DE1463599B2 - Einrichtung zur einleitung der selbsterregung eines wechselstromgenerators - Google Patents

Description

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chanischen Erschütterungen die Remanenz auf einen dioden gewinnen, vorausgesetzt, daß die zur Verfü-

Bruchteil ihres Normalwertes zurückgehen. gung stehende schwankende Spannung niemals den

Bekannt ist beispielsweise aus der deutschen Pa- Wert der Zenerspannung unterschreitet. Solche Vertentschrift 680 712 eine Einrichtung der eingangs ge- hältnisse liegen beispielsweise immer vor, wenn der nannten Art, wobei jedoch der selbsterregte Wech- 5 Generator mit einer Gleichspannungsbatterie zusamselstromgenerator in den unteren Drehzahlbereichen menarbeitet. Einer Weiterbildung der Erfindung entfremderregt ist. sprechend, lassen sich die Steuersignale für den

Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung der ein- Hilfsthyristor auch dann mit relativ geringem Aufgangs genannten Art so auszugestalten, daß die wand erzeugen, wenn keine unter allen Betriebsbe-Selbsterregung durch Schwellwerte von Halbleiter- io dingungen konstante Spannung zur Verfügung steht, bauelementen im Erregerkreis auch bei kleinen Man kann dann nämlich die Sekundärspannung des Drehzahlen weder gestört noch unterbunden wird. Hilfstransformators gleichrichten und diese Span-Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- nung unmittelbar als Steuerspannung dem Hilfsthyrilöst, daß die Einrichtung von der Spannung des Ge- stör zuführen. Der Transformator wird unter Berücknerators speisbar ist und daß der steuerbare Gleich- 15 sichtigung des Ansprechwertes des Hilfsthyristors richter ein Hilfsthyristor ist, der derart steuerbar ist, und der Schwellwerte der Gleichrichter so gewählt, daß er bereits bei sehr kleiner Spannung des Genera- daß der Hilfsthyristor bereits bei einer sehr niedrigen tors durchgesteuert ist. Generatorspannung anspricht. Diese Steuerspannung

Der Hilfsthyristor kann abhängig vom Erreger- wird dann mit Hilfe einer zusätzlichen Schalteinrich-

strom oder von der Generatorspannung so gesteuert 20 tung kurzgeschlossen, sobald die Generatorspannung

werden, daß er bereits bei kleiner Klemmenspannung den für die Selbsterregung erforderlichen Grenzwert

des Generators geschlossen und bei Erreichen der erreicht hat. Zur Steuerung der Hilfsschalteinrich-

zur Selbsterregung erforderlichen Grenzspannung tung kann ebenfalls die Steuerspannung verwendet

wieder geöffnet wird. und hierzu über eine Zenerdiode geführt werden, wo-

In besonderer Weise zur Steuerung des Hilfsthyri- 25 bei der Ansprechgrenzwert dann durch die Zenerstors geeignet ist eine Kippstufe, die durch die Se- spannung der Diode bestimmt ist.
kundärspannung des Hilfstransformators gesteuert Einzelheiten der Erfindung werden an Hand wird. Meist wird es dabei vorteilhaft sein, diese Se- zweier Ausführungsbeispiele erläutert,
kundärspannung zuvor gleichzurichten. Die Kipp- In F i g. 1 ist das Blockschaltbild einer Anordnung stufe soll ein Verhalten besitzen, das dem eines 3° gemäß der Erfindung wiedergegeben. Mitl ist ein Schmitt-Triggers vergleichbar ist. Das heißt, sie lie- Wechselspannungsgenerator bezeichnet, der beifert ein erstes Signale, durch das der Hilfsthyristor spielsweise mit stark veränderlicher Drehzahl angegeöffnet wird, sobald die Eingangsspannung der trieben wird und dessen Erregerwicklung mit 11 und Kippstufe einen ersten Grenzwert α erreicht. Dieses dessen Ausgangs-Klemme mit 12 bezeichnet ist. Die Signal und damit auch der Zustand der Schaltein- 35 Erregerwicklung 11 ist über einen Gleichstromregrichtung bleibt auch dann noch erhalten, wenn die ler 3 und einen Gleichrichter 2 an die Klemme 12 der Kippstufe zugeführte Eingangsspannung diesen des Generators angeschlossen. Mit HiUe des Gleichersten Grenzwert α unterschreitet. Erst wenn die Ein- Stromreglers 3, der vorteilhaft mit Thyristoren arbeigangsspannung kleiner als ein zweiter Grenzwert b tet, soll die Klemmenspannung des Generators auf wird, liefert die Kippstufe ein zweites Signal B, das 40 einen konstanten Wert geregelt werden. Der Gleichdann so lange erhalten bleibt, wie die Eingangsspan- richter 2 und der Regler 3 sind durch wenigstens nung unterhalb des ersten Grenzwertesa bleibt. Mit einen Hilfsthyristor4 überbrückt, der von einer Hilfe dieses zweiten Signals B wird der Hilfsthyri- Kippstufe 5 gesteuert wird, die ihrerseits die Steuerstor wieder geschlossen, spannung von einem Hilfstransformator 6 zugeführt

Mit Rücksicht auf die Kennlinie des Generators, 45 bekommt. Dieser Hilfstransformator 6 liegt ebenfalls die die Abhängigkeit der Spannung von der Drehzahl an den Klemmen des Generators 1. Seine Sekundärwiedergibt und die in dem unteren Drehzahlbereich spannung wird zweckmäßig zunächst gleichgerichtet eine Hysterese aufweist, ist darauf zu achten, daß das und erst die so gewonnene Spannung als Steuerspan-Halteverhältnis, d. h. das Verhältnis des ersten nung der Kippstufe 5 zugeführt.
Grenzwertes α zu dem zweiten Grenzwert b, ausrei- 50 Die Charakteristik der Kippstufe 5 ist so gewählt, chend groß ist. Die Kippstufe soll jedenfalls erst daß durch sie der Hilfstransistor 4 im geschlossenen dann das zweite Signal B abgeben, das dann ein er- Zustand gehalten wird, solange die Generatorspanneutes Schließen des Hilfsthyristors veranlaßt, wenn nung unter dem für die Selbsterregung erforderlichen die Generatorspannung einen Wert erreicht hat, der Wert liegt. Das wird z. B. immer während der Hochmit Sicherheit nicht mehr zur Selbsterregung aus- 55 laufzeit des Generators der Fall sein. Die Erregerreicht. Umgekehrt sollen das Übersetzungsverhältnis wicklung ist dann direkt an die Klemmen des Genedes Hilfstransformators, die Kennlinie des Genera- rators angeschlossen. Die Schwellwerte des Gleichtors und der erste Grenzwert α der Kippstufe so auf- richters 2 und gegebenenfalls noch des Reglers 3 sind einander abgestimmt werden, daß diese ein Öffnen daher in diesem Fall unwirksam. Der Generator wird erst veranlaßt, wenn die Generatorspannung einen 60 bereits bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen die für die Selbsterregung ausreichenden Wert erreicht zur Selbsterregung erforderliche Spannung erreichen, hat. Sobald dies der Fall ist, kippt die Stufe 5 in den an-

In vielen Betriebsfällen werden sich mit den be- deren stabilen Zustand und öffnet dadurch den Hilfs-

kannten, elektronisch arbeitenden Schmitt-Triggern transistor 4, so daß dann die Erregerwicklung 11

zufriedenstellende Ergebnisse erreichen lassen. Vor- 65 über den Gleichrichter 2 und den Regler 3 gespeist

aussetzung ist hierbei jedoch, daß immer eine stabili- wird, der dann wirksam werden kann,

sierte Versorgungsspannung zur Verfügung steht. Eine besonders einfache Ausführungsform für den

Diese läßt sich beispielsweise mit Hilfe von Zener- Erregerstrom ergibt sich, wenn der Generator drei-

phasig ausgeführt und die Erregerwicklung über zwei Einweggleichrichter lediglich zwischen zwei Phasenklemmen und dem Sternpunkt angeschlossen wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in F i g. 2 wiedergegeben. Dabei sind Teile, die denen der F i g. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erregerwicklung 11 liegt über einen der Spannungsregelung dienenden Thyristor 3 und die beiden Gleichrichter 21 und 22 zwischen den Klemmen./?, S und der Klemme Mp. Die Diode 21 und der Thyristor 3 sind durch den Hilfsthyristor 41 und die Diode 22 und der Thyristor 3 durch den Hilfsthyristor 42 überbrückt. Die Steuerspannung für diese Hilfsthyristoren wird von zwei zwischen den Klemmen R und Mp bzw. 5 und Mp liegenden Transfermatoren 65, 66 geliefert, deren Sekundärspannungen mit Hilfe der Dioden 61, 62,63 und 64 gleichgerichtet werden. Die so gewonnene Gleichspannung wird den Steuerstrecken der Hilfsthyristoren 41 und 42 über zwei Entkopplungsdioden 51, 52 und einen nichtlinearen Widerstand 53 zugeführt. Letzterer dient der Spannungsbegrenzung und weist einen Widerstandswert auf, der mit steigender Spannung zunimmt.

Parallel zu den Steuerstrecken der Hilfsthyristoren 41 und 42 liegt ein weiterer Thyristor 50, dessen Steuerstrecke die von den Hilfstransformatoren abgeleitete Gleichspannung über eine Zenerdiode 55 und einen Widerstand 54 zugeführt wird.

Überschreitet die Sekundärspannung der Transformatoren 65 und 66 einen ersten Grenzwerte, der durch die Schwellwerte der Dioden 61 bis 64 sowie der Dioden 51, 52 und der Steuerstrecken der Hilfsthyristoren 41 und 42 bestimmt wird, dann werden die Hilfsthyristoren durchlässig, so daß dann die Erregerwicklung 11 unmittelbar zwischen den Klemmen R bzw. S und der Klemme Mp liegt. Die Wicklung bekommt dann einen pulsierenden, Kickenden Gleichstrom. Schwellwerte sind in diesem Stromkreis, der sehr niederohmig gehalten werden kann, praktisch nicht mehr vorhanden. Das Übersetzungsverhältnis der Hilfstransformatoren 65 und 66 wird dabei so hoch gewählt, daß dieser Zustand bereits bei sehr kleinen Generatorspannungen eintritt. Solche lassen sich praktisch infolge der restlichen Remanenz des Generators immer erzielen.

Erreicht die Klemmenspannung des Generators den für die Selbsterregung notwendigen Wert, dann wird die Zenerdiode 55 durchlässig und der Thyristor 50 zündet. Dadurch wird die Steuerspannung der Thyristoren 41 und 42 kurzgeschlossen, so daß diese während der folgenden Perioden der Wechselspannung erlöschen. Die Erregerwicklung 11 wird dann über die Gleichrichter 21 und 22 und den der Reglung dienenden Thyristor 3 gespeist, mit dessen Hilfe dann die Klemmenspannung des Generators auf einen konstanten Wert geregelt werden kann. Der in diesem Betriebszustand über den Thyristor 50 fließende Strom und damit auch die Spannung an den Hilfstransformatoren wird durch den nichtlinearen Widerstand 53 begrenzt.

Der Thyristor 50 soll wieder erlöschen, wenn die Generatorspannung auf einen zweiten Grenzwert 6 absinkt, der selbst bei eingeschalteten Hilfsthyristoren 41 und 42 nicht mehr zur Selbstregelung ausreichen würde. Steigt die Generatorspannung wieder auf einen geringfügig größeren Wert an, dann werden die Hilfsthyristoren 41 und 42 wieder durch den von den Hilfstransformatoren und den Dioden 61 bis 64 gelieferten Strom durchgesteuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 mit einer Gleichspannung steuerbar ist, die über Patentansprüche: eine Zenerdiode (55) geführt ist. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1

1. Einrichtung zur Einleitung der Selbsterre- bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwengung eines Wechselstromgenerators, dessen Er- 5 dung eines dreiphasigen Generators, dessen Erregerwicklung über Gleichrichter und gegebenen- regerwicklung über je einen Gleichrichter falls über einen Gleichstromregler an die Klem- (21,22) an zwei Phasenwicklungen (R, S) angemen des Generators angeschlossen ist, mit einem schlossen ist, zwei Hilfsthyristoren (41,42) vorsteuerbaren Gleichrichter, der den Gleichrichter gesehen sind, die zwischen der Erregerwicklung und den Regler überbrückt, bei welcher Einrich- io (11) und den Klemmen der beiden Phasen liegen rung der steuerbare Gleichrichter von der Span- und immer gleichzeitig gesteuert werden.

nung des Generators über einen Hilfstransformator derart steuerbar ist, daß er bei Erreichen der

zur Selbsterregung erforderlichen Spannung

sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß 15
die Einrichtung von der Spannung des Generators speisbar ist und daß der steuerbare Gleich- Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung richter ein Hilfsthyristor (41,42) ist, der derart zur Einleitung der Selbsterregung eines Wechselsteuerbar ist, daß er bereits bei sehr kleiner Span- Stromgenerators, dessen Erregerwicklung über nung des Generators durchgesteuert ist. 20 Gleichrichter und gegebenenfalls über einen Gleich-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- stromregier an die Klemmen des Generators angekennzeichnet, daß zur Steuerung des Hilfsthyri- schlossen ist, mit einem steuerbaren Gleichrichter, stors (4) eine Kippstufe (5) vorgesehen ist, die der den Gleichrichter und den Regler überbrückt, bei mit der Sekundärspannung des Hilfstransforma- welcher Einrichtung der steuerbare Gleichrichter von tors (6) steuerbar ist. 25 der Spannung des Generators über einen Hilfstrans-

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- formator derart steuerbar ist, daß er bei Erreichen kennzeichnet, daß die Kippstufe (5) so ausgebil- der zur Selbsterregung erforderlichen Spannung det ist, daß sie ein erstes Signal (A) liefert, durch sperrt.

das der Hilfsthyristor (4) offenbar ist, sobald ihre Bei selbsterregten Wechselstromgeneratoren be-Eingangsspannung einen ersten Grenzwert (ä) er- 30 sitzt häufig die zur Einleitung der Erregung erforderreicht, und daß sie ein zweites Signal (B) liefert, liehe Remanenzspannung entweder von vornherein durch das der Hilfsthyristor schließbar ist, wenn nicht den notwendigen Mindestwert, oder sie weist ihre Eingangsspannung unter einen zweiten ihn nicht mit genügender Sicherheit auf. Dieser Span-Grenzwert (b) gesunken ist, der kleiner als der nungsmindestwert kann unter Umständen ein beerste Grenzwert (a) ist. 35 trächtliches Ausmaß erreichen. Das ist insbesondere

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- bei Wechsel- oder Drehstromgeneratoren der Fall, kennzeichnet, daß das Halteverhältnis der Kipp- die sich über Halbleiter-Gleichrichter erregen sollen, stufe (5), d. h. das Verhältnis des ersten Grenz- sowie bei Maschinen mit anderen im Erregerkreis wertes (d) zu dem zweiten Grenzwert (&), etwa angeordneten Halbleiterelementen, z. B. Thyristoren, den Wert 5 besetzt. 40 Die Elemente erfordern einen gewissen Spannungs-

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 schwellwert, um Ströme führen zu können. Wenn und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Über- '. sich mehrere Schwellwerte im Erregerkreis summiesetzungsverhältnis des Hilfstransformators (6) ren, kann ein Remanenzspannungs-Mindestwert von den Grenzwerten (a, b) der Kippstufe (5) so an- 3 Volt oder mehr erforderlich sein, um die Selbstergepaßt ist, daß die Eingangsspannung der Kipp- 45 regung mit Sicherheit einzuleiten. Bei Maschinen mit stufe gerade dann den ersten Grenzwert (a) er- kleinen Spannungen ergibt sich dadurch eine prozenreicht, wenn die Klemmenspannung des Genera- tual sehr hohe Remanenzspannung. Bei 25 V Nenntors den für die Selbsterregung erforderlichen spannung sind 3 V bereits 12 °/o. Das kann besonders Mindestwert erreicht hat. nachteilig sein, wenn der Generator mit stark verän-

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 50 derlicher Drehzahl angetrieben wird, seine Klemmenkennzeichnet, daß die Sekundärspannung des spannung aber mit Hilfe eines Reglers konstant ge-Hilfstransformators (6) gleichgerichtet und die so halten werden soll. Solche Verhältnisse treten bei der gewonnene Steuergleichspannung unmittelbar zur Stromversorgung von Fahrzeugen auf und haben zur Steuerung des Hüfsthyristors (41,42) verwendet Folge, daß die Anlage erst bei einer verhältnismäßig ist. 55 hohen Drehzahl betriebsfähig ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- Es sind wohl durch bekannte Maßnahmen, wie kennzeichnet, daß die Steuergleichspannung der z.B. Einbau von permanenten Magneten bzw. Ver-Steuerstrecke des Hilfsthyristors (41,42) über wendung von Werkstoffen mit breiter Hysterese-Entkopplungsdioden (51,52) zugeführt ist. schleife für den Induktor der Maschine, hohe Rema-

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, da- 60 nenzspannungen erzielbar, jedoch werden Preis, Abdurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsschaltein- messungen und Gewicht des Generators gesteigert,
richtung (50) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Bekanntlich ist auch bei Generatoren höherer Steuergleichspannung kurzgeschlossen wird, so- Nennspannung, bei denen der vorstehend erläuterte bald die Klemmenspannung des Generators den Remanenz-Spannungs-Mindestwert prozentual klein für die Selbsterregung notwendigen ersten Wert 65 und daher meist ohne besondere konstruktive Maß- (a) erreicht hat. nahmen erreichbar ist, dieser Wert nicht immer mit

9. Einrichtung nach Ansprüche, dadurch ge- ausreichender Sicherheit vorhanden. So kann z.B. kennzeichnet, daß die Hilfsschalteinrichtung (50) nach Kurzschlüssen oder langen Stehzeiten bzw. me-