstransistors
ins Positive anhebende Spannung ergeben und diesen daher so lange sperren, bis die
während der Sperrschwingung zugeführte Ladung sich über die Widerstände 32 und 42
ausgeglichen hat. Der Steuertrandstor33 bleibt stromleitend und erzeugt so lange
die zur Sperrung des Leistungstransistors dienenden, selbsterregten Schwingungen,
bis wegen des gesperrten Leistungstransistors die Erregung der Lichtmaschine auf
einen Wert abgeklungen ist, bei dem die Ausgangsspannung ihren Sollwert unterschreitet
und der Transistor 33 in seinen Sperrzustand zurückkehrt. Dann kann der Leistungstransistor
erneut stromleitend werden und das beschriebene Reglerspiel von neuem beginnen.
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Zum Schutz des Leistungstransistors 30 gegen zu hohe Belastung,
die bei einem in. der Erregerwicklung 15 auftretenden Kurzschluß entstehen kann,
ist die in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien umrahmte Schutzanordnung 50 vorgesehen,
die zusammen mit dem oben beschriebenen Spannungsregler im Reglergehäuse 23 untergebracht
ist. Sie enthält einen Verstärkungstransistor 51 vom p-n-p-Typ und einen bistabilen
Multivibrator mit einem Haltetransistor 52 vom p-n-p-Typ und mit einem Schalttransistor
53 vom n-p-n-Typ. Die Basis des Transistors 51 ist mit dem in der Emitterzuleitung
des Leistungstransistors 30
liegenden Widerstand 31 verbunden. Ein im Kollektorstromkreis
dieses Transistors angeordneter Arbeitswiderstand 54 ist an den Abgriff 55 eines
Potemtiometers 56 angeschlossen, das zwischen der Minusleitung 21 und einer mit
der Plusleitung 19 verbundenen Hilfsleitung 57 angeordnet ist. Die Anordnung 50
enthält außerdem einen zweiten aus drei Widerständen 60, 61 und 62 bestehenden Spannungsteiler
über der zu regelnden Ausgangsspannung der Lichtmaschine. Die beiden Widerstände
61 und 62 sind durch einen Kondensator 63 von etwa 10 wF überbrückt. An dem Verbindungspunkt
der Widerstände 60 und 61 ist der n-p-n Transistor 53 mit seinem Emitter angeschlossen.
Die Basis dieses Transistors steht mit dem Kollektor des Transistors 51 über einen
Widerstand 64 und mit dem Kollekt&"i!'p,des p-n-p-Transistors 52 über einen
Wridierstand 65'`in Verbindung. Der Transistor 52 ist mit seinem Exnitter an den
Verbindungspunkt der beiden Widerstände 61 und 62 angeschlossen. Seine Basis steht
über einen Widerstand 66 mit dem Kollektor des p-n-p-Transistors 53 in Verbindung,
der außerdem über einen Widerstand 67 an den Abgriff 35 des Potentiometers 34 und
an einen von dort zur Plusleitung 19 führenden Kondensator 68 angeschlossen ist.
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Der Widerstand 31 im Emitterkreis des Leistungstransistors ist so
klein. gewählt, daß beim höchsten im ungestörten Betrieb der Lichtmaschine vorkommenden
Wert des durch den Leistungstransistor 30 fließenden Erregerstromes ein Spannungsabfall
von solcher Größe entsteht, daß der Transistor 51 nicht stromleitend werden und
die beiden Transistoren'52 und 53, die beim Einschalten der Lichtanlage wegen des
Kondensators 63 in ihrem Sperrzustand verbleiben bzw. in diesen zurückkehren, nicht
stromleitend machen kann. Wenn der Transistor 51 aus Germanium besteht, soll der
Widerstand im ungestörten Betrieb daher nur etwa 0,3 V Spannungsabfall liefom. Er
darf daher bei einem Höchstwert des Erregerstromes von 6 A nicht grö&r als 0,05
Ohm gewählt werden. Sobald jedoch in der Feldwicklung 15 ein - wenn auch nur kurzzeitiger
- Kurzschluß auftritt, steigt der über den Leistungstransistor @30 fließende Strom
stark an. Schon wenn. dieser .den 1;5fachen Weit der höchsten Erregerstromstärke
erreicht, bringt der Spannungsabfall am Widerstand 31 den Transistor 51 in stromleitenden
Zustand. Sein über den Widerstand 54 fließender Kollektorstrom macht den
seither gesperrten Transistor53 und dieser seinerseits den Transistor 52 stromleitend.
Da der Kollektorstrom des Transistors 52 über den in der Basiszuleitung des Transistors
53 liegenden Widerstand 65 geführt ist und daher das Basispotential des n-p-n-Transistors
53 positiver macht, gelangt dieser in stark stromleitenden Zustand. Seine stromleitende
Emitter-Kollektor-Strecke bildet dann zusammen mit dem Widerstand 67 einen Parallelstromkreis
zu dem zwischen der Zenerdiode 36 und der Minusleitung 21 liegenden Teil des Potentiometers
34 und macht die
Zenerdiode und auch den Steuertransistor
33 stromleitend. Dieser löst dann die sonst nur beim Erreichen des Sollwertes auftretenden
selbsterregten Schwingungen aus, die den Leistungstransistor sperren, wie dies oben
bei der Erläuterung des ungestörten Reglerbetriebes beschrieben ist. Im Gegensatz
zu dem bei ungestörtem Betrieb auftretenden periodischen Wechsel zwischen stromleitendem
und gesperrtem Zustand des Leistungstransistors 30 bleibt dieser für die Dauer des
Kurzschlusses gesperrt, bis die Lichtmaschine samt dem Regler von der Batterie abgeschaltet
wird. Wenn auch bei der erneuten Anschaltung der Kurzschluß noch vorhanden ist,
gelangt der Schalttransistor 53 in seinen leitenden Zustand und sperrt den Leistungstransistor
30 über den Steuertransistor 33 und die von diesem erzeugten selbsterregten Schwingungen.