DE2540777A1

DE2540777A1 - Spannungsregler fuer einen permanentmagnet-wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE2540777A1
Application number: DE19752540777
Authority: DE
Inventors: Jun Howard E Van Siclen
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2287063A1; IT1043095B; JPS5159366A; CA1032219A; FR2287063B1

Description

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D-8023 Munchen-Pulla^h. Wi-ner SI. 2. Tel (X9) 7 9C 30 71, Telex 52I2K7 bros d Cables. -Patentibus- München

25A0777

Diplom Ingenieure

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Yourref ?269-A _DaTe 11. Sept. 1975

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan, 43075, USA

Spannungsregler für einen Permanentmagnet-vVechselstromgenerator

Die Erfindung betrifft Spannungsregler, die insbesondere für selbstbewegende Plugzeuge geeignet sind, und speziell einen Spannungsregler für die Verwendung in Verbindung mit einem Perraanentmagnetfeld-V/echselstromgenerator für die Versorgung mit Gleichstrom nach der Gleichrichtung.

PeruanentrnagnetfiiI/lgeneratoren sind äußerst zuverlässig und wartungsfrei, -.-.?■ ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei derartiger Generatoren, wenn s .e i.ri t .·-,?-,: r.ohwankenden Singangsge^ci'nVi.a -i ir;e ■-. ten an.^eti-Lebe·· werden u:-\d vif.rv.i Sie at'jLi-'i verr.n'leii .he^r\ ¹Oe Last ^ i_; ^Te:\ ausgesetzt werden. Da .x^r- A¹IStJ-IiI^i'-c ■'->■ -W.iß ιη:ΐ»'^··Λό?.ΙΌ -.'e :.^:οι· Grenzen schwa i:t,

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kann ein für 12 Volt oder 24 Volt Nennausgangespannung ausgelegter Generator, wenn er auf einer hohen Drehzahl läuft und mit kleiner Belastung behaftet ist, eine Ausgangsspannung über 200 Volt abgeben. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung muß geregelt werden, um eine Zerstörung der Einrichtung zu verhindern, die an den Ausgang des Generators angeschlossen ist. Lampen und transistorisierte Einrichtungen sind besonders empfindlich auf höhere Spannungen als die Nennausgangsspannungen.

Es ist Ziel der Erfindung, einen Spannungsregler zu schaffen, der insbesondere in Verbindung mit einem Permanentmagnetfeld-Wechselstromgenerator verwendet werden kann und der einfach und zuverlässig ist und der keinerlei kostspielige Komponenten erfordert .

Die Erfindung schafft einen Spannungsregler für die Verwendung bei einem Permanentmagnet-Wechselstromgenerator, der an ein Gleichrichtersystem angeschlossen ist, welches eine Gleichspannung an Stromversorgungsschienen abgibt, wobei Transistoren vorgesehen sind, die an die Stromversorgungsschienen angeschlossen sind, um den Ausgang des Gleichrichtersystems kurzzuschließen, und wobei Mittel an die Transistoren angeschlossen sind und die Ausgangs spannung an den Stromversorgungsschienen abtasten und ein Steuersignal erzeugen, und zwar für die Transistoren, wenn die Ausgangsspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, um die Transistoren einzuschalten und um den Ausgang des Gleichrichtersystems kurzzuschließen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen schematischen Stromlaufplan eines Spannungsreglers mit den Merkmalen nach der Erfindung zeigt.

Der Spannungsregler 4 mit den Merkmalen nach der Erfindung wird zum Regeln der Spannung eines Dreiphasenpermanentmagnetfeld-Wechselstromgenerators 1 verwendet, dessen Ausgangsgröße durch

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einen Gleichrichter 3 zum Vorsehen einer Gleichspannung für eine Last 5 gleichgerichtet wird, die an die Versorgungsleitungen 7 u«ri 9 angeschlossen ist.

Der Gleichrichter 3 enthält einerseits Dioden 11, 13 und 15, die zwischen drei Ausgangsphasenleitern 17, 19 und 21 des Generators und der Leitung 7 geschaltet sind, und andererseits Dioden 2 3, 25 und 27, die zwischen diese drei Phasenausgangsleitungen und die Leitung 7 geschaltet sind. Eine Kapazität 29 ist an die Generatorausgangsleitungen 17, 19 angeschlossen, weiter ist eine Kapazität 31 an die Ausgangsleitungen 19 und 21 des Generators angeschlossen, eine Kapazität 33 ist an die Ausgangsleitungen 17 und 21 angeschlossen und diese dienen als Um— gehungskapazitäten für Hochfrequenz. Eine Kapazität 35 ist an die Leitungen 7 und 9 zu dem gleichen Zweck angeschlossen. Eine Lastkapazität 37 und ein Widerstand 39 sind parallel an die Versorgungsleitungen 7 und 9 angeschlossen, und weiter ist eine Diode 41 in der Leitung 7 in Reihe mit der Last 5 geschaltet.

Der Regler 4 tastet die Spannung an den Versorgungsleitungen 7 und 9 mit Hilfe eines Schmidt-Triggers ab, der aus einem Paar von Transistoren 51 und 65 und einem Spannungsteiler mit einem Widerstand 43» einem Sensistor 45 und einem Widerstand 47 besteht, die in Reihe zwischen die Leitungen 7 und 9 geschaltet sind. Der Sensistor 45 kompensiert TemperatürSchwankungen und besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten, so daß bei zunehmender Temperatur die Spannung am Verbindungspunkt des Sensist ors 45 und des Widerstandes 47 abnimmt, wobei diese Verbindungsstelle als Spannungsregelungspunkt 49 verwendet wird. Die Basis 53 des Transistors 51 ist mit dem Regulierpunkt 49 verbunden, und der Kollektor 55 ist über einen Widerstand 57 mit der Leitung 7 und über eine Kapazität 59 mit der Leitung 9 verbunden. Der Emitter 61 des Transistors 51 ist über einen Widerstand 63 mit der Leitung 9 verbunden. Die Basis 67 des Transistors 65 ist über einen Widerstand 69 mit dem Kollektor 55 des Transistors 51 verbunden. Der Emitter 71 des Transistors 65 ist mit dem Emitter 61 des Transistors 51 und der Kollektor 73 des

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Transistors 6^! j Bt übor einen «'/i.-i erst and 75 mit der Leitung 7 verblinden. Ein Darlington-Transistorpaar 76 enthält Transistoren 77 und 7y. Die Basis 31 des Transistors 77 ist mit dem Kollektor 73 des Transistors 65> der Kollektor 33 des Transistors 79 ist mit dem Kollektor 34 des Transistors 77 und der Last 7, und der Emitter 85 des Transistors 79 mit der Leitung verbunden.

Im Betrieb wird die Gleichspannung durch den Schmidt-Trigger reguliert, welcher die Spannung am Punkt 49 abtastet, und wenn eine Überspannung auftritt, wird das Darlington-Tranaistorpaar 76 in den leitenden Zustand gebracht und schließt den Ausgang des Gleichrichtersystems kurz, bis die Last die Kapazität 37 auf den Regelwert entlädt. Die Diode 41 verhindert Kurzschlüsse über der Last, wenn das Darlington-Transistorpaar 76 leitend ist. Während des normalen Betriebes, wenn sich die Spannung an der Last 5 auf einem gewünschten Wert befindet, ist der Transistor 51 ausgeschaltet, und der Transistor 65 ist leitend, und das Darlington-Transistorpaar 76 ist nichtleitend.

Wenn eine übermäßige Spannung auftritt, so nimmt die Spannung an der Kapazität 37 und am Regulierpunkt 49 zu, bis der Transistor 51 eingeschaltet wird, wodurch der Transistor 65 ausgeschaltet wird, und dae Darlington-Transistorpaar 76 eingeschaltet wird. Hierdurch wird der Ausgang des Gleichrichtersystems kurzgeschlossen, bis die Last die Kapazität 37 auf dan geregelten Wert entlädt, woraufhin der Transistor 51 eingeschaltet wird, der Transistor 65 leitet, und das Darlington-Transistorpaar 76, wie beschrieben wurde, ausgeschaltet wird. Da der Generator Kurzschlußstrom-begrenzt ist, kann er, obwohl der Generator eine Ausgangsgröße von 700 Watt erzeugen kann, durch eine Schaltung von nur 20 Watt gesteuert werden.

Der Regler erzeugt eine Ausgangsgröße, die einen sehr geringen Welligkeitsgehalt aufweist, der in erster Linie durch den Wert des Widerstandes 63 gesteuert wird. Wenn sich der Wert des Widerstandes 63 dem Wert null nähert, so schwingt die Schaltung

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in einem Versuch, lie '.Velligkeit auf null zu reduzieren. Der Widerstand 63 sollte bevorzugt ";,, ] Ohm aufweisen, welches zu einem 7/elligkeitsgehalt von ca. 1,5 Volt Spitze zu Hpitze führt, was innerhalb annehmbarer Grenzen liegt.

Die Spannung, bei welcher die Schaltung regelt, hängt von der Spannung am Regelpunkt 49 ab, die der Basis 53 des Transistors 51 zugeführt wird. Die zum Einschalten des Transistors erforderliche Spannung nimmt jedoch mit zunehmender Temperatur ab, wodurch eine Abnahme der Ausgangsspannung hervorgerufen wird. Der Sensistor 45 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten wird dazu verwendet, dieser Änderung durch Verminderung der Spannung am Regulierpunkt 49 bei zunehmender Temperatur entgegenzuwirken. Hierdurch wird der Einfluß der Temperatur auf die geregelte Ausgangsspannung kompensiert.

Bei der vorliegenden Anordnung beträgt der tatsächliche von dem Darlington-Transistorpaar 76 aufgenommene Strom ca. 10 Ampere. Die Schaltung ist jedoch dazu imstande, höhere Ströme zu steuern, und zwar unter Verwendung von zwei oder mehreren Darlington-Transistorpaaren parallel an den Leitungen 7 und Wie bereits erläutert wurde, überbrücken die Kapazitäten 29, 31, 33 und 35 Hochfrequenzen und in einigen Fällen können sie auch weggelassen werden. Ein nach der vorliegenden Erfindung konstruierter Spannungsregler ist einfach aufgebaut und zuverlässig und benötigt auch keinerlei teure Komponenten und ist insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit einem Permanentraagnetfeldgenerator geeignet.

Die Erfindung schafft somit einen Spannungsregler für einen VVechselstrompermanentmagnetgenerator mit einem Darlington-Transistorpaar, welches an den Ausgang des Generators angeschlossen ist, um eine Überspannung zu shunten, mit einem Schmidt-Trigger, um die Spannung zu erfassen und um das Darlington-Transistorpaar zu steuern.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung

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veranschaulichten Kinzp.lheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Fatentans prüche

1. ;Spann\ ngsregler für einen Permanentmagnet—Wechselstromgene- -— ^y rator, der an ein Gleichrichtersystein angeschlossen ist, welches eine Gleichspannung an Stromversorgungsschienen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler Transistoren (76) enthält, die an die Stromversorgungsschienen (7» 9) für ein Kurzschließen des Ausgangs des Gleichrichtersystems (3) angeschlossen sind, daß weiter Mittel (43» 45» 47» 51» 65) vorgesehen sind und mit den Transistoren (76) verbunden sind, welche die Ausgangsspan— nung an den Stromversorgungsschienen (7» 9) erfassen und ein Steuersignal für die Transistoren (76) vorsehen, wenn die Ausgangsspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, um die Transistoren (76) für das Kurzschließen des Ausgangs des Gleichrichtersystems (3) einzuschalten bzw. leitend zu machen.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (76) wenigstens aus einem Darlington-Tran— sistorpaar (76) bestehen, welches an die Stromversorgungsschienen (7» 9) angeschlossen ist.

3. Spannungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abtastung der Ausgangsspannung und zum Vorsehen des Steuersignals (43» 45, 47, 51, 65) einen Schmidt-Trigger (51, 65) enthalten, um das Darlington-Transistorpaar (76) in den leitenden Zustand zu schalten, wenn die Ausgangsspannung den vorbestimmten Wert überschreitet.

4. Spannungsregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abtasten der Ausgangsspannung und zum Vorsehen des Steuersignals (43» 45, 47» 51, 65) einen Spannungsteiler (43, 45, 47) mit einer Temperaturkompensationsvorrichtung (45) enthalten, der an die Stromversorgungsschienen (7, 9) und an den Schmidt-Trigger (51, 65) angeschlossen ist.

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5. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lastkapazität (37) an die Stroraversorgungsschie- nen (7_f 9) angeschlossen ist und durch die gleichgerichtete Ausgangsgröße des Generators (1) aufgeladen ist.

6. Spannungsregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Last (5) an die Stromversorgungsschienen (7, 9) ange schlossen ist und die Kapazität (37) auf einen vorbestimmten geregelten Spannungswert entlädt, wenn die Transistoren (76) den Ausgang des Gleichrichtersystems (3) kurzschließen.

7. Spannungsregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (41) vorgesehen ist und in Reihe an die Last (5) angeschlossen ist, um über der Last (5) Kurzschlüsse zu verhindern, wenn die Transistoren (76) den Ausgang des Gleichrichtersystems (3) kurzschließen.

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