DE1538333C3 - Regeleinrichtung für einen selbsterregten Stromerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen selbsterregten Stromerzeuger, dessen Erregerwicklung zusammen mit einem (parallel oder in Reihe zu ihr geschalteten) Thyristor zwischen zwei parallel zueinander an die Enden einer Wicklung des Stromerzeugers angeschlossenen Gleichrichter-Dioden und einem Mittelanzapfungspunkt liegt, bei der eine zur Ausgangsspannung des Stromerzeugers proportionale Spannung, die von zusätzlichen, an die Hauptwicklung des Stromerzeugers angeschlossenen Gleichrichter-Dioden abgeleitet ist, im Vergleich mit einer konstanten Spannung zur Steuerung des Thyristors dient.

Bei einer derartigen Regeleinrichtung, die aus F i g. 6 der USA,-Patentschrift 30 09 091 bekannt ist, sind die Erregerwicklung und der Thyristor an die Enden von zwei Ankerwicklungen einer Drehstrom-Sternschaltung unmittelbar angeschlossen. Diese Regeleinrichtung spricht auf Belastungsänderungen eines Drehstromerzeugers an, ohne irgendwelche Drehgeschwindigkeits-Änderungen zu berücksichtigen.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine befriedigende Regelung vor allem der Generator-Spannung auch bei sehr niedrigen Drehgeschwindigkeiten zu verwirklichen.

Das wird dadurch erreicht, daß die beiden parallel zueinander angeordneten Gleichrichter-Dioden an die Enden einer einphasigen Hilfswicklung des Stromerzeugers, die den Mittelanzapfungspunkt aufweist, über zwei gegenläufig wirkende Drosselspulen angeschlossen sind.

Bei einersolchen Regeleinrichtung erfüllen die Drosselspulen nicht nur den Zweck, den Thyristor, wenn er parallel zur Erregerwicklung liegt, vor einem schädlichen Kurzschlußstrom zu schützen, sondern sie bewirken auch, daß dann, wenn der Stromerzeuger, ausgehend von dem Stillstand und anfänglich sehr niedrigen Drehgeschwindigkeiten, mit hohen Drehgeschwindigkeiten betrieben wird, der Verbraucherstrom ein bestimmtes Maß nicht überschreitet. Das ist von besonderer Bedeutung für Kraftfahrzeug-Lichtmaschinen, die zum Laden von 6-Volt- oder 12-Volt-Batterien dienen. Denn bei solchen Maschinen mußte bisher in Kauf genommen werden, daß die Remanenz-Spannung, wenn die Maschinen bei geringer Ankerdrehzahl eingeschaltet werden, kleiner als die Schwellspannung der Gleichrichter-Dioden im Erregerkreis ist. Derartige Kraftfahrzeug-Generatoren sind im allgemeinen fremdbelüftet, so daß die erfindungsgemäß vorgesehene einphasige Hilfswicklung mit einem verhältnismäßig geringen Kupferquerschnitt ausgeführt werden kann.
Aus Fig. 2 der USA.-Patentschrift 30 42 850 ist es an sich bekannt, eine Erregerwicklung eines Stromerzeugers einerseits über zwei Gleichrichter-Dioden an die Enden einer Hilfswicklung des Stromerzeugers und andererseits an einen Mittelanzapfungspunkt dieser Hilfswicklung anzuschließen. Die Erregerwicklung nach dieser bekannten Schaltung wird in erster Linie von dem gleichgerichteten Verbraucherstrom durchflossen, der lediglich von einem zusätzlichen Gleichstrom überlagert wird, was für den Fall vorgesehen ist, daß die Frequenz, also auch die Drehgeschwindigkeit, konstant ist. Dabei tritt nicht das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem auf, das darauf beruht, daß die Drehzahl des Stromerzeugers in einem großen Bereich — beginnend von Null — schwankt. Außerdem handelt es sich bei dieser bekannten Schaltung nicht um eine Thyristor-Regelung. Aber gerade für eine solche ist die Einrichtung nach der Erfindung besonders vorteilhaft, weil sie keine oder verschwindend kleine Impuls-Intervalle ergibt, so daß eine erwünschte starke Drosselwirkung erzielt wird. Hingegen würde man, wenn die Gleichrichter-Dioden nach dem Vorbild von Fig. 6 der USA.-Patentschrift 30 09 091 durch zwei Phasenwicklungen einer Drehstromschaltung gebildet oder an diese zwei Wicklungen angeschlossen würden, beträchtliche Impuls-Intervalle zwisehen den durch die Gleichrichter-Dioden gleichgerichteten Halbwellen erhalten.

An sich ist es aus der USA.-Patentschrift 31 64 765 bei einer Regeleinrichtung für einen selbsterregten Stromerzeuger bekannt, eine zur Ausgangsspannung des Stromerzeugers proportionale Spannung von drei zusätzlichen, an die Hauptwicklung des Stromerzeugers angeschlossenen Gleichrichter-Dioden abzuleiten. ... ■
Ferner ist es aus der deutschen Auslegeschrift 11 53 448 an sich bekannt, die Ausgangsspannung eines mit veränderlicher Drehgeschwindigkeit betriebenen Drehstromerzeugers mit Hilfe eines parallel zu oder in Reihe mit einer Erregerwicklung angeordneten Thyristors unter dem Einfluß einer zur Ausgangsspannung proportionalen Spannung in Vergleich mit einer konstanten Spannung zu regeln. Hierbei ist aber die Erregerwicklung über einen Gleichrichter und eine starke Drossel, vorzugsweise eine Luftspaltdrossel, an einen vom Stromerzeuger gespeisten Transformator angeschlossen. Demgegenüber wird durch die Erfindung eine Kosten- und Platzersparnis erzielt, weil der Transformator wegfällt und dank der Induktivität der erfindungsgemäß verwendeten einphasigen Hilfswicklung eine so große Drossel wie bei der bekannten Einrichtung nicht benötigt wird.

F i g. 1 und 2 der Zeichnung sind Schaltbilder von Kraftfahrzeug-Lichtmaschinen-Anlagen zur Veranschaulichung von zwei Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes.

Die dreiphasige Hauptwicklung 1 des Stromerzeugers liefert über den Hauptgleichrichter, der aus sechs Dioden 2, 3 in Graetzschaltung besteht, den Ladestrom für die Akkumulatoren-Batterie 4 sowie den

Strom für nicht dargestellte, parallel zur Batterie geschaltete Verbraucher.

Der Erregerstrom wird durch eine einphasige Hilfswicklung 5 mit Doppelweggleichrichtung über zwei Dioden 6 an die Erregerwicklung 7 geliefert. Die Dioden 6 sind mit ihren Anoden über Leitungen 8 an die beiden Enden der Hilfswicklung 5 angeschlossen. Die Kathoden der Dioden 6 sind vereinigt und durch eine Leitung 9 mit dem einen Ende der Erregerwicklung 7 verbunden. Das andere Ende der Erregerwicklung ist durch eine Leitung 10 an einen Mittelanzapfpunkt 11 der Hilfswicklung 5 angeschlossen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist ein Thyristor 12 parallel zu der Erregerwicklung 7 geschaltet. Er liegt in einer von der Leitung 9 abgezweigten Leitung 13, die zum Minus-Pol der Batterie 4 führt, der seinerseits durch eine Leitung 14 mit dem Punkt der Erregerwicklung 7 verbunden ist, der an den Mittelanzapfpunkt 11 angeschlossen ist. Die Anode des Thyristors 12 ist den Kathoden der Dioden 6 zugewandt.

Zum Aussteuern des Thyristors in Abhängigkeit von der Spannung der Batterie 4 wird der Spannungsabfall an einem Widerstand 15 herangezogen. Das eine Ende dieses Widerstandes ist durch eine Leitung 16 über einen weiteren Widerstand 17 an die Kathoden dreier zusätzlicher Dioden 18 des Hauptgleichrichters angeschlossen. Die Dioden 18 liegen parallel zu den Dioden 2 des Hauptgleichrichters, deren Kathoden mit dem Pluspol der Batterie 4 verbunden sind. Das andere Ende des Widerstandes 15 ist an die Leitung 13 angeschlossen und demnach einerseits mit dem Minuspol der Batterie 4 und andererseits mit der Kathode des Thyristors 12 verbunden. Ein Punkt 19, der zwischen den Widerständen 15 und 17 liegt, ist über eine Zenerdiode 20 an die Steuerelektrode des Thyristors 12 angeschlossen. Die Anode der Zenerdiode 20 ist nach der Steuerelektrode hin gewendet.

Eine Zweigleitung 21, welche die Kathoden der Dioden 18 mit dem Minuspol der Batterie 4 verbindet und einen Widerstand 22 enthält, ist durch eine Leitung 23 über einen Trennschalter 24 und eine Signallampe 25 mit dem Pluspol der Batterie 4 verbunden. Parallel zu dem Widerstand 15 ist ein Glättungs-Kondensator 26 geschaltet.

In den Leitungen 8 befinden sich zwei Drosseln 27 und 28 in solcher Anordnung, daß sie in einander entgegengesetzten Richtungen von Strom durchflossen werden.

Wenn nach dem Einschalten der Lichtmaschine bei zunächst geringer Drehzahl die erzeugte Spannung noch nicht ausreicht, um die Spannung der Batterie 4 zu überwinden, besteht ein Spannungsabfall zwischen dem Pluspol der Batterie 4 und den Kathoden der Dioden 18. Es fließt daher bei geschlossenem Trennschalter 24 durch die Leitung 23 ein Strom, so daß die Signallampe 25 aufleuchtet. Der von den Dioden 18 zu den Dioden 3 des Hauptgleichrichters fließende Strom bewirkt in dem Widerstand 15 einen Spannungsabfall. Da dieser zunächst kleiner ist als die Sperrspannung der Zenerdiode 20, ist der Thyristor 12 gesperrt, d. h. er hat einen sehr großen Widerstand. Infolgedessen fließt der von der Hilfswicklung 5 gelieferte und durch die Dioden 6 gleichgerichtete Strom in voller Höhe durch die Erregerwicklung 7. Dabei wird schon bei sehr geringer Drehzahl durch die Hilfswicklung 5 eine genügend große Remanenzspannung erzeugt, so daß ohne nennenswerte Verzögerung die Schwellspannung der Dioden 6 überwunden wird.

Wenn dann die Spannung am Hauptgleichrichter die Batteriespannung erreicht, erlischt die Signallampe 25. In dem Maße, indem sich die von der Lichtmaschine erzeugte Spannung erhöht, steigt der Spannungsabfall an dem Widerstand 15. Wenn diese den Sollwert im Ausmaß der zulässigen Regelabweichung übersteigt, wird der Spannungsabfall am Widerstand 15 um so viel größer als die Sperrspannung an der Zenerdiode 20, daß der Thyristor 12 geöffnet, also die Erregerwicklung 7 kurzgeschlossen wird. Wenn infolgedessen die Spannung am Hauptgleichrichter abnimmt und damit der Spannungsabfall am Widerstand 15 kleiner wird als die Sperrspannung an der Zenerdiode 20, unterschreitet die Steuerspannung an dem Thyristor 12 den kritischen Wert. Es wird daher der große Widerstand des Thyristors wieder hergestellt, sobald die von den Dioden 6 gelieferte Schwellspannung wieder zu null wird. Es fließt daher durch die Erregerwicklung 7 wieder der volle Erregerstrom.

Dieses Spiel wiederholt sich, so daß durch eine Zweipunktregelung jeweils der Erregerstrom einen solchen mittleren Wert erhält, daß die Spannung am Ausgang des Hauptgleichrichters bis auf die zulässige Regelabweichung konstant gehalten wird.

Die beim Öffnen des Thyristors 12 auftretenden Kurzschlußströme werden durch die Induktiivitäten, welche die Hilfswicklung 5 sowie die Drosseln 27, 28 besitzen, auf ein zulässiges Ausmaß beschränkt.

Die Schaltung nach F i g. 2 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 dadurch, daß der Thyristor 12 nicht parallel zur Erregerwicklung 7, sondern mit dieser in der Leitung 9 in Reihe geschaltet ist. Demgemäß ist, abweichend von der Schaltung nach F i g. 1, der Punkt 19 zwischen den Widerständen 15 und 17 mit der Leitung 9 und sonach mit der Kathode des Thyristors 12 verbunden, während die Anode der Zenerdiode 20 an die Leitung 13 und ihre Kathode an die Steuerelektrode des Thyristors 12 angeschlossen ist, die außerdem durch eine Leitung 29 mit einem parallel zum Widerstand 17 liegenden Widerstand 30 an die Leitung 16 angeschlossen ist.

Wenn die Spannung am Hauptgleichrichter den Sollwert im Ausmaß der zulässigen Regelabweichung übersteigt, überwiegt der Spannungsabfall am Widerstand 15 die Sperrspannung der Zenerdiode 20 derart, daß der Thyristor 12 gesperrt, also der Erregerstrom unterbrochen wird. Das Sperren des Thyristors 12 erfolgt auch hierbei jeweils dann, wenn die von den Dioden 6 gelieferte Schwellspannung zu null wird. Wenn dann wegen der verringerten Erregung die von der Lichtmaschine erzeugte Spannung absinkt und demgemäß der Spannungsabfall an dem Widerstand 15 kleiner wird, als die Sperrspannung der Zenerdiode 20, wird der Thyristor 12 geöffnet, so daß nunmehr der volle Erregerstrom durch die Erregerwicklung 7 fließt. Auch hierdurch wird mit einer Zweipunktregelung jeweils ein solcher mittlerer Erregerstrom verwirklicht, daß die Spannung am Hauptgleichrichter bis auf die zulässige Regelabweichung konstant bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regeleinrichtung für einen selbsterregten Stromerzeuger, dessen Erregerwicklung zusammen mit einem (parallel oder in Reihe zu ihr geschalteten) Thyristor zwischen zwei parallel zueinander an die Enden einer Wicklung des Stromerzeugers angeschlossenen Gleichrichter-Dioden und einem Mittelanzapfungspunkt liegt, bei der eine zur Ausgangsspannung des Stromerzeugers proportionale Spannung, die von zusätzlichen, an die Hauptwicklung des· Stromerzeugers angeschlossenen Gleichrichter-Dioden abgeleitet ist, im Vergleich mit einer konstanten Spannung zur Steuerung des Thyristors dient, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallel zueinander angeordneten Gleichrichter-Dioden (6) an die Enden einer einphasigen Hilfswicklung (5) des Stromerzeugers, die den Mittelanzapfungspunkt (11) aufweist, über zwei gegenläufig wirkende Drosselspulen (27, 28) angeschlossen sind. ■