DE1763598B2

DE1763598B2 - EXCITING DEVICE FOR ELECTRIC GENERATORS

Info

Publication number: DE1763598B2
Application number: DE19681763598
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kariya Aichi Kato (Japan)
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1967-08-07
Filing date: 1968-06-29
Publication date: 1976-04-22
Also published as: FR1575245A; DE1763598A1; AT287853B; JPS5112662Y1; SE331503B

Description

4545

Die Erfindung bezieht sich auf eine Erregereinrichtung für elektrische Generatoren, insbesondere Lichtmaschinen auf Fahrzeugen, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Einrichlung ist bekannt durch die FR-PS 11 77 030 oder die US-PS 3241031.The invention relates to an excitation device for electrical generators, in particular Alternators on vehicles, according to the preamble of the main claim. Such a facility is known by FR-PS 11 77 030 or US-PS 3241031.

In den bekannten Schakungsanordnungen von Halbleiter-Spannungsreglern sind als Halbleitereletnente meist Dioden und Transistoren enthalten, die ihren Eigenschaften entsprechend durch Überspannungen zerstört werden können. Solche Überspannungen entstehen beim Betrieb von Kraftfahrzeugen häufig beim Zu- und Abschalten von Lasten im Kreis der geregelten Spannung, beispielsweise von Scheinwerfern, vor allem aber dann, wenn eine Batterie absichtlich abgeklemmt oder unabsichtlich durch eine Unterbrechung in der von dem Generator zur Batterie führenden Zuleitung abgetrennt wird. In diesen Fällen erzeugt nämlich der Generator — begründet durch den zunächst weiterfließenden hohen Erregerstrom — eine außergewöhnlich hohe Spannung, die nur verhältnismäßig langsam auf den normalen Wert zurückgeht.In the known circuit arrangements of semiconductor voltage regulators are used as semiconductor elements usually contain diodes and transistors, whose properties correspond to overvoltages can be destroyed. Such overvoltages occur during the operation of motor vehicles often when switching loads on and off in the regulated voltage circuit, for example headlights, but especially when a battery is intentionally disconnected or unintentionally through an interruption in the supply line leading from the generator to the battery is disconnected. In these This is because the generator generates cases - due to the high excitation current that initially continues to flow - an exceptionally high voltage that is only relatively slow to normal Value is declining.

Als Abhilfe gegen die Zerstörungsgefahr sind Anordnungen bekannt, bei denen zwischen den an der Ladespannung liegenden Klemmen des Spannungsreglers eine oder mehrere in Serie geschaltete Dioden oder Zenerdioden vorgesehen sind, die Überspannungsspitzen abfangen sollen. Ist nun z. B. eine Batterie eines Kraftfahrzeuges nicht vollständig abgetrennt, sondern noch über einen Wackelkontakt infolge eines Kabelbruchs zeitweise mit dem Generator verbunden, dann führen die als Überspannungsschutz vorgesehenen Dioden auf die Dauer gesehen einen erheblichen mittleren Strom, so daß sie infolge thermischer Überlastung zerstört werden und ihre Sicherungsfunktion verlieren können, ohne daß der Benutzer des Kraftfahrzeuges dies bemerkt. Der Spannungsregler ist dann ganz ohne Überspannungsschutz und wird ebenfalls bald unbrauchbar. Dabei anstehen die bekannten Folgeschäden, beispielsweise Auskochen der Batterie, Zerstörung von Lampen durch Überspannung, und anderes.As a remedy against the risk of destruction, arrangements are known in which between the at the Charging voltage lying terminals of the voltage regulator one or more diodes connected in series or Zener diodes are provided to absorb overvoltage peaks. Is now z. B. a battery a motor vehicle is not completely separated, but still through a loose contact as a result If a cable break is temporarily connected to the generator, then they act as overvoltage protection provided diodes in the long run a considerable average current, so that they are due to thermal Overload can be destroyed and lose their safety function without the user of the motor vehicle noticed this. The voltage regulator is then completely without overvoltage protection and also soon becomes unusable. The known consequential damage is due, for example The battery boils out, lamps are destroyed by overvoltage, and so on.

Um die beschriebenen Nachteile zu vermeiden, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Erregereinrichtung für Generatoren zu schaffen mit einer Überspannungsschutzeinrichtung, die auch bei häufigen kürzeren Unterbrechungen im Ladestromkreis, beispielsweise bei einem Wackelkontakt, den Generator sicher abschaltet und damit den Spannungsregler schützt.In order to avoid the disadvantages described, it is an object of the invention to provide an excitation device for generators to be created with an overvoltage protection device, which can also be used with frequent shorter Interruptions in the charging circuit, for example in the event of a loose contact, keep the generator safe switches off and thus protects the voltage regulator.

Nach der Erfindung wird dieses Ziel bei einer eingangs genannten Erregereinrichtung durch eine Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs erreicht.According to the invention, this aim is achieved in the case of an excitation device mentioned at the beginning by means of an arrangement achieved with the characterizing features of the main claim.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erregereinrichtung möglich. Die Erfindung bewahrt nicht nur Halbleiter-Spannungsregler in Kraftfahrzeugen vor schädlichen Überspannungen infolge von Kabclbrüchen, Wackelkontakten und ähnlichem mit Hilfe von als snannungsbegrcnzendes Element verwendeten Dioden; durch die geringe Wärmekapazität des spannungsbegrenzenden Elements sinkt bei Vorhandensein eines Wackelkontakts die zunächst geringfügig über der Ladespannung liegende Knickspannung rasch unter ihren normalen Wert, worauf die Überstromsicherung auslöst. Die Lichtmaschine entregt sich, die Ladespannung sinkt, und so wird die elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs vor den erheblichen Folgeschäden, wie Auskochen der Batterie, Durchbrennen der Fäden von Scheinwerferlampen usw., geschützt. Wenn als Überstromsicherung eine Schmelzsicherung verwendet ist, ist der Benutzer des Kraftfahrzeugs gezwungen, den Fehler in der Anlage unverzüglich zu beheben. So werden die übrigen Anlagenteile vor weiteren Belastungen bewahrt. Die Verwendung der Schmelzsicherung verhindert auch, daß das spannungsbegrenzende Element infolge thermischer Überlastung zerstört wird und seine Sicherungsfunktioii verliert. Der Benutzer des Kraftfahrzeugs könnte eine solche Zerstörung nicht ohne weiteres feststellen. und der Spannungsregler wäre in diesem Fall völlig ungeschützt.The measures listed in the subclaims are advantageous developments of The excitation device specified in the main claim is possible. The invention not only preserves semiconductor voltage regulators in motor vehicles against harmful overvoltages as a result of broken cables and loose contacts and the like with the aid of diodes used as voltage-limiting elements; due to the low heat capacity of the voltage-limiting element, it decreases in the presence of a With the loose contact, the knee voltage, which is initially slightly above the charging voltage, quickly falls below the knee voltage their normal value, whereupon the overcurrent protection trips. The alternator de-excites that The charging voltage drops, and so the electrical system of the motor vehicle is protected from the considerable consequential damage, such as boiling out the battery, burning the threads of headlight bulbs, etc., protected. If a fuse is used as an overcurrent fuse, the user of the motor vehicle is forced to rectify the fault in the system immediately. So are the remaining parts of the plant other burdens preserved. The use of the fuse also prevents the voltage-limiting Element is destroyed as a result of thermal overload and its fuse function loses. The user of the motor vehicle could not easily determine such destruction. and the voltage regulator would be completely unprotected in this case.

Vorteilhaft ist auch die Anordnung der Überstromsicherung innerhalb der Schaltkreise von Spannungsregler und Generator: Da die Sicherung in Reihe zum Zündschalter liegt, kann durch nachträglichen Einbau sowohl das spannungsbegrenzcnde ElementThe arrangement of the overcurrent protection within the circuit of the voltage regulator is also advantageous and generator: Since the fuse is in series with the ignition switch, subsequent Installation of both the voltage-limiting element

3 43 4

»Is auch die Überstromsicherung an den schon vor- den Feldstrom wieder ein, und die Ladespannung erkandenen Klemmen angeschlossen werden. Anderer- höht sich wieder. Dieses Spiel wiederholt sich z. B. leits kann bei Neuentwicklungen, gegebenenfalls mit fünfzig- bis hundertmal in der Sekunde. Auf diese integrierten Schaltkreisen, das spannungsbegrenzende Weise hält der Spannungsregler 11 die Ladespannung Element mitintegriert werden, und die Überstrom- 5 praktisch auf einem konstanten Wert,
jicherung, die ja auswechselbar sein muß, kann an Wenn nun, während der Generator 11 in Betrieb nur ?iner Klemme des Schaltkreises anschließbar sein. ist, an der Stelle 25 infolge von Schwingungen, ErEinzelheiten der Erfindung sind nachstehend an schütterungen oder irgendwelchen anderen Ursachen Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh- ein Kabelbruch eintritt, dann wird dadurch die Batrungsbtispiels näher erläutert. Es zeigt io terie 16 von der Stromzufuhr abgetrennt. Wegen der F i g. 1 den Wirkschaltplan einer Erregereinrich- plötzlichen Entlastung steigt die Ladespannung tung mit einem Halbleiter-Spannungsregler gemäß augenblicklich stark an. Der Spannungsregler 17 der Erfindung und allein ist nicht in der Lage, die scharfe Spannungs-Fig. 2 die Stroni-Spannungs-Kennlinie eines im spitze zu verhindern, denn trotz des Abschaltens der Ausführungsbeispiel verwendeten spannungsbegren- 15 Stromzufuhr in die Feldspule 13 fließt der Feldstrom zenden Elements. durch die Löschdiode 20 noch geraume Zeit weiter; Der Wirkschaltplan nach Fig. 1 7eigt einen Drei- bis der Feldstrom ganz abgeklungen wäre, könnte phasen-Wechseistrom-Generator 11 mit einer Drei- der Spannungsregler 17 längst zerstört sein. Das phasen-Ausgangswicklung 12 und einer Feldwick- spannungsbegrenzende Element 22 fängt jedoch eine lung 13. Die negative Klemme eines Brückengleich- ao den gewünschten höchsten Wert der Ladespannung richten 14 ist mit einer Masseleitung 10 verbunden, um einen gewissen Betrag, beispielsweise um 5". 0, die an das Chassis angeschlossen ist, und die positive überschreitende Spannung an den Ausgangsklemmen Klemme ist über eine Plusleitung 15 mit dem Pluspol des Generators 11 auf. Sobald die Spannung des Geeiner Batterie 16 verbunden. Als Hauptbestandteile nerators den Knickspannungswert U_K des spannungscines an sich bekannten Spannungsreglers 17 sind as begrenzenden Elements 22 übersteigen will, fließt ein zwei Transistoren 18 und 19 und zwei Dioden 2Ö starker Strom von der Plusleitung 15 über dieses und 21 dargestellt. Parallel zum Spannungsregler 17 Element 22 nach Masse; die Ladespannung kann ist ein spannungsbegrenzendes Element 22 geschaltet; also den Knickspannungswert U_K nicht merklich in Reihe mit der Parallelschaltung von Spannungs- überschreiten.»Is the overcurrent fuse on the field current already on again, and the terminals recognized for the charging voltage connected. Other- rises again. This game is repeated z. B. can lead with new developments, if necessary with fifty to one hundred times per second. In this integrated circuit, the voltage-limiting way, the voltage regulator 11 keeps the charging voltage element also integrated, and the overcurrent 5 practically at a constant value,
The fuse, which must be exchangeable, can only be connected to one terminal of the circuit while the generator 11 is in operation. If, at the point 25 as a result of vibrations, details of the invention are given below in terms of vibrations or any other causes hand of an execution shown in the drawing a cable break occurs, then the battery example is explained in more detail. It shows io terie 16 disconnected from the power supply. Because of the F i g. 1 shows the circuit diagram of an exciter device- sudden discharge, the charging voltage rises sharply with a semiconductor voltage regulator according to instantaneous. The voltage regulator 17 of the invention and alone is incapable of the sharp voltage fig. 2 to prevent the Stroni-voltage characteristic curve of a peak, because despite the disconnection of the exemplary embodiment, the voltage-limiting 15 current supply used in the field coil 13 flows the field current-cutting element. through the quenching diode 20 for some time; The circuit diagram according to FIG. 17 has a tendency towards three until the field current would have died down completely, if the phase alternating current generator 11 with a three voltage regulator 17 could have long been destroyed. The phase output winding 12 and a field winding voltage-limiting element 22, however, catches a position 13. The negative terminal of a bridge equation directs the desired highest value of the charging voltage 14 is connected to a ground line 10 by a certain amount, for example by 5 ". that is 0 is connected to the chassis, and the positive voltage exceeding the output terminals terminal is connected via a positive line 15 to the positive pole of the generator 11 on. As soon as the voltage of the Geeiner battery 16. As main components nerators the knee voltage value U _K on the spannungscines Known voltage regulator 17 is shown as the limiting element 22, a two transistors 18 and 19 and two diodes 20 strong current flows from the positive line 15 through this and 21. Parallel to the voltage regulator 17 element 22 to ground; the charging voltage can is a voltage limiting Element 22 switched; that is, the buckling voltage value U _K not me Noticeably in series with the parallel connection of excess voltage.

regler 17 und spannungsbegrenzendem Element 22 30 Es ist allerdings selten, daß das Batteriekabel völliegen ein Zündschalter 23 und eine Schmelzsiche- lig abreißt. Viel öfter kommt eine zeitweise Unterrung 24. An einer Stelle 25 ist ein möglicher Kabel- brechung vor, beispielsweise durch nicht festgezogene bruch angedeutet. Batterieklemmen, lockere Klemmschrauben und an-In Fig. 2 ist mit U_K der Slpannungswert bezeich- deres. Mit den Erschütterungen im fahrenden Kraftnet, bei dem die Strom-Spannungs-Charakteristik des 35 fahrzeug wird dann die Batteriezuleitung abwechspannungsbegrenzenden Elements 22 einen scharfen seid unterbrochen und wieder hergestellt. Während Knick aufweist. Übersteigt die an den Anschluß- der Zeit der häufigen kurzen Unterbrechungen ererden des Elements 22 liegende Spannung diesen zeugt der Generator 11 eine ungewöhnlich hohe Wert U_K, dann steigt der Strom durch das Element 22 Spannung; in dem Spannungsbegrenzenden Element stark an, wogegen die anliegende Spannung weit- 40 22 fließt dabei dauernd ein starker Strom. Das hat gehend konstant bleibt. zur Folge, daß die Temperatur in diesem Element an-Die Einrichtung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: steigt und der Wert der Knickspannung U_K kleiner Beim Anlassen der nicht dargestellten, mit dem Ge- wird. Wenn der Wert von U_K unter den durch den nerator 11 gekuppelten Brennkraftmaschine wird Spannungsregler 17 festgelegten normalen Wert der auch der Zündschalter 23 geschlossen; dadurch 45 Ladespannung sinkt, steigt der Strom durch das spanfließt ein Strom vom Pluspol der Batterie 16 über nungsbegrenzende Element 22 sehr stark an, denn den Zündschalter 23 und die Schmelzsicherung 24 der Generator 11 versucht, den normalen Ltidespanzum Spannungsregler 17. Die Stromkreise schließen nungswert aufrechtzuerhalten. Infolge des sehr stark sich über die Minusleitung 10 und Masse zum Minus- angestiegenen Stroms schmilzt die Sicherung 14 innerpol der Batterie 16; ebenso fließt em Strom über 50 halb kurzer Zeit durch und unterbricht damit auch die Feldwicklung 13 nach Masse. Der Generator 11 den Strom in den Spannungsregler 17. Der Strom ist selbsterregt und mit ansteigender Drehzahl der durch die Feldwicklung 13 klingt ab, der Generator Brennkraftmaschine steigt auch seine Ladespannung 11 entregt sich und beendet damit die Spannungsan. Wenn die Ladespannung einen bestimmten, vom erzeugung. Die Anordnung der Schmelzsicherung 14 Spannungsregler 17 festgelegten Wert überschreitet, 55 im Stromkreis von Spannungsregler 17 und spanschaltet der Spannungsregler 17 den bis dahin in die nungsbegrenzendcm Element 22 verhindert zugleich Feldwicklung 13 fließenden Strom ab, der Erreger- die Zerstörung des Elements 22 durch thermische strom im Generator 11 nimmt ab, und die Spannung überlastung und schützt so die elektrische Anlage sinkt. Ist die Ladespannung unter einen gewissen des Kraftfahrzeugs vor den schon geschilderten Folge-Wert abgesunken, schaltet der Spannungsregler 17 60 schaden.regulator 17 and voltage-limiting element 22 30 It is seldom, however, that the battery cable, an ignition switch 23 and a fusible link, tears off. Much more often there is an intermittent interruption 24. At a point 25, a possible cable break is indicated, for example indicated by a break that has not been tightened. Battery terminals, loose clamping screws and on-In Fig. 2, U _K denotes the voltage value. With the vibrations in the moving Kraftnet, in which the current-voltage characteristic of the vehicle, the battery supply line alternating voltage limiting element 22 is interrupted and re-established. While showing kink. If the voltage present at the connection of the frequent short interruptions to earth the element 22 exceeds this, the generator 11 generates an unusually high value U _K , then the current through the element 22 voltage increases; in the voltage-limiting element, whereas the applied voltage continues to flow a strong current. That has to remain constant going. As a result, the temperature in this element increases. The device according to FIG. 1 works as follows: increases and the value of the knee voltage U _K decreases. If the value of U _{K is} below the internal combustion engine coupled by the generator 11, the voltage regulator 17 is set to the normal value and the ignition switch 23 is also closed; As a result, the charging voltage decreases, the current through which a current flows from the positive pole of the battery 16 via the voltage-limiting element 22 rises very sharply, because the ignition switch 23 and the fuse 24 of the generator 11 tries to maintain the normal voltage level to the voltage regulator 17. The circuits close . As a result of the very strong increase in the current via the negative line 10 and ground to the negative, the fuse 14 melts inside the battery 16; likewise em current flows through 50 half a short time and thus also interrupts the field winding 13 to ground. The generator 11 feeds the current into the voltage regulator 17. The current is self-excited and with increasing speed of rotation it decays through the field winding 13, the internal combustion engine generator also increases its charging voltage 11 is de-energized and thus terminates the voltage input. When the charging voltage is a certain, from generation. The arrangement of the fuse 14 voltage regulator 17 exceeds the specified value, 55 in the circuit of voltage regulator 17 and the voltage regulator 17 switches the current flowing into the voltage limiting element 22 at the same time prevents the field winding 13 from flowing, the exciter the destruction of the element 22 by thermal current in the Generator 11 decreases, and the voltage overload and thus protects the electrical system drops. If the charging voltage has dropped below a certain value of the motor vehicle before the subsequent value already described, the voltage regulator switches 17 to 60 damage.

Hierzu 1 Blatt. ZeichnungenFor this 1 sheet. drawings

Claims

Patent claims:

1. Excitation device for electrical generators, in particular alternators on vehicles, in which one parallel to the voltage regulator Voltage-limiting element is arranged in series with an overcurrent fuse, thereby characterized that the voltage-limiting Element (22) is so tight with respect to its heat capacity that after several short successive surge surges its buckling voltage drops below the setpoint voltage set on the voltage regulator (17).

2. Exciter device according to claim 1, characterized in that as a voltage limiting Elemeni (22) a plurality of series-connected, forward-polarized diodes, preferably silicon diodes is provided.

3. Excitation device according to claim 1, characterized in that as a voltage-limiting Element (22) one or more Zener diodes polarized in the blocking direction are provided.

4. excitation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Buckling stress of the stress-limiting element (22) at normal operating temperature about 5 °, o above the charging voltage of the generator (U) lies. "

5. Exciter device according to one of claims 1 to 4, characterized in that as Overcurrent fuse (24) a fuse is provided.

6. excitation device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the Overcurrent protection (24) is dimensioned so that it trips when the effective value of the flowing through it Current a certain, in the order of magnitude of the maximum, through the field winding (13) of the generator (11) flowing continuous current exceeds the value.