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Stromversorgungsanlage mit einem Drehstromgenerator und nachgeschalteten
Gleichrichtern Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage mit einem Drehstromgenerator
und nachgeschalteten Gleichrichtern zur Versorgung von Gleichstromverbrauchein,
wie sie insbesondere auf Fahrzeugen gebraucht wird. Ein mit wechselnden Drehzahlen,
beispielsweise von der Fahrzeugachse, angetriebener Drehstromgenerator versorgt
über nachgeschaltete Gleichrichter die angeschlossenen Verbraucher. Stromversorgungsanlagen
dieser Art zur Speisung von Gleichstromverbrauchern sind in den meisten Fällen-
mit einer Sammlerbatterie ausgerüstet, welche zur Pufferung dient und als Reservespannungsquelle,
falls die abgegebene Spannung des Generators bei Unterschreitung bestimmter Drehzahlen
zur Speisung der Verbraucher nicht mehr ausreicht.
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In Stromversorgungsanlagen für Fahrzeuge ist es üblich, einen Spannungsregler
zur Regelung der abgegebenen Spannung auf die Höhe der erforderlichen Ladespannung
der Batterie anzuordnen. Diese Ladespannung liegt im allgemeinen höher als die für
die Speisung der angeschlossenen Verbraucher erforderliche Spannung. Man ordnet
deshalb oft einen zweiten Regler an, der die Spannung im Netz der angeschlossenen
Verbraucher konstant hält. Diese Verbraucher sind in den weitaus meisten Fällen
die Lampen der Fahrzeugbeleuchtung; jedoch können auch zusätzlich andere Verbraucher
angeschlossen sein.
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Es ist bekannt, den zweiten Regler für die Konstanthaltung der Netzspannung
dadurch einzusparen, daß vor dem gesamten Verbrauchernetz ein Widerstand liegt,
dessen Spannungsabfall möglichst genau der Differenz zwischen Batterieladespannung
und der erforderlichen Netzspannung entsprechen sollte. Jedoch ist dieser Spannungsabfall
nicht konstant, sondern abhängig von der Größe des durchfließenden Stromes, d. h.
von der jeweils eingeschalteten Belastung. Auf diese Weise sind Helligkeitsschwankungen
der angeschlossenen Lampen nicht vermeidbar.
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Es ist bekannt, für - diesen Vorwiderstand einen nichtlinearen Widerstand,
wie einen Silizium-Gleichrichter od. ä., zu verwenden. Bei geeigneter Wahl eines
derartigen Widerstandes kann unabhängig vom durchfließenden Strom für einen großen
Strombereich der Spannungsabfall konstant sein. Diese Widerstände müssen jedoch
für die Gesamtleistung bemessen sein und verursachen auch einen erheblichen Leistungsverlust.
Die Erfindung zeigt einen Weg, wie man mit nur einem einzigen Regler auskommen kann
und die geschilderten Nachteile vermeidet.
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Weitere bekannte Schaltanordnungen, die z. B. eine Parallelschaltung
von Quecksilber-Dampfgleichrichtern mit gemeinsamer Speisung auf eine Sammelschiene,
die Konstanthaltung eines Gleichstromes in Verbraucherkreisen unter anderem durch
Drosselspulen oder auch eine spezielle Regelung von Gleichrichtern, und zwar durch
Regelung auf eine von einem Hilfsgleichrichter erzeugte Spannung, betreffen, vermögen
keine Hinweise zur Vermeidung der aufgezeigten Nachteile zu geben. Dies trifft auch
für eine bekannte Ladevorrichtung zu, die aus zwei Ladekreisen besteht, von denen
der eine als Dauerladung mit einem relativ kleinen Strom arbeitet und in diesen
Stromkreis ein Relais eingeschaltet ist, welches bei Ansteigen des Ladestromes den
zweiten Ladekreis zuschaltet, bis die Batterie wieder ihre höchstzulässige Spannung
erreicht hat. Auch ein bekanntes Ladegerät, bei welchem zunächst zwei Ladestufen
über einen Haupt- und einen Steuergleichrichter auf eine Batterie arbeiten und der
Steuergleichrichter neben dem Hauptgleichrichter die Batterie speist, ist zur Lösung
der Erfindungsaufgabe ungeeignet, die darin besteht, einen Weg aufzuzeigen, wie
man in einer Stromversorgungsanlage der eingangs genannten Art mit nur einem einzigen
Regler unter Vermeidung der geschilderten Nachteile auskommen kann.
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Die Stromversorgungsanlage nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch
zumindest zwei Gleichstromverbraucherkreise, die über getrennte Gleichrichter versorgt
werden, und durch einen Regler zur Regelung der Generatorspannung in der Weise,
daß die Gleichspannung hinter dem einen Gleichrichter der Verbraucherspannung des
einen Verbraucherkreises entspricht, wobei der oder die anderen Verbraucherkreise
mit Hilfe von Transformatoren von der Drehstromseite des spannungsgeregelten Kreises
her über nachgeschaltete Gleichrichter mit entsprechend dem übersetzungsverhältnis
der Transformatoren
der geregelten Spannung proportionalen Gleichspannung
versorgt werden. Bei Stromversorgungsanlagen mit als Reservespannungsquelle und
zur Pufferung dienender Sammelbatterie kann mittels eines Reglers bekannter Bauart
die Ladespannung der Batterie geregelt werden. Die im bestimmten Verhältnis zur
Ladespannung stehenden Verbrauchergleichspannungen werden jedoch über Transformatoren
und nachgeschaltete Gleichrichter von der Drehstromseite des Batterieladekreises
geliefert. Ebenso kann aber auch der Regler eine Verbraucherspannung konstant halten,
und die Lieferung der Batterieladespannung erfolgt überTransformator und Gleichrichter
von der Drehstromseite dieses Verbraucherkreises her.
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Besonders für Stromversorgungsanlagen in Fahrzeugen kann die Anordnung
so getroffen werden, daß bei Unterschreiten bestimmter Generatordrehzahlen die Ausgänge
der verschiedenen Gleichrichter alle parallel geschaltet werden. Je nach verwendeter
Reglertype können Einrichtungen zur Strombegrenzung und zum Schutz des Generators
vor überlastungen vorgesehen sein. Dabei werden Fühlglieder, wie Stromwandler, in
den einzelnen Kreisen angeordnet, welche auf den gemeinsamen Regler einwirken. Da
vom Generator her Wechselstrom bzw. Drehstrom zur Verfügung steht, können mit Erfolg
auch Magnetverstärker zur Regelung verwendet werden. Diese Magnetverstärker können
so ausgelegt sein, daß beispielsweise bei konstanter Verbraucherspannung im Netz
die Batterieladespannung noch zusätzlich in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie
beeinflußt wird.
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Die Erfindung wird an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert,
welche in der Zeichnung in den B i 1 d e r n 1 bis 4 dargestellt sind. Gleiche oder
entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In B i 1 d 1 speist ein Drehstromgenerator 1 über den Gleichrichter
2 die Sammlerbatterie 5. Das Verbrauchernetz 6 wird von der Drehstromseite
des Ladestromkreises her über den Transformator 4 und den Gleichrichter 3
gespeist. Die abgegebene Spannung des Generators 1 wird durch Beeinflussung des
Erregerfeldes 8 mittels des Reglers 9 geregelt. Der Regler 9 hat irgendeine
bekannte Bauart. Er kann beispielsweise ein Kohledruckregler sein. Die Regelung
des Generators 1 erfolgt in der Weise, daß die Gleichspannung hinter dem Gleichrichter
2 der Ladespannung der Batterie 5 entspricht. Die Ausgangsspannung des Generators
1 wird außerdem über den Transformator 4, der in der Art eines Spartransformators
ausgeführt sein keinn, dem Gleichrichter 3 und damit dem angeschlossenen Verbrauchernetz
6 zugeführt. Infolge des übersetzungsverhältnisses des Transformators
4 ist die Gleichspannung hinter dem Gleichrichter 3 entsprechend niedriger.
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Unterschreitet die Drehzahl des Generators 1 einen solchen Wert, daß
seine abgegebene Spannung nicht mehr nachgeregelt werden kann, so schließt das Relais
7 mit seinem Kontakt b die beiden Gleichrichter 2 und 3 ausgangsseitig parallel.
In diesem Falle liegen dann die Verbraucher 6 und die Batterie 5 auf gleicher Spannung,
welche zweckmäßig der Verbraucherspannung entspricht. Da dann der Regler
9 auf die niedriger liegende Verbraucherspannung regeln soll, wird er durch
den Kontakt a des Relais 7 entsprechend umgeschaltet. In B i 1 d 2 ist die Anordnung
so getroffen, daß der Regler 9a auf konstante Spannung im Verbrauchernetz 6 regelt.
Im Transformator 4 a wird deshalb die Wechselspannung so erhöht, daß hinter dem
Gleichrichter 2 die erforderliche Ladespannung der Batterie 5 in voller Höhe zur
Verfügung steht. Bei diesem Aufbau kann die Ladecharakteristik noch zusätzlich durch
die Kennlinie des Transformators beeinflußt werden. Weiterhin besteht der Vorteil,
daß der Regler 9a nicht auf einen anderen Spannungssollwert umgeschaltet zu werden
braucht, wenn die Drehzahl des Generators so weit absinkt, daß das Relais 7 anspricht.
Das Relais 7 kann spannungsabhängig geschaltet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
das Relais frequenzabhängig schalten zu lassen oder auch beide Einflüsse zu kombinieren.
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Das in B i 1 d 3 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht grundsätzlich
der Anordnung nach B i 1 d 1. Es ist jedoch zusätzlich ein Umschalter
10 vorgesehen, der bei ausgeschalteten Verbrauchern 6 die beiden Gleichrichter
2 und 3 parallel auf die Batterie 5 arbeiten läßt. Der Regler 9 kann mit Einrichtungen
zur Strombegrenzung und zum Schutz vor überlastung ausgerüstet sein. Durch den Stromwandler
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kann der Regler 9 so beeinflußt werden, daß die Generatorspannung bei überschreiten
der Nennlast des Generators erniedrigt wird. Auch kann zum Schutz des Gleichrichters
2 der Stromwandler 21 die gleiche Wirkung auf den Regler 9 ausüben.
Entsprechend läßt sich der Gleichrichter 3 durch den Stromwandler 22 schützen.
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In B i 1 d 4 ist im Prinzip eine ähnliche Schaltung wie in B i 1 d
2 dargestellt. Jedoch ist in dieser Anlage zusätzlich vor dem Gleichrichter 2 für
die Ladung der Batterie 5 ein Magnetverstärker 11 angeordnet. Hierdurch
ist es möglich, bei konstanter Verbraucherspannung den Ladestrom entsprechend dem
Ladezustand der Batterie 5 zu beeinflussen ohne Rückwirkung auf die Verbraucherspannung.
Es können zusätzlich Glieder 12 vorgesehen sein, welche den Magnetverstärker 11
in der Weise beeinflussen, daß bei entladener Batterie zunächst der Ladestrom konstant
gehalten wird und nach Erreichen der Gasungsspannung der Batterie mit verringertem
Strom eine Nachladung durchgeführt wird. Der Einfluß des Ladestromes wirkt über
den Stromwandler 22 und die Glieder 12 auf den Magnetverstärker 11.