DE1613993C - Stromversorgungseinrichtung fur Fahr zeuge - Google Patents

Description

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wenigstens ein Teil der gleichrichtenden Elemente in einrichtung mit einem Drehstromgenerator, mit einem

Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteri- Dreiphasen-Brückengleichrichter, einem Halbleiter-

stik aufweist, wobei die Durchbruchspannung über Spannungsregler und mit Verbrauchern,

der Generator-Sollspannung liegt. Fig. 2a, 2b Schaubilder zum Erläutern der Wir-

Mit dieser Maßnahme werden zwei Ziele erreicht: 5 kungsweise der Einrichtung nach F i g. 1,
Erstens verursachen Überspannungen, die von an- Fig. 3a, 3b Darstellungen eines Teils des Ausgeschlossenen Verbrauchern kommen, bei diesen führungsbeispiels nach F i g. 1,
beiden gleichrichtenden Elementen einen Spannungs- F i g. 4 eine Ausführungsform eines Laststromdurchbruch, d. h., diese gleichrichtenden Elemente gleichrichters für die Einrichtung nach F i g. 1,
begrenzen von außen kommende Überspannungen. io Fig. 5a bis 5c Darstellungen eines Teils eines Und zweitens begrenzen diese gleichrichtenden EIe- zweiten Ausführungsbeispiels mit für verschiedene mente auch bei zwei von den drei Phasenwicklungen Zeitpunkte eingezeichneten Strömen und
des Drehstromgenerators in diesen induzierte Über- F i g. 6 eine Darstellung eines Teils eines dritten Spannungen auf zulässige Werte. Die an der dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Phase auftretenden Überspannungen werden zwar 15 F i g. 1 zeigt eine Einrichtung mit einem Drehstromnicht vollständig begrenzt, treten aber nur während generator 1, welcher drei K-geschaltete Phasenwickeines Bruchteils jeder Phase auf und können durch lungen 2, 3, 4 hat, deren Anschlüsse mit U, V und W einen angeschlossenen Siebkondensator od. dgl. leich- bezeichnet sind. Der Drehstromgenerator 1 hat ferner ter begrenzt werden. eine Erregerwicklung 5, die in bekannter Weise relativ

Mit Vorteil wird der Drehstromgenerator so aus- 20 zu den Phasenwicklungen 2, 3, 4 drehbar ist und in gebildet, daß der die in Sperrichtung eine Spannungs- diesen drei um 120° gegeneinander versetzte Wechseldurchbruchscharakteristik aufweisenden gleichrich- spannungen induziert, deren Größe von der Höhe des tenden Elemente enthaltende Dreiphasen-Brücken- Stromes in der Erregerwicklung 5 abhängig ist.
gleichrichter der Laststromgleichrichter des Dreh- Jede der Phasen TJ, V, W ist über je ein gleichstromgenerator ist. Die gleichrichtenden Elemente 25 richtendes Element mit einer Plusleitung 6 und einer des Laststromgleichrichters müssen entsprechend dem an Masse angeschlossenen Minusleitung 7 verbunden, höchsten vorkommenden Laststrom kräftig bemessen Bei der Phase U und V sind dies je ein übliches Gleich- und gut gekühlt sein. Sie sind also zur Aufnahme der richterelement 8 und 9 bzw. 10 und 11, z. B. sobei Überspannungen kurzzeitig auftretenden Über- genannte Siliziumdioden. Bei der Phase W sind es lastungen besonders gut geeignet. 30 zwei gleichrichtende Elemente 12, 13, die in Sperr-

Die Durchbruchsspannung dieser gleichrichtenden richtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufElemente wird mit Vorteil auf einen Wert festgelegt, weisen, z. B. Zenerdioden. Die gleichrichtenden EIeder jeweils mindestens 5 °/o höher liegt als die Regel- mente 8 bis 13 bilden also zusammen einen Dreiphasenspannung, auf die der zugeordnete Halbleiter-Span- Brückengleichrichter, der als Laststromgleichrichter nungsregler eingestellt ist. 35 des Drehstromgenerators 1 dient und über Ver-

Mit Vorteil wird der Drehstromgenerator dabei so bindungsklemmen 14, 15 eine Batterie 16 speist, und

ausgebildet, daß im Dreiphasen-Brückengleichrichter an den über einen Schalter 17 Leuchten 18 (z. B.

mindestens vier gleichrichtende Elemente in ihrer Fahrzeugscheinwerfer) und über einen Schalter 19 ein

Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteri- induktiver Verbraucher 20, z. B. ein Anlasser (Starter),

stik aufweisen. Während jeder Periode der Drei- 40 angeschlossen werden können.

phasen spannung wechselt dabei die Belastung mehr- Die Phasen U, V, W sind außerdem über drei mais zwischen den einzelnen gleichrichtenden EIe- gleichrichtende Elemente 23 mit einer Leitung 22 vermenten mit Spannungsdurchbruchscharakteristik, mit bunden. Die gleichrichtenden Elemente 23 bilden zuanderen Worten, die Belastung verteilt sich auf mehrere sammen mit den drei gleichrichtenden Elementen 9, gleichrichtende Elemente, und diese können dadurch 45 H, 13 einen zweiten Dreiphasen-Brückengleichrichter kleiner sein, als wenn die gesamte Leistung von einem zur Stromversorgung der Erregerwicklung 5 und eines einzigen gleichrichtenden Element übernommen wer- Halbleiter-Spannungsreglers 21, der den Strom in der den müßte. Erregerwicklung 5 steuert. Auch dieser zweite Brücken-

Mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen erreicht gleichrichter hat einen Plus- und einen Minusanschluß, man auch, daß bei Betrieb des Drehstromgenerators 1 50 nämlich die Leitung 22 und die Leitung 7. Wie ersichtohne Batterie die Güte der Regelung im stationären Hch, ist die Spannung zwischen den Leitungen 6 und 7 Betrieb wesentlich verbessert wird. Dies hat seinen etwa gleich groß wie die Spannung zwischen den Grund darin, daß die normalerweise bei der Kommu- Leitungen 22 und 7, an die der Spannungsregler 21 tierung des Stromes zwischen den einzelnen gleich- angeschlossen ist. Der Spannungsregler 21 regelt desrichtenden Elementen 8 bis 13 des Laststromgleich- 55 halb — über das Regeln der Ausgangsspannung richters entstehenden Spannungsspitzen sehr stark ver- zwischen den Leitungen 22 und 7 — indirekt auch die ringert werden. Bei einem Drehstromgenerator für Ausgangsspannung zwischen den Leitungen 6 und 7. eine 12-V-Anlage können diese Spannungsspitzen Der Spannungsregler 21 ist wie folgt aufgebaut: Werte bis zu 40 V haben und stören deshalb den Ein Widerstand 24 ist mit seinem einen Anschluß an Betrieb des Spannungsreglers 21 erheblich. Durch die 60 die Leitung 22 und mit seinem anderen Anschluß Erfindung werden diese Spannüngsspitzen auf einen über einen Verbindungspunkt 25 an einen Widerstand wesentlich niedrigeren Wert, z. B. 18 V, begrenzt, und 26 angeschlossen, der seinerseits über einen als Abgriff stören deshalb nicht mehr. 27 dienenden Verbindungspunkt und einen WiderWeiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus stand 28 mit Masse verbunden ist. Die Widerstände 24, den Ansprüchen 5 bis 7. Im folgenden sind an Hand 65 26, 28 bilden also zusammen einen Spannungsteiler, der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung der an eine Ausgangsspannung des Drehstromerläutert. Es zeigt generators 1 angeschlossen ist. Zwischen dem Ver-

F i g. 1 ein Schaltbild einer Stromversorgungs- bindungspunkt 25 und Masse liegt ein Glättungs-

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kondensator 29, der kurzzeitige Spannungsschwan- laufend mit einer Umschaltfrequenz, die z. B. zwischen

kungen zwischen den Leitungen 7 und 22 glättet. 10 und 100 Hz liegen kann. Dadurch wird die Aus-

Die Kathode einer als nichtlineares Glied dienenden gangsspannung des Drehstromgenerators 1 im statio-

Zenerdiode 32 ist an den Abgriff 27 angeschlossen. nären Betrieb, d. h. bei Betrieb mit konstanter Last,

Die Anode der Zenerdiode 32 ist mit der Basis eines 5 sehr genau auf dem gewünschten Wert gehalten. Dies

als Steuertransistor dienenden npn-Transistors 33 ver- gilt besonders für den Betrieb mit angeschlossener

bunden, dessen Emitter, ebenso wie der Emitter eines Batterie 16, da diese elektrisch wie ein großer Konden-

zweiten npn-Transistors 34, direkt mit Masse ver- sator wirkt und Spannungsschwankungen weitgehend

bunden ist. Ein Widerstand 35 liegt zwischen der Basis ausgleicht,

des Transistors 33 und Masse. io Beim Einschalten des Starters 20 mit Hilfe des

Der Kollektor des Transistors 33 ist direkt mit der Schalters 19 wird durch dessen Induktivität zwischen

Basis des Transistors 34 und, über einen Wider- den Leitungen 6 und 7 eine Überspannung induziert,

stand 36, mit der Leitung 22 verbunden. Der Kollektor Ihre negative Halbwelle (Leitung 6 negativ, Leitung 7

des Transistors 34 ist mit dem einen Anschluß der positiv) wird durch die Gleichrichterelemente 8 bis 11

Erregerwicklung 5 und, über einen Widerstand 36, 15 kurzgeschlossen. Ihre positive Halb welle (Leitung 6

mit dem Abgriff 27 verbunden. Der andere Anschluß z. B. kurzzeitig um 50 V positiver als die Leitung 7)

der Erregerwicklung 5 ist, ebenso wie die Kathode wird dadurch in ihrer Höhe begrenzt, daß die beiden

einer ihr parallelgeschalteten Diode 38, an die Leitung gleichrichtenden Elemente 12 und 13 in Sperrichtung

22 angeschlossen. leitend werden. Ist z. B. der Spannungsregler 21 auf

Zwischen der Leitung 22 und der Plusleitung 6 liegt 20 eine Spannung von 14 V eingestellt, so wählt man

die Serienschaltung einer Ladeanzeigelampe 40 und zweckmäßig bei jedem der gleichrichtenden Elemente

eines Zündschalters 41. 12 und 13 die Durchbruchsspannung in Sperrichtung

Der Spannungsregler 21 arbeitet wie folgt: Wenn zu 17 bis 18 Volt. Die Spannung zwischen den der Drehstromgenerator 1 eine zu niedrige Spannung Leitungen 6 und 7 wird dann durch die beiden gleichabgibt, ist die Spannung am Abgriff 27 so niedrig, 25 richtenden Elemente 12 und 13 auf etwa 38 Volt daß die Zenerdiode 32 sperrt und der Transistor 33 begrenzt. Diese Spannung ist ungefährlich für den keinen Basisstrom erhält, also nicht leitet. Sein Halbleiter-Spannungsregler 21.

Kollektor hat dann positives Potential gegenüber der Ist die Batterie 16 ausgebaut oder ist eine der Leitung 7, so daß im Transistor 34 ein Basisstrom Verbindungsklemmen 14 oder 15 nicht richtig anfließt und dieser Transistor leitend ist, wodurch ein 30 geschlossen, so steigt die Ausgangsspannung Ua des Strom durch die Errgerwicklung 5 fließt und sich die Drehstromgenerators 1, also die Spannung zwischen Ausgangsspannung des Drehstromgenerators 1 erhöht. den Leitungen 6 und 7 bzw. 22 und 7 außerordentlich

Der Kollektor des Transistors 34 hat dabei etwa stark an, wenn ein Verbraucher 18 oder 20 plötzlich das Potential der Minusleitung7, so daß in diesem abgeschaltet wird. Fig. 2a zeigt einen solchen Fall der Widerstand 37 so wirkt, als wäre er zwischen 35 Spannungsanstieg 45 der Ausgangsspannung (79, der den Abgriff 27 und Masse geschaltet. Er verringert vom Spannungsregler 21 erst nach etwa 0,5 Sekunden also die Spannung am Teilwiderstand 28 des Span- wieder auf die Nennspannung zurückgeführt werden nungsteilers 24, 26, 28 und hält dadurch den Steuer- kann. Dabei kann, wie in F i g. 2a und 2b dargestellt, transistor 33 und die Zenerdiode 32 voll gesperrt. die Ausgangsspannung plötzlich von 14 auf 250 V Steigt die Ausgangsspannung des Drehstromgenera- 40 springen, wenn eine größere Last abgeschaltet wird, tors 1, so wird das Potential des Abgriffs 27 schließlich z. B. bei einem Fahrzeug alle Verbraucher (Lampen, so positiv, daß die Zenerdiode 32 zu leiten beginnt und Heizung, Radio usw.) gleichzeitig abgeschaltet werden. im Transistor 33 ein Basisstrom fließt, so daß dieser Dieser Spannungssprung hat normalerweise die Zerebenfalls beginnt, leitend zu werden. Dabei nimmt sein störung des Halbleiter-Spannungsreglers 21 zur Folge, Kollektorstrom stark zu, wodurch der Basisstrom des 45 und deshalb ist bei solchen Halbleiter-Spannungs-Transistors 34 abnimmt. Hierbei wird das Kollektor- reglern der Betrieb ohne Batterie gewöhnlich nicht potential des Transistors 34 positiver und erreicht zulässig. Dieser Spannungsanstieg hat seinen Grund etwa das Potential der Leitung 22. Der Widerstand 37 darin, daß z. B. bei einer Leistung des Drehstromwirkt also jetzt so, als wäre er zwischen den Abgriff 27 generators 1 von 500 W der Strom in der Erregerund die Leitung 22 geschaltet, d.h., er erhöht das 50 wicklung 5 etwa 2 A beträgt; dieser Erregerstrom Potential des Abgriffs 27, z. B. um 0,2 V. Die Zener- fließt auch nach dem Abschalten der Last kurzzeitig diode 32 wird durch diese Potentialerhöhung voll — über die Diode 38 — in der Erregerwicklung 5 leitend, der Transistor 33 erhält seinen vollen Basis- weiter, auch wenn der Transistor 34 gesperrt ist. Das strom und wird gleichfalls voll leitend. Hierdurch hohe Erregerfeld induziert dann in den unbelasteten wird der Transistor 34 voll gesperrt. 55 Phasenwicklungen 2, 3, 4 sehr hohe Spannungen,

Der Widerstand 37 wirkt also als Mitkopplung, die wobei beträchtliche Leistungen frei werden, z. B., wie

ein sehr rasches Umschalten des Transistors 34 aus in F i g. 2 b dargestellt, über 100 Wattsekunden. Diese

seinem ausgeschalteten in seinen eingeschalteten Zu- Energie führt zur Zerstörung der Transistoren 33

stand, und umgekehrt, bewirkt. Dadurch wird eine und/oder 34.

wesentlich höhere Belastung des Transistors 34 er- ^6o Durch die beiden gleichrichtenden Elemente 12, 13

möglicht, da die Verluste in ihm nur klein sind, wenn mit Spann ungsdurchbruchscharakteristik wird diese

er voll durchgesteuert, also voll leitend ist. Spannung im wesentlichen auf einen ungefährlichen

Durch die Sperrung des Transistors 34 sinkt der Wert begrenzt, wie das in F i g. 2 a durch das dick

Strom in der Erregerwicklung 5 — der in diesem Falle ausgezogene Kurventeil 46 dargestellt ist.

durch die Diode 38 weiterfließt — exponentiell ab, ⁶5 Zur Erklärung dieser Begrenzung wird auf die

wodurch auch die Ausgangsspannung des Drehstrom- F i g. 3 a und 3 b hingewiesen, die die Ströme in den

generators 1 wieder absinkt. gleichrichtenden Elementen 12 und 13 bei einer Über-

Dieses beschriebene Schaltspiel wiederholt sich spannung zeigen. Diese Figuren zeigen jeweils einen

Ausschnitt aus der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung und für verschiedene Zeitpunkte kurz nach dem Öffnen des Schalters 17. Dabei wird angenommen, daß vorher eine große Zahl von Verbrauchern 18 angeschlossen gewesen war, daß nach dem Öffnen des Schaltersl7 keine Verbraucher mehr angeschlossen sind und daß die Batterie 16 nicht angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung des Drehstromgenerators 1 steigt dann beim Öffnen des Schalters 17 sehr stark an.

In Fi g. 3 a sind die Ströme eingezeichnet, die bei Überspannungen zwischen den Phasen V und W entstehen. Ist die Phase V positiv gegenüber W, so fließt der (in Fig. 3 a gestrichelt eingezeichnete) StTOmZ₁, und zwar von der Phase V über das Gleichrichterelement 10 zur Kathode des gleichrichtenden Elements 12, das bei einer Spannung von z. B. 18 V in Sperrrichtung leitend wird, und von der Anode des gleichrichtenden Elements 12 zurück zur Phase W. Diese Spannung wird also auf etwa 19 V begrenzt. Ist die Phase ^positiver als die Phase V, so fließt ein Strom Z₂ (in F i g. 3 a mit durchgehenden Linien eingezeichnet) von der Phase W zur Kathode des gleichrichtenden Elements 13, das bei Überspannung in Sperrichtung leitend wird, und von seiner Anode über das Gleichrichterelement 11 zurück zur Phase V. Auch diese Spannung wird also z. B. auf etwa 19 V (entsprechend der gewählten Durchbruchsspannung des Elements 13) begrenzt.

F i g. 3 b zeigt die Ströme für den Fall, daß zwischen den Phasen U und W eine Überspannung liegt. Ist U positiver als W, so fließt ein Strom Z₃ (gestrichelt eingezeichnet) von U über die gleichrichtenden Elemente 8 und 12 nach W. Ist umgekehrt W positiver als U, so fließt ein Strom Z₄ (mit ununterbrochenen Linien eingezeichnet) von W über die gleichrichtenden Elemente 13 und 9 nach TJ. Die Spannung zwischen W und U wird also ebenfalls auf etwa 19 V begrenzt. Die Spannung zwischen U und V wird bei der Einrichtung nach F i g. 1 indirekt durch die Begrenzung der Spannung an den anderen Phasen mitbegrenzt, da die Phasenwicklungen des Drehstromgenerators 1 ständig wenigstens einen der Ströme I₁ bis Z⁴ erzeugen und deshalb dauernd belastet sind. F i g. 3 c zeigt ein Oszillogramm der Ausgangsspannung zwischen den Leitungen 6 und 7.

Wie man sieht, werden bei der Einrichtung nach F i g. 1 die gleichrichtenden Elemente 12 und 13 bei Überspannungen sehr stark belastet. Es ist deshalb notwendig, sie besonders gut zu kühlen. Hierfür kann man besondere Kühlkörper mit entsprechender Wärmekapazität vorsehen. Bei den üblichen Gleichrichterkonstruktionen, bei denen je drei Gleichrichter auf einem gemeinsamen Kühlblech angeordnet sind, das gleichzeitig als Stromleiter dient, werden die gleichrichtenden Elemente 12 und 13 mit Vorteil jeweils in der Mitte ihrer Kühlplatte angeordnet, um eine optimale Kühlung zu erreichen. F i g. 4 zeigt eine solche Anordnung mit zwei Kühlplatten 6' (positive Polarität) und T (negative Polarität), wobei auf der Kühlplatte 6' die drei Elemente 8, 10, 12 und auf der Kühlplatte T die drei Elemente 9, 11, 13 angeordnet sind. Die Elemente 12 und 13 befinden sich in der Mitte. Die Wärme kann also von ihnen in beiden Richtungen abfließen. Da Überlastungen beim Abschalten nur sehr kurzzeitig auftreten, hat sich diese Anordnung als sehr brauchbar erwiesen. Die Kühlplatten 6' und T werden, wie ersichtlich, durch eingespritzte Abstandhalter 47, 48 zusammengehalten.

Die F i g. 5a bis 5c zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Dreiphasen-Brückengleichrichter vier gleichrichtende Elemente 10', 11', 12, 13 vorgesehen sind, welche in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweisen. Die Verteilung dieser vier Elemente auf die insgesamt sechs gleichrichtenden Elemente eines Dreiphasen-Brückengleichrichters ist an sich beliebig. Wegen der Kühlung hat sich aber die in den Fig. 5a bis 5c dargestellte Anordnung als besonders günstig erwiesen, wie im folgenden noch erläutert wird.

Die Einrichtung nach den Fig. 5a bis 5c unterscheidet sich dadurch von der Einrichtung nach F i g. 1, daß die gleichrichtenden Elemente 10 und 11 der F i g. 1 ersetzt worden sind durch gleichrichtende Elemente 10' und 11' mit einer in Sperrichtung wirksamen Spannungsdurchbruchscharakteristik.

F i g. 5 a zeigt die Ströme für den Fall, daß zwischen den Phasen U und V eine Überspannung liegt. Ist V positiver als U, so fließt ein Strom Z₅ von V über die gleichrichtenden Elemente 8 und 10' nach U, wobei das gleichrichtende Element 10' in Sperrichtung durchflossen wird. Ist dagegen U positiver als V, so fließt ein Strom I₆ von U über die gleichrichtenden Elemente 9 und 11' nach V. In beiden Fällen wird die Spannung auf die Durchbruchsspannung der gleichrichtenden Elemente 10' bzw. 11' begrenzt.

F i g. 5 b zeigt die Ströme für den Fall, daß zwischen U und W eine Spannung liegt. Ist U positiver als W, so fließt ein Strom/, von U über die gleichrichtenden Elemente 8 und 12 nach W. Ist umgekehrt W positiver als U, so fließt ein Strom /₈ von W über die gleichrichtenden Elemente 13 und 9 nach U. Durch die Ströme I₁ und /₈ wird die Spannung zwischen U und W ebenfalls auf die Durchbruchsspannung der gleichrichtenden Elemente 12 bzw. 13 begrenzt.

Fi g. 5 c schließlich zeigt die Ströme für den Fall, daß zwischen V und W eine Spannung liegt. Ist W positiver als V, fließen zwei Ströme /₉ und I₉' zwischen W und V: Der Strom I₉ fließt von W über die gleichrichtenden Elemente 12 und 10' nach V; und der Strom I₉ fließt von W über die gleichrichtenden Elemente 11' und 13 nach V. Ist umgekehrt V positiver als W, so fließen zwei Ströme Z₁₀ und Z₁₀' zwischen V und W: Der Strom Z₁₀ fließt von V über die gleichrichtenden Elemente 12 und 10' nach W; und der Strom Z₁₀' fließt von V über die gleichrichtenden Elemente 11' und 13 nach W. Die Ströme Z₉ und Z₉' bzw. Z₁₀ und Z₁₀' sind jeweils etwa gleich groß, belasten die gleichrichtenden Elemente 10', 11', 12 und 13 also jeweils etwa gleich stark, so daß sich die Leistung hier auf vier gleichrichtende Elemente verteilt, während es bei den Fällen nach den F i g. 5 a und 5 b nur jeweils zwei gleichrichtende Elemente sind. Bildet man auch die gleichrichtenden Elemente 8 und 9 als Elemente mit in Sperrichtung wirksamer Spannungsdurchbruchscharakteristik aus, so verteilt sich auch in den Fällen der Fig. 5a und 5b die Leistung jeweils auf vier gleichrichtende Elemente. In jedem Fall werden die einzelnen gleichrichtenden Elemente 10', 11', 12 und 13 jeweils mit Unterbrechungen belastet, wobei auf jede dieser gleichrichtenden Elemente jeweils nur ein Teil der zu vernichtenden Leistung entfällt.

F i g. 6 zeigt eine Einrichtung, bei der auch eines der drei gleichrichtenden Elemente 23, nämlich das rechte gleichrichtende Element 23' in F i g. 6 in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweist. In gleicher Weise sind die gleichrichtenden Elemente 9',

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11', 12 und 13 des Laststromgleichrichters ausgebildet. Bei Überspannungen liegt dann das gleichrichtende Element 23' elektrisch parallel zum gleichrichtenden Element 12 und entlastet dadurch letzteres. Außerdem begrenzen die gleichrichtenden Elemente 23' und 13 zusammen die Spannung zwischen den Leitungen 22 und 7. Zweckmäßig wird die Durchbruchsspannung des gleichrichtenden Elements 23' höher gewählt als diejenige des gleichrichtenden Elements 13.

Selbstverständlich können bei der Einrichtung nach F i g. 6 auch alle gleichrichtenden Elemente eine Spannungsdurchbruchscharakteristik in Sperrichtung aufweisen; dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und oft auch deshalb nicht erwünscht, weil solche

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gleichrichtende Elemente teurer sind als gewöhnliche Gleichrichterelemente (ζ. Β. als Siliziumdioden).

Auch bei F i g. 6 werden die einzelnen gleichrichtenden Elemente mit Spannungsdurchbruchscharakteristik zweckmäßig so auf ihren Kühlplatten (vgl. 6' und 7' in F i g. 4) angeordnet, daß sie besonders gut gekühlt werden. Man erkennt, daß auf der Kühlplatte für die drei gleichrichtenden Elemente 9', 11' und 13 bei Überspannungen wesentlich mehr Wärme ίο entstehen wird als auf der Kühlplatte für die gleichrichtenden Elemente 8,10 und 12. Die Anordnung der Laststromgleichrichter nach den Fig. 5a bis 5c ist deshalb vorzuziehen, da bei ihr die entstehende Verlustwärme gleichmäßig auf beide Kühlplatten verteilt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Stromversorgungseinrichtung für Fahrzeuge mit einem Drehstromgenerator, dessen Erregerwicklung zum Anschluß an einen von einer Ausgangsspannung des Generators steuerbaren Halbleiter-Spannungsregler vorgesehen ist, mit einem Dreiphasen-Brückengleichrichter, der jede Phase des Generators über je ein gleichrichtendes EIement mit einem Plus- und einem Minusanschluß verbindet, und mit einer Einrichtung zum Schutz des Spannungsreglers und weiterer Verbraucher gegen Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Hälfte des Brückengleichrichters wenigstens ein Teil der gleichrichtenden Elemente (12, 13.; 10, 11, 12, 13; 9, 11, 12,13) in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweist, wobei die Durchbruchsspannung über der Generator-Sollspannung liegt. .

   2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die in Sperrrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweisenden gleichrichtenden Elemente (12,13) enthaltende Dreiphasen-Brückengleichrichter der Laststromgleichrichter (8 bis 13) des Drehstromgenerators (1) ist.

   3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei Kühlkörpern, auf denen jeweils mehrere gleichrichtende Elemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer unter der Zahl der im Dreiphasen-Brückengleichrichter vorgesehenen gleichrichtenden EIemente liegenden Anzahl von in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweisenden gleichrichtenden Elementen (12,13) die Differenz zwischen der Zahl der auf dem einen Kühlkörper (6') angeordneten, in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweisenden gleichrichtenden Elemente (12) und der Zahl der in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweisenden gleichrichtenden Elemente (13) auf dem anderen Kühlkörper (7) höchstens gleich Eins ist. ·

   4. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Erregerwicklung (5) und des Halbleiter-Spannungsreglers (21) an die drei Phasen (U, V, W) drei zusätzliche gleichrichtende EIemente (23) angeschlossen sind, die zusammen mit gleichrichtenden Elementen (9, 11, 13) des Last-Stromgleichrichters (8 bis 13) einen zweiten Dreiphasen-Brückengleichrichter bilden, und daß mindestens eines dieser zusätzlichen gleichrichtenden Elemente (23') in Sperrichtung eine Spannungsdurchbruchscharakteristik aufweist.

   5. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer unter der Zahl der im Dreiphasen-Brückengleichrichter (8 bis 13) vorgesehenen gleichrichtenden Elemente liegenden Anzahl von in Sperrichtung eine Spaiinungsdurchbruchscharakteristik aufweisenden gleichrichtenden Elementen letztere, entsprechend ihrer verschiedenen Belastung bei Überspannung, verschieden leistungsfähig ausgebildet sind.

   ^Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinnchtung iur Fahrzeuge mit einem Drehstromgenerator, dessen Erregerwicklung zum Anschluß an einen von einer Ausgangsspannung des Generators steuerbaren Halbleiter-Spannungsregler vorgesehen ist, mit einem Dreiphasen-Brückengleichrichter, der jede Phase des Generators über je ein gleichrichtendes Element mit einem Plus- und einem Minusanschluß verbindet, und mit einer Einrichtung zum Schutz des Spannungsreglers und weiterer Verbraucher gegen Überspannungen.

   Solche Stromversorgungseinrichtungen sind bekann t (deutsche Auslegeschrift 1142 656; französische Patentschrift 1 494254).

   Generatoren dieser Art werden häufig in Fahrzeugen verwendet, da sie schon bei niedrigen Drehzahlen einen Strom abgeben und deshalb besonders für den Stadtverkehr geeignet sind. Durch die Verwendung von Halbleiter-Spannungsreglern erhält man eine zufriedenstellende Lebensdauer und eine gute Spannungsregelung; jedoch ist es bei den bekannten Anlagen erforderlich, zwischen den Plus- und den Minusanschluß der Gleichrichterelemente stets eine Akkumulatorenbatterie anzuschließen. Diese hält die Gleichspannung zwischen dem Plus- und dem Minusanschluß auf einem im wesentlichen konstanten Wert. Wird diese Batterie nicht oder nicht ordnungsgemäß angeschlossen, so wird der Halbleiter-Spannungsregler, eventuell auch weitere angeschlossene Verbraucher, binnen kurzer Zeit durch Überspannungen zerstört, wenn nicht besondere Schutzmaßnahmen getroffen werden. Als Schutzmaßnahme kann man z. B. eine Zenerdiode parallel zum Halbleiter-Spannungsregler schalten. Diese Zenerdiode wird bei Überspannungen leitend und begrenzt dadurch die Spannung am Halbleiter-Spannungsregler auf einen ungefährlichen Wert. Diese Zenerdiode muß aber sehr beträchtliche Leistungen aushalten können, denn bei plötzlichem Abschalten eines Verbrauchers mit großem Leistungsbedarf kann die Ausgangsspannung eines Drehstromgenerators kurzzeitig auf Werte von mehreren hundert Volt ansteigen, und die bei der Entregung frei werdende Energie kann einige hundert Wattsekunden betragen. (Zum Vergleich: Ein Zündfunke in der Zündanlage eines Benzinmotors hat eine Energie von 0,01 bis 0,05 Wattsekunden.) Eine solche zusätzliche Zenerdiode hoher Leistung verursacht deshalb erhebliche Kosten.

   Aus der Zeitschrift »Funkschau«, Bd. 32, H. 13,

   Juli 1960, S. 694, ist eine Anordnung bekannt, die als

   50. Netzgerät eine konstante Ausgangsspannung bei in

   . Grenzen schwankender Netzspannung und bei in Grenzen schwankender Belastung abgibt. Mit Hilfe von Zenerdioden wird bei dieser Anordnung erreicht, daß die Sollspannung gleich der Zenerspannung ist und daß somit die Zenerspannung bestimmend für die Istspannung des Netzgerätes ist. Mit einer solchen Anordnung läßt sich jedoch kein Schutz für einen Halbleiter-Spannungsregler und weitere Verbraucher erreichen.

   Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch für einen Betrieb ohne Batterie geeignet ist und die insbesondere ohne wesentliche Mehrkosten gegenüber den bekannten Stromversorgungseinrichtungen hergestellt werden kann.

   Nach der Erfindung wird dies bei einer eingangs genannten Stromversorgungseinrichtung dadurch erreicht, daß in jeder Hälfte des Brückengleichrichters