DE1513682C - Stromversorgungseinrichtung, insbeson dere fur Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Patentanspruch:

Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem permanenterregten Wechselstromgenerator und einer je zur Hälfte aus Halbleiterdioden und steuerbaren Halbleitergleichrichtern bestehenden Gleichrichterbrücke, deren Steuerelektroden über einen im Schaltbetrieb arbeitenden, von der Ausgangsgleichspannung gesteuerten Spannungsregler an die Ausgangsklemmen des Generators angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis für die Steuerelektroden der steuerbaren Halbleitergleichrichter (7, 8, 9) einen primärseitig an die Wechselstromklemmen (1, 2, 3) des Wechselstromgenerators angeschlossenen Transformator (10, 11) enthält, dessen Sekundärwicklung (10) eine um 90° gegenüber der Primärspannung phasenverschobene Wechselspannung abgibt, und daß diese Wicklung (10) durch den Spannungsregler (12-21; 12-29) zu- und abschaltbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem permanenterregten Wechselstromgenerator und einer je zur Hälfte aus Halbleiterdioden und steuerbaren Halbleitergleichrichtern bestehenden Gleichrichterbrücke, deren Steuerelektroden über einen im Schaltbetrieb arbeitenden, von der Ausgangsgleichspannung gesteuerten Spannungsregler an die Ausgangsklemmen des Generators angeschlossen sind.

Eine Stromversorgungseinrichtung dieser Art ist in der französischen Patentschrift 1300 302 beschrieben. Weiter ist aus der S. 175 der AEG-Mitteilungen 3/4 von 1964 ein Impulssteuergerät für Thyristoren bekannt, bei dem die Spannung mit Hilfe eines Stromtransformators und eines Impulsgenerators mit Phasenverschiebung geregelt wird. Auf den S. 371 und 372 der ETZ-B, Bd. 14 von 1962 sind Zündschaltungen für Thyristoren beschrieben, bei denen der Zündwinkel mit einer gegen die Arbeitsspannung um 90° phasenverschobenen Steuerspannung verschoben wird, die einer veränderlichen Gleichspannung überlagert ist. Auf den S. 170 und 171 des Handbuches der Industriellen Elektronik von Dr. R. Kretzmann, Berlin 1954, ist schließlich ein Gleichrichter mit konstanter Ausgangsspannung beschrieben, bei dem steuerbare Gleichrichter über die Sekundärwicklung eines Phasenschiebertransformators gesteuert werden, wobei die Spannung an dieser Sekundärwicklung gegenüber der Spannung an der Primärwicklung des gleichen Transformators um 90° verschoben ist.

Der wesentliche Nachteil aller dieser bekannten Steuerschaltungen liegt in der Art der für die Steuerung der steuerbaren Hableitergleichrichter verwendeten Steuergleichspannung, die in allen Fällen je nach der Größe der Ausgangsgleichspannung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert stetig verändert wird. Dies gibt wiederum eine stetige Variation des Zündwinkels für die Thyristoren oder Thyratrons der bekannten Gleichrichterschaltungen. Zwansläufise Folge eines solchen Schaltunssaufbaus sind jedoch zum einen ein relativ hoher schaltungstechnischer Aufwand und zum anderen eine relativ geringe Ansprechgenauigkeit.

Ausgehend von diesem bekannten Stande der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung mit einem kontaktlosen Spannungsregler anzugeben, der bei einfachem schaltungstechnischem Aufbau weitgehend verlustfrei und mit hoher Regelgenauigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stromkreis für die Steuerelektroden der steuerbaren Halbleitergleichrichter einen primärseitig an die Wechselstromklemmen des Wechselstromgenerators angeschlossenen Transformator enthält, dessen Sekundärwicklung eine um 90° gegenüber der Primärspannung phasenverschobene Wechselspannung abgibt, und daß diese Wicklung durch den Spannungsregler zu- und abschaltbar ist.

Bei der Erfindung erfolgt also die Erzeugung und Einspeisung der Steuergleichspannung für die Steuerelektroden der steuerbaren Halbleitergleichrichter sprunghaft, indem entweder eine definierte Steuergleichspannung vorhanden ist oder nicht. Durch einen solchen pulsierenden Betrieb lassen sich für die steuerbaren Gleichrichter jeweils kleinere Typen als bisher üblich wählen, womit sich insgesamt die Herstellung und der Betrieb der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung gegenüber den bisher bekannten Stromversorgungseinrichtungen vereinfacht und verbilligt.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung näher veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung mit pnp-Transistoren und F i g. 2 eine Schaltung mit npn-Transistoren.

In der Schaltung gemäß F i g. 1 sind mit den Bezugszeichen 1, 2 und 3 die Wechselstromklemmen eines Wechselstromgenerators veranschaulicht, die mit einem Brückengleichrichter verbunden sind, der zur Hälfte aus einfachen Halbleiterdioden 4, 5 und 6 und zur Hälfte aus steuerbaren Halbleitergleichrichtern 7, 8 und 9 besteht. Die steuerbaren Halbleitergleichrichter 7, 8 und 9 werden durch einen Kippkreis und einen Phasenschieber-Transformator (Sekundärwicklung 10) gesteuert. Die Primärwicklung 11 des Transformators 10 ist an die Klemmen des Wechselstromgenerators angeschlossen. Der erwähnte Kippkreis besteht aus einer Zener-Diode 12 und zwei pnp-Transistoren 13, 14. Die von der Sekundärwicklung 10 des Transformators gelieferte Spannung ist um 90° gegenüber der Spannung der Primärwicklung 11 phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Primärwicklung 11 in Dreieck und die Sekundärwicklung 10 in Stern geschaltet ist (vgl. Fig. 1). Die Schaltung enthält ferner noch Widerstände 15 bis 20 und einen Spannungsteiler 21. Die Klemmen des Gleichstromausgangs sind mit 22 und 23 bezeichnet.

Die Wirkungsweise des Spannungsreglers ist folgendermaßen:

Ist die Ausgangsspannung niedriger als die Nennspannung, so ist der Transistor 14 leitend und der Transistor 13 gesperrt. Dadurch erhält die Sekundärwicklung 10 des Transformators eine solche Vorspannung, daß sie zusammen mit der überlagerten Wechselspannung die steuerbaren Halbleitergleich-

richter 7 bis 9 bei den positiven Halbwellen des Wechselstromes öffnet. Die Spannung und der Strom an den Ausgangsklemmen 22, 23 steigen infolgedessen bis zum Erreichen der Nennspannung. Beim Übersteigen der Nennspannung beginnt die Zenerdiode 12, Strom durchzulassen, so daß der Transistor 13 leitend wird und der Transistor 14 in den Sperrzustand übergeht. Dadurch ergibt sich an der Sekundärwicklung 10 eine so große Vorspannung in Sperrrichtung, daß die steuerbaren Halbleitergleichrichter 7 bis 9 gesperrt werden.

Die Spannung an den Ausgangsklemmen 22 und 23 sinkt infolgedessen wieder auf die Nennspannung.

F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung bei Verwendung von npn-Transistoren. Die Elemente 1 bis 23 entsprechen der Schaltung gemäß Fig. 1. An den Kippkreis ist bei F i g. 2 jedoch noch ein weiterer Transistor 24 angeschlossen. Weiterhin sind noch Widerstände 25, 26 und 27 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß F i g. 2 ist folgendermaßen:

Ist die Ausgangsspannung kleiner als die Nennspannung, so ist der Transistor 24 gesperrt. An seinem Kollektor liegt die volle positive Spannung, der in der Sekundärwicklung 10 des Transformators die zum Öffnen der steuerbaren Halbleitergleichrichter 7 bis 9 erforderliche Spannung überlagert ist. Wird die Ausgangsspannung größer als die Nennspannung, so öffnet sich die Zenerdiode 12, die den Transistor 13 in den leitenden Zustand führt. Dadurch gelangt der Transistor 14 in den Sperrzustand, während der Transistor 24 leitend wird. Infolgedessen bricht die Kollektorspannung dieses Transistors zusammen. Die steuerbaren Halbleitergleichrichter 7 bis 9 erhalten infolgedessen über die Sekundärwicklung 10 eine so große negative Vorspannung, daß sie gesperrt bleiben. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem permanenterregten Wechselstromgenerator und einer je zur Hälfte aus Halbleiterdioden und steuerbaren Halbleitergleichrichtern bestehenden Gleichrichterbrücke, deren Steuerelektroden über einen im Schaltbetrieb arbeitenden, von der Ausgangsgleichspannung gesteuerten Spannungsregler an die Ausgangsklemmen des Generators angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis für die Steuerelektroden der steuerbaren Halbleitergleichrichter (7, 8, 9) einen primärseitig an die Wechselstromklemmen (1, 2, 3) des Wechselstromgenerators angeschlossenen Transformator (10, 11) enthält, dessen Sekundärwicklung (10) eine um 90° gegenüber der Primärspannung phasenverschobene Wechselspannung abgibt, und daß diese Wicklung (10) durch den Spannungsregler (12-21; 12-29) zu- und abschaltbar ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem permanenterregten Wechselstromgenerator und einer je zur Hälfte aus Halbleiterdioden und steuerbaren Halbleitergleichrichtern bestehenden Gleichrichterbrücke, deren Steuerelektroden über einen im Schaltbetrieb arbeitenden, von der Ausgangsgleichspannung gesteuerten Spannungsregler an die Ausgangsklemmen des Generators angeschlossen sind.

   Eine Stromversorgungseinrichtung dieser Art ist in der französischen Patentschrift 1300 302 beschrieben. Weiter ist aus der S. 175 der AEG-Mitteilungen 3/4 von 1964 ein Impulssteuergerät für Thyristoren bekannt, bei dem die Spannung mit Hilfe eines Stromtransformators und eines Impulsgenerators mit Phasenverschiebung geregelt wird. Auf den S. 371 und 372 der ETZ-B, Bd. 14 von 1962 sind Zündschaltungen für Thyristoren beschrieben, bei denen der Zündwinkel mit einer gegen die Arbeitsspannung um 90° phasenverschobenen Steuerspannung verschoben wird, die einer veränderlichen Gleichspannung überlagert ist. Auf den S. 170 und 171 des Handbuches der Industriellen Elektronik von Dr. R. Kretzmann, Berlin 1954, ist schließlich ein Gleichrichter mit konstanter Ausgangsspannung beschrieben, bei dem steuerbare Gleichrichter über die Sekundärwicklung eines Phasenschiebertransformators gesteuert werden, wobei die Spannung an dieser Sekundärwicklung gegenüber der Spannung an der Primärwicklung des gleichen Transformators um 90° verschoben ist.

   Der wesentliche Nachteil aller dieser bekannten Steuerschaltungen liegt in der Art der für die Steuerung der steuerbaren Hableitergleichrichter verwendeten Steuergleichspannung, die in allen Fällen je nach der Größe der Ausgangsgleichspannung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert stetig verändert wird. Dies gibt wiederum eine stetige Variation des Zündwinkels für die Thyristoren oder Thyratrons der bekannten Gleichrichterschaltungen. Zwangläufige Folge eines solchen Schaltungsaufbaus sind jedoch zum einen ein relativ hoher schaltungstechnischer Aufwand und zum anderen eine relativ geringe Ansprechgenauigkeit.

   Ausgehend von diesem bekannten Stande der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung mit einem kontaktlosen Spannungsregler anzugeben, der bei einfachem schaltungstechnischem Aufbau weitgehend verlustfrei und mit hoher Regelgenauigkeit arbeitet.

   ίο Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stromkreis für die Steuerelektroden der steuerbaren Halbleitergleichrichter einen primärseitig an die Wechselstromklemmen des Wechselstromgenerators angeschlossenen Transformator enthält, dessen Sekundärwicklung eine um 90° gegenüber der Primärspannung phasenverschobene Wechselspannung abgibt, und daß diese Wicklung durch den Spannungsregler zu- und abschaltbar ist.

   Bei der Erfindung erfolgt also die Erzeugung und Einspeisung der Steuergleichspannung für die Steuerelektroden der steuerbaren Halbleitergleichrichter sprunghaft, indem entweder eine definierte Steuergleichspannung vorhanden ist oder nicht. Durch einen solchen pulsierenden Betrieb lassen sich für die steuerbaren Gleichrichter jeweils kleinere Typen als bisher üblich wählen, womit sich insgesamt die Herstellung und der Betrieb der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung gegenüber den bisher bekannten Stromversorgungseinrichtungen vereinfacht und verbilligt.

   In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung näher veranschaulicht. Es zeigt

   Fig. 1 eine Schaltung mit pnp-Transistoren und F i g. 2 eine Schaltung mit npn-Transistoren.
   In der Schaltung gemäß Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen 1, 2 und 3 die Wechselstromklemmen eines Wechselstromgenerators veranschaulicht, die mit einem Brückengleichrichter verbunden sind, der zur Hälfte aus einfachen Halbleiterdioden 4, 5 und 6 und zur Hälfte aus steuerbaren Halbleitergleichrichtern 7, 8 und 9 besteht. Die steuerbaren Halbleitergleichrichter 7, 8 und 9 werden durch einen Kippkreis und einen Phasenschieber-Transformator (Sekundärwicklung 10) gesteuert. Die Primärwicklung 11 des Transformators 10 ist an die Klemmen des Wechselstromgenerators angeschlossen. Der erwähnte Kippkreis besteht aus einer Zener-Diode 12 und zwei pnp-Transistoren 13, 14. Die von der Sekundärwicklung 10 des Transformators gelieferte Spannung ist um 90° gegenüber der Spannung der Primärwicklung 11 phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Primärwicklung 11 in Dreieck und die Sekundärwicklung 10 in Stern geschaltet ist (vgl. Fig. 1). Die Schaltung enthält ferner noch Widerstände 15 bis 20 und einen Spannungsteiler 21. Die Klemmen des Gleichstromausgangs sind mit 22 und 23 bezeichnet.

   Die Wirkungsweise des Spannungsreglers ist folgendermaßen:

   Ist die Ausgangsspannung niedriger als die Nennspannung, so ist der Transistor 14 leitend und der Transistor 13 gesperrt. Dadurch erhält die Sekundärwicklung 10 des Transformators eine solche Vorspannung, daß sie zusammen mit der überlagerten Wechselspannung die steuerbaren Halbleitergleich-