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Anlage zur PatentanLIeldung Ladestromerzeugungseinrichtung Di.e Erfindung
bezieht sich auf eine Ladestromerzeugung-seinrichtung, insbesondere fiJr Fahrzeuge,
mit einem mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbaren mehrphasigen Wechselstromgenerator,
einer ein Gleichstromnetz speisenden Gleichrichteranordnung sowie mit einer hieran
angeschlossenen Batterme.
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Beim modernen Stadtverkehr werden wegen der größer werdenden Zahl
von Kraftfahrzeugen die prozentualen Haltezeiten derselben laufend größer, während
andererseits durch das sich ausdehnende Netz der Schnellstraßen auch die Fahrt mit
hoher Geschwindigkeit immer häufiger wird. Deshalb weist die Verteilung der Drehzahlen
starke Maxima und Minima auf, da einerseits
Drehzahlen in der Nähe
der Leerlaufdrehzahl und andere rseLts verhältnismäßig hohe Drehzahlen in großem
Naß vorkommen. »urc½ die Zunahme des Kraftfahrzeugzubehörs ergibt sich eine deutliche
Tendenz zu einer sich steigernden elektrischen Belastung des Generators. Deshalb
wird von einem Generator verlangt, da er schon bei einer niedrigen Drehzahl die
Batteriespannung g erreicht und andererseits werden immer größere maximale Ausgangsleistungen
gefordert.
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Bei den bisher gebräuchlichen Ladestromerzeugungseinrichtungen macht
msn gewöhnlich, um den modernen hohen Anforderungen ce.-Automobilverkehrs zu entsprechen,
das Gewicht und die ADmessungen des Generators größer, wodurch jedoch ch-s-eine
Kosten steigen. Da man in neuerer Zeit die Fertigung vorliegend auf Transferstraßen
verlagert hat, bei welchen man für die Fertigungseinrichtung einen außerordentlich
hohen Aufwand braucht, ist es heute oft einfach nicht möglich, für das Generatorgehäuse
neue Formen zu schaffen, wenn dies im Hinblick auf die verlangte Leistungssteigerung
notwendig wäre.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladestromerzeugungseinrichtung
mit einem Generator mit kleinen Außenabmessungen und wenig Kupfer zu schaffen, die
bereits oe niedrigen Drehzahlen Leistung an die angeschlossenen Verbraucher abgibt
und bei hohen Drehzahlen eine große Ausgangsleistung liefert. Diese Anordnung soll
weiterhin konstruktiv möglichst einfach aufgebaut und sehr betriebssicher sein.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen die beiden
Anschlußenden der einzelnen Phasenwicklungen und die beiden Leitungen des Gleichstromnetzes
jeweils eine Doppelweg-Brückengleichrichteranordnung mit je einer der Phasenzahl
des Generators entsprechenden Anzahl positiver und negativer Gleicrrichter eingeschaltet
ist, und daß ein Umschalter vorgesehen
ist, welcher bei niedrigen
Generatordrehzahlen undZodem bei kleinem Generatorstrom die gleiche Polarität besitzenden
hnschlußenden einer Seite der einzelnen Phasenwicklungen in seiner einen Schaltstellung
miteinander verbindet, während diese Verbindung bei höheren Generatordrehzahlen
und/oder bei größerem Generatorstrom in der anderen Schaltstellung des Umschalters
unterbrochen ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß der
Wechselstromgenerator ein Drehstromgenerator ist, dessen drei Phasenwicklungen bei
niedrigen Generatordrehzahlen und/ oder bei kleinem Generatorstrom durch den Umschalter
in Stern geschaltet sind, während£Cei höheren Generatordrehzahlen und/ oder bei
einem größeren Generatorstrom einzeln über die entsprechenden Zweige der Brücken-Gleichrichteranordnung
an das Gleichstromnetz angeschlossen sind.
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Als zweckmäßig hat es sich weiterhin erwiesen, daß der Wechselstromgenerator
ein Drehstromgenerator ist, @ dessen drei Phasenwicklungen bei niedrigen Generatordrehz&nlen
und/oder bei kleinem Generatorstrom durch den Umschalter in Stern, bei höheren Generatordrehzahlen
undXoder bei größerem Generatorstrom dagegen in Dreieck geschaltet sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus dem im folgenden dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Ladestromerzeugungseinrichtung
und Fig. 2 ein Kennliniendiagrairim der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Im folgenden soll nun die vorliegende Erfindung anhand des in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Darin ist 1 ein aus
den drei Phasenwicklungen la, lb und lc und aus der Feldwicklung 4- bestehender
Dreiphasen-Wechselstromgenerator (Drehstromgenerator). Mit 2 ist eine Gleichrichteranordnung
bezeichnet, welche aus den zwischen die gleiche Polarität besitzenden Anschlußenden
12a, 12b und 12c der einen Seite der drei Phasenwicklungen la, lb und lc einerseits
und die positive Gleichstromausgangsleitung 15 andererseits eingeschalteten, positiven
Gleichrichtern 2a, 2b, 2c sowie aus den zwischen die genannten Anschlußenden 12a,
12b und 12c einerseits und die negative Gleichstromausgangsleitung 16 andererseits
eingeschalteten negativen Gleichrichtern 2a', 2b' und 2c' besteht; d Gleichrichteranordnung
enthält weiterhin die zwischen die gleiche Polarität besitzenden Anschlußenden 13a,
13b und 13c der anderen Seite der drei Phasenwicklungen la, lb und lc einerseits
und die positive Gleichstromausgangsleitung 15 andererseits eingescha.3teten positiven
Gleichrichter 3a, 3b und 3c sowie die zwischen die genannten Snschlu3enden 13a,
13b und 13c einerseits und die negative Gleichstromausgangsleitung 16 andererseits
eingeschalteten negativen Gleichrichter 3a', 3b' und fc'.
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Mit 5 ist eine in das Fahrzeug eingebaute Batterie, mit 6 eine darein
enthaltene elektrische Last wie etwa die Scheinwerfer und mit 7 ein Spannungsregler
bezeichnet, welcher die Aufgabe hat, den in der Feldwicklung 4 des Generators 1
fließenden Strom zu steuern und damit die Spannung zwischen den Gleichstromausgangsleitungen
15 und 16 auf einem etwa konstanten Wert zu halten.
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Ein Umschalter 8 enthält eine Einzugsspule 9, mit/Anschlußenden 13a,
13b und 13c der einen Seite der genannten drei
Phasenwicklungen
verbundene und durch die obengenannte Einzugsspule 9 betätigte bewegliche Kontaktstücke
lOa, lOb und lOc sowie mit diesen beweglichen Kontaktstücken zusammenwirkende, miteinander
verbundene Festkontakte lla, llb und llc.
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Mit 14 ist ein Steuergerät bezeichnet, dessen Aufgabe darin besteht,
die Drehzahl oder den Ausgangsstrom des Generators 1 zu überwachen, oberhalb einer
bestimmten festgelegten Drehzahl oder oberhalb eines bestimmten festgelegten Stromes
der Einzugsspule 9 Stron zuzuführen und dadurch die beweglichen Kontaktstücke lOa,
lOb und lOc des Umschalters 8 von den Festkontakten lla, llb und llc zu trennen
und unterhalb einer bestimmen festgelegten Drehzahl oder unterhalb eines festgelegten
Stromes die Stromzufuhr zu der Einzugsspule 9 zu unterbrechen und hierdurch d:ie
beweglichen Kontaktstücke lOa, JOb und lOc mit den Festkontakten lla, llb und llc
zu verbinden.
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Die zuvor beschriebene Ladestromerzeugungseinrichtung arbeitet folgendermaßen:
Da bei niedrigen Drehzahlen dos Generators 1 bzw. bei einem kleinen Ausgangsstrom
desselben die beweglichen Kontaktstücke lOa, lOb und lOc des Umschalters 8 mit den
Festkontakten lla, llb und llc verbunden sind, ist der dargestellte dreiphasige
Generator in Stern geschaltet; sein Wechselstromausgang wird durch die Gleichrichter
2a, 2b, 2c und 2a', 2b', 2c' einer Doppelweggleichrichtung unterworfen. Der gleichgerichtete
Ausgangs strom wird über die Gleichstromausgangsleitungen 15 und 16 sodann der Batterie
5 und der elektrischen Last 6 zugeführt.
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Die Ausgangs charakteristik der Dreiphasen-Sternschaltung ist durch
die Kurve a der Abbildung 2 dargestellt. In dieser Abbildung 2 sind auf der Abszissenachse
die Drehzahl N des Generators 1 und der Ordinatenachse der Ausgangsstrom I abgetragen.
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Wenn die Drehzahl des Generators ansteigt und der festgesetzte Wert
N1 des Steuergerätes 14 überschritten wird, darin führt dieses der Einzugsspule
9 Strom zu und erregt sie soweit, daX die beweglichen Kontn'tstücke lOa, lOb und
lOc von den Festkontakten lla, llb und llc abgehoben werden. Dadurch wird die in
den einzelnen Phasenwicklungen der drei Phasen erzeugte Spannung äe für sich einer
Doppelweggleichrichtung unterworfen und den Gleichstromausgangsleitungen 15 und
16 zugeführt.
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So wird beispielsweise die in der Phasenaricklung la erzeugte Spannung
durch die Gleichrichter 2a, 2a'; 3a und 3a' einer Doppelweggleichrichtung unterworfen.
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Die dabei maßgebliche Ausgangscharakteristik ist durch die Kurve b
der Abbildung 2 wiedergegeben, welche eine der Dreieckschaltung eines Drei phasen-Generators
ähnliche Charakteristik aufweist. Bei niedrigen Drehzahlen ist hierbei die Ausgangsleistung
geringer als bei Sternschaltung der Drehstromwicklungen la, lb und lc; sobald jedoch
der Punkt mit der Drehzahl N1 und der Strom I1 erreicht ist und oberhalb der Drehzahl
N1 und oberhalb des Stromes I1 die Charakteristik für eine Sternschaltung überschritten
wird, dann hat der maximale Ausgangsstrom ungefähr den -#3-fachen Wert der Sternschaltung.
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Bei Verasendung des Steuergerätes 14 mit den festen Werten N1 und
I1 haben wir also unterhalb von N1 bzw. unterhalb von die Kurve a und oberhalb von
N1 bzw. oberhalb von I1 die Kurve bsund ohne daß sich an der Leitung bei niedrigen
Drehzahlen etwas ändert, steigt die abgegebene Leistung bei hohen Drehzahlen stark
an.
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Die beim Öffnen der Kontakte des Umschalters 8 zwischen den Kontakten
entstehende Ubergangsspannung wird, da die beiden Enden der einzelnen Phasenwicklungen
je für sich über Gleichrichter mit der positiven bzw. negativen Gleichstromausgangsleitung
verbunden
sind, durch die Spannung zwischen den Gleichstromanschlüssen heruntergedrückt, so
daß höchstens ganz geringe Kontektfunken entstehen, weshalb der Kontaktverschleiß
nur sehr gering ist und das Umschalten auf lange Sicht ohne Schwierigkeiten erfolgen
kann.
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Wern-i wir die Versuchsergebnisse bei einem praktischen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durch die wesentlichen Zahlenwerte ausdrücken wollen,
erhalten wir folgende Werte: Na = 1 000 U/min Nb@ = 1 750 U/min N1 = 3 000 U/min
I1 = 25 A N2@ =10 000 U/min 1a = 31 A 1b = 56 A Hierin bedeuten Na und Nb die Drehzahlen,
bei welchen die Ausgangsspannung des Generators die Batteriespannung erreicht; 1a
und Ib sind die maximalen Ausgangsströme bei Stern bzw.
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Parallel- oder Dreieckschaltung.
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Wie in bildung 1 angedeutet ist, können weiterhin Festkontakte 17a,
17b und 17c in dem Umschalter 8 vorgesehen werden, miu welchen die beweglichen Kontaktstücke
lOa, lOb und lOc in Berührung stehen, wenn der Einzugsspule 9 Strom zugeführt wird.
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Wenn wir gleichzeitig, wie gestrichelt angedeutet, diese Festkontakte
17a, 17b und 17c mit den ihnen jeweils entsprechenden Anschlußenden 12a, 12b und
12c der einen Seite des Generators 1 verbinden, dann ist der Generator bei hohen
Drehzahlen im Dreieck geschaltet und sein Ausgang wird durch die Brückenschaltung
der jeweils parallel geschalteten Gleichrichter 2a und 3b, 2b und 3c, 2c und 3a,
2a' und 3b', 2b' und 3c', 2c' und 3a' gleichgerichtet und den Gleichstromausgangsleitungen
15 und 16 zugeführt.
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Auch im Falle dieser Stern-Dreieck-Umschaltung wird in der gleichen
Weise wie in dem zuvor geschilderten Fall das Kontaktfeuer verringert und dadurch
der Kontaktverschleiß reduziert.