DE1538314C - Stromversorgungsanlage für Fahrzeuge - Google Patents

Description

einem Typ, der bei einem gegenüber dem Kathodenpotential positiven Potential seiner Steuerelektrode leitend und bei einem gegenüber dem Kathodenpotential negativen Potential seiner Steuerelektrode gesperrt ist. Solche steuerbare Halbleitergleichrichter sind unter der Bezeichnung »gate controlled switch« (GCS) im Handel.

Der Schaltzustand des steuerbaren Halbleitergleichrichters 23 wird von einem Halbleiterspannungsregler 27 gesteuert, der die Aufgabe hat, die Spannung zwischen der Plusleitung 14 und der Minusleitung 15 auf einem konstanten Wert zu halten, der an einem Potentiometerarm 28 eines Potentiometers 29 eingestellt werden kann, welches in Serie mit zwei Festwiderständen 32, 33 zwischen den Leitungen 14 und 15 liegt.

Der Halbleiterspannungsregler 27 enthält einen npn-Transistor 34, der zusammen mit einem mit 35 bezeichneten Rückkopplungstransformator einen Sperrschwing-Oszillator bildet, und einem npn-Transistor 36, der zusammen mit einer der Spannungsstabilisierung dienenden Zenerdiode 37 ein nichtlineares Netzwert bildet. Als Ausgang des Halbleiterspannungsreglers 27 dient eine induktiv an den Transformator 35 angekoppelte Ausgangswicklung 38, die in Mittelpunkt-Gleichrichterschaltung geschaltet ist; die induktive Ankopplung ist durch eine gestrichelte Linie 39 angedeutet. Die Ausgangsspannung dieser Gleichrichterschaltung dient dazu, den steuerbaren Halbleitergleichrichter 23 in den nichtleitenden Zustand zu steuern, und zwar um so öfter und langer, je höher die Spannung zwischen den Leitern 14 und 15 ansteigt.

Im einzelnen ist der Halbleiterspannungsregler 27 wie folgt aufgebaut: An den Potentiometerarm 28 ist die Basis des Transistors 36 und die Kathode einer Schutzdiode 42 angeschlossen, deren Anode an einer Leitung 43 liegt, die mit den Emittern der Transistoren 34 und 36, der Anode einer zweiten Schutzdiode 44 und der Zenerdiode 37 sowie der Anzapfung eines aus zwei Widerständen 45, 46 bestehenden Spannungsteilers, der zwischen den Leitungen 14 und 15 liegt, verbunden ist. Die Zenerdiode 37 dient dazu, das Potential der Leitung 43 gegenüber dem der Plusleitung 14 stabil zu halten, so daß die beiden Transistoren 34 und 36 mit konstanter Betriebsspannung arbeiten.

Der Kollektor des Transistors 34 ist über eine erste Wicklung 47 des Transformators 35 mit der Leitung 14 verbunden, während seine Basis mit der Kathode der Schutzdiode 44 und der Kathode einer Kompensierdiode 48 in Verbindung steht, deren Anode über eine zweite Wicklung 49 des Transformators 35 mit dem Kollektor des Transistors 36 verbunden ist, der seinerseits über einen Kollektorwiderstand 50 an der Leitung 14 liegt.

Eine Anzapfung 52 der Ausgangswicklung 38 ist mit der Leitung 15 und damit der Kathode des steuerbaren Halbleitergleichrichters 23 verbunden, während ihr eines Wicklungsende 51 an der Kathode einer Diode 53 und ihr anderes Wicklungsende 59 an der Kathode einer Diode 54 liegt. Die Anoden beider Dioden 53 und 54 sind miteinander und über einen Widerstand 55 mit der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleitergleichrichters 23 verbunden, von der ein Widerstand 56 zur Plusleitung 14 führt.

Zwischen den Leitungen 14 und 15 liegt die Steuerwicklung 57 eines mit 58 bezeichneten Relais; es ist so eingestellt, daß es bei einem Spannungswert den Schalter 24 öffnet, der knapp unterhalb der gewünschten Sollspannung zwischen den Leitungen 14 und 15 liegt. (Die Schaltung ist für stillstehenden Generator und eine Batteriespannung dargestellt, die einer stark entladenen Batterie entspricht.)

Für die Erklärung der Arbeitsweise sei angenommen, daß die Batterie 13 nicht angeschlossen ist und daß der Generator 10 aus dem Stillstand heraus anfährt. Dann liegt zunächst keine Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15, so daß auch der steuerbare Halbleitergleichrichter 23 zunächst kein positives Signal an seiner Steuerelektrode erhalten kann und gesperrt bleibt. Durch ihn kann also auch dann kein

is Erregerstrom zur Feldwicklung 12 fließen, wenn der Generator 10 infolge der magnetischen Remanenz eine kleine Spannung abgibt. Eine Selbsterregung des Generators 10 über den steuerbaren Halbleitergleichrichter 23 ist deshalb nicht möglich. Jedoch ist der Schalter 24 bei kleinen Spannungen geschlossen, so daß über ihn ein Erregerstrom zur Feldwicklung 12 fließen und der Generator 10 sich selbst erregen kann. Dabei entsteht eine ausreichende Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 und es fließt ein Strom von der Plusleitung 14 über die Widerstände 56 und 55, die Dioden 53 und 54 und die Ausgangswicklung 38 zur Minusleitung 15. Dadurch erhält die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleitergleichrichters 23 eine positive Spannung gegenüber der Kathode. Diese Spannung ist in F i g. 2 in der oberen Reihe mit 20 bezeichnet. Bei Erreichen einer bestimmten Spannung am Gleichstromnetz zwischen den Leitungen 14 und 15 öffnet dann die Steuerwicklung 57 den Schalter 24, so daß der Erregerstrom jetzt nur noch durch den — inzwischen leitend gewordenen — steuerbaren Halbleitergleichrichter 23 gesteuert wird.

Wenn in der Feldwicklung 12 ein Kurzschluß entsteht, wird der Erregerstrom zu groß und die Sicherung 26 spricht an, wodurch der Erregerstrom unterbrachen wird und die Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 nach einer e-Funktion absinkt, bis das Relais 58 den Schalter 24 wieder einschaltet. Um in diesem Falle den Kurzschlußstrom über den Schalter 24 zu begrenzen, ist der Widerstand 25 vorgesehen. Sein Widerstandswert soll unter demjenigen der Feldwicklung 12 liegen, damit die Selbsterregung nicht beeinträchtigt wird. Er verhindert dann einerseits eine Zerstörung des Schalters 24 durch zu hohe Ströme und ermöglicht andererseits eine Selbsterregung beim Anfahren.

Der Halbleiterspannungsregler 27 arbeitet wie folgt: Solange die Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 unter dem gewünschten Wert (Sollwert) liegt, ist der Transistor 36 leitend, da seine Basis positiv gegenüber seinem Emitter ist. Da sein Kollektor dann etwa auf dem Potential der Leitung 43 liegt und dieses Potential über die zweite Wicklung 49 und die Diode 48 auch an der Basis des Transistors 34 liegt, ist letzterer Transistor gesperrt. Der restliche Spannungsabfall zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 36 wird hierbei durch die Diode 48 kompensiert, so daß in diesem Zustand der Transistor 34 sicher gesperrt ist und nicht schwingen kann. Wie oben ausgeführt, ist in diesem Zustand der steuerbare Halbleitergleichrichter 23 leitend und es kann ein Erregerstrom fließen.

Die Schutzdioden 42 und 44 dienen dazu, die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 34 und 36

vor Überspannungen zu schützen, wie sie beim Abschalten von größeren Lasten, besonders induktiven Lasten, auftreten können.

Wird die Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 größer als der gewünschte Sollwert, so wird die Basis des Transistors 36 negativer, so daß er weniger leitet und sein Kollektor — und damit auch die Basis des Transistors 34 — positiver wird. Durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 34 und die erste Wicklung 47 fließt ein Strom, welcher in der zweiten Wicklung 49 eine Spannung induziert, die die Basis des Transistors 34 noch positiver macht, und dieser Vorgang steigert sich, bis der Kollektorstrom sein Maximum erreicht hat. Dann wird keine Spannung mehr in der zweiten Wicklung 49 induziert und die Basisspannung wird wieder negativer, wodurch auch der Kollektorstrom wieder kleiner wird, was über die Wicklung 49 ein weiteres Negativwerden der Basisspannung zur Folge hat, bis der Transistor 34 wieder sperrt. In dieser Sperrstellung verharrt er um so kürzer, je positiver der Kollektor des Transistors 36 ist, und wiederholt dann den eben beschriebenen Schwingvorgang.

Bei jedem Schwingvorgang wird beim Zunehmen des Stromes in der Ausgangswicklung 38 eine erste Halbwelle und beim darauffolgenden Abnehmen des Stroms eine entgegengesetzt polarisierte zweite Halbwelle erzeugt. Nach der Gleichrichtung durch die Mittelpunkt-Gleichrichterschaltung 38, 52, 53, 54 ergeben diese beiden Halbwellen das in F i g. 2 oben dargestellte Bild. Die erste Halbwelle ist hier mit 61 und die zweite Halbwelle mit 62 bezeichnet. Nach der Gleichrichtung sind beide negativ und bewirken, daß das Potential der Steuerelektrode zeitweilig negativer wird als das Kathodenpotential des steuerbaren HaIbleitergleichrichters 23, so daß dieser während dieser Zeit gesperrt wird. Die Spannung M₂ zwischen seiner Anode und seiner Kathode steigt während dieser Zeit etwa auf den Wert der Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 an, wie das in F i g. 2 unten dargestellt ist.

Je mehr die Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 den gewünschten, am Potentiometerarm 28 eingestellten Wert übersteigt, um so dichter folgen die Schwingungen des Sperrschwing-Oszillators (Transistor 34 und Transformator 35) aufeinander, bis sich das in F i g. 3 dargestellte Bild ergibt, wo das Potential der Steuerelektrode dauernd negativer ist als das der Kathode (Fig. 3, oben), so daß der steuerbare Halbleitergleichrichter 23 überhaupt nicht mehr leitet (Fig. 3, unten). In diesem Falle sinkt die Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 sehr schnell wieder auf den gewünschten Wert ab.

Die beschriebene Schaltungsanordnung hat mehrere Vorteile, u. a. die Möglichkeit, ohne Hilfsspannung anzufahren und die Möglichkeit, den Erregerstrom kontinuierlich von einem Maximum bis zum Wert Null verstellen zu können, und zwar mit einer sehr einfach aufgebauten Anordnung, die mit einer geringen Zahl von Bauelementen auskommt. Dabei ist sie auch gegen starke Spannungsschwankungen unempfindlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

, Berlin bekannt, die Feldwicklung eines Generators

Patentanspruch: mit einer Sicherung und einem Transistor in Reihe

zu schalten. Ein parallel zum Transistor angeordneter

Stromversorgungsanlage für Fahrzeuge, mit Relaiskontakt dient dazu, im Störungsfall die Sicheeinem über einen Brückengleichrichter ein Gleich- 5 rung sofort zum Durchschmelzen zu bringen,
stromnetz speisenden Wechselstromgenerator, ins- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch besondere mit einer Drehstromlichtmaschine, des- eine einfach aufgebaute Anordnung mit einer gerinsen Nebenschlußfeldwicklung über einen Steuer- . gen Zahl von Bauelementen die Möglichkeit zu schafbaren Halbleitergleichrichter mit Strom versorgt fen, den Generator einer Stromversorgungsanlage wird, mit einem an das Gleichstromnetz ange- io ohne Hilfsspannung, d. h. auch bei nicht angeschlossenen Halbleiterspannungsregler, welcher schlossener Batterie, anzufahren und gleichzeitig eine der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiter- Zerstörung der Bauelemente auf einfache und wirgleichrichters Steuersignale zuführt, sowie mit einer kungsvolle Art zu verhindern. Wie die Erfahrung zur Schaltstrecke des steuerbaren Halbleitergleich- zeigt, ist bei Generatoren für Fahrzeuge durch die richters parallelliegenden Reihenschaltung aus 15 ständigen Erschütterungen und durch die oft stark einem bei unter der Sollspannung liegenden mit Streusalz angereicherte, korrodierende Kühlluft Gleichspannung geschlossenen Relaiskontakt und die Gefahr besonders groß, daß in der Feldwicklung einem ohmschen Widerstand von geringem Wider- ein Kurzschluß auftritt, der diese teilweise oder ganz standswert, dadurch gekennzeichnet, * kurzschließt. Als gefährliche Störung ist weiterhin die daß mit dem steuerbaren Halbleitergleichrichter 20 Möglichkeit zu nennen, daß der steuerbare Halbleiter-(23) eine Sicherung (26) in Reihe geschaltet ist, gleichrichter defekt wird.

daß die Reihenschaltung aus der Feldwicklung Diese Aufgabe wird bei einer Stromversorgungs-

(12), dem steuerbaren Halbleitergleichrichter (23) anlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß

und der Sicherung (26) wie auch die Steuerwick- dadurch gelöst, daß mit dem steuerbaren Halbleiter-

lung (57) für den Relaiskontakt (24) an den Aus- 25 gleichrichter eine Sicherung in Reihe geschaltet ist,

gang (14, 15) des Brückengleichrichters (13) ange- daß die Reihenschaltung aus der Feldwicklung, dem

schlossen sind und daß die Reihenschaltung aus steuerbaren Halbleitergleichrichter und der Sicherung

dem Relaiskontakt (24) und dem Widerstand (25) wie auch die Steuerwicklung für den Relaiskontakt

parallel zu der Reihenschaltung aus dem Steuer- an den Ausgang des Brückengleichrichters ange-

baren Halbleitergleichrichter (23) und der Siehe- 30 schlossen und daß die Reihenschaltung aus dem

rung (26) liegt. Relaiskontakt und dem Widerstand parallel zu der

Reihenschaltung aus dem steuerbaren Halbleitergleichrichter und der Sicherung liegt.

, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

35 Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversor- F i g. 2 und 3 Schaubilder zur Erläuterung der Wir-

gungsanlage für Fahrzeuge, mit einem über einen kungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Brückengleichrichter ein Gleichstromnetz speisenden 40 Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung

Wechselstromgenerator, insbesondere mit einer Dreh- zeigt einen Drehstromgenerator 10 .mit einer drei-

stromlichtmaschine, dessen Nebenschlußfeldwicklung phasigen, im Stern geschalteten Wicklung 11 und

über einen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit einer Nebenschlußfeldwicklung 12. Die Wicklung 11

Strom versorgt wird, mit einem an das Gleichstrom- ist mit einem Dreiphasen-Brückengleichrichter 13

netz angeschlossenen Halbleiterspannungsregler, 45 verbunden, der aus sechs Halbleiterdioden besteht,

welcher der Steuerelektrode des steuerbaren Halb- Seine Ausgangsklemmen sind mit einer Plusleitung 14

leitergleichrichters Steuersignale zuführt, sowie mit und einer Minusleitung 15 verbunden, die zusammen

einer zur Schaltstrecke des steuerbaren Halbleiter- ein Gleichstromnetz bilden, an das gegebenenfalls ein

gleichrichter parallelliegenden Reihenschaltung aus Verbraucher 16 sowie über Klemmen 17, 18 eine

einem bei unter der Sollspannung liegenden Gleich- 50 Batterie 19 angeschlossen werden können. Es ist je-

spannung geschlossenen Relaiskontakt und einem doch ein Vorzug der vorliegenden Schaltungsanord-

ohmschen Widerstand von geringem Widerstandswert. nung, daß sie auch ohne Batterie in Betrieb genom-

Solange bei einer Stromversorgungsanlage dieser men und verwendet werden kann, und zwar auch bei

Art der steuerbare Halbleitergleichrichter gesperrt ist, großen Lastschwankungen.

fließt kein Strom in die Feldwicklung. Um eine Selbst- 55 Parallel zur Feldwicklung 12 liegt eine Leerlauferregung beim Anfahren zu ermöglichen, ist es des- ' diode 22. Das eine Ende der Feldwicklung 12 ist mit halb bekannt (französische Patentschrift 1368 351), der Plusleitung 14 verbunden, während das andere diesen steuerbaren Halbleitergleichrichter beim An- Ende mit der Anode eines steuerbaren Halbleiterfahren durch einen mit einem Widerstand in Reihe gleichrichters 23 und einem Pol. eines Schalters'24 geschalteten Relaiskontakt zu überbrücken, der nach 60 verbunden ist, dessen Schaltzustand von der Spandem Anfahren durch die ansteigende Generatorspan- nung des Gleichstromnetzes abhängt. · Sein anderer nung geöffnet wird. Die Einzugswicklung des Relais Pol ist über einen Widerstand 25, dessen Widerist bei dieser bekannten Anordnung zweiphasig an standswert kleiner ist als derjenige der Feldwicklung den Wechselstromausgang des Generators ange- 12 ist, mit der Minusleitung 15 verbunden, mit der schlossen, die Feldwicklung liegt über einem zusatz- 65 auch die Kathode des steuerbaren Halbleitergleichlichen Gleichrichter an einer Phase des Generators. richters 23 über eine Sicherung 26 in Verbindung

Weiterhin ist es aus der Patentschrift Nr. 30 777 steht,

des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost- Der steuerbare Halbleitergleichrichter 23 ist von