DE2352227C2

DE2352227C2 - Wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE2352227C2
Application number: DE19732352227
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Ragaly
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1986-05-28
Also published as: FR2248641B1; DE2352227A1; IT1022881B; GB1492583A; FR2248641A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Wechselstromgeneratoren für die Versorgung einer Batterieladeeinrichtung und weiteren Verbrauchern in Kraftfahrzeugen werden in einem sehr weiten Drehzahlbereich betrieben. Dabei soll jedoch ihre Ausgangsspannung stets konstant sein. Wie man aus der bekannten Generator-Kennlinie entnehmen kann, steigt bei einer konstanten Ausgangsspannung der erreichbare Ausgangsstrom eines Generators etwa in Form einer liegenden Parabel mit steigender Drehzahl zunächst stark an. Im höheren Drehzahlbereich nimmt der erzielbare Ausgangsstrom jedoch nur noch wenig zu. Der Ausgangsstrom wird also begrenzt. Erhöht man die Windungszahl je Phase der Ständerwicklung bei einem Generator, so setzt zwar der Ausgangsstrom schon bei einer niedrigeren Läuferdrehzahl ein, es lassen sich dafür aber nur kleinere Ausgangsströme im oberen Drehzahlbereich erzielen. Man ist daher gezwungen, einen Kompromiß zu schließen dahingehend, daß ein Generator schon im unteren Drehzahlbereich einen ausreichenden Ausgangsstrom liefern kann, im oberen Drehzahlbereich aber ebenfalls einen möglichst großen Ausgangsstrom aufweist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Generatoren, die im unteren Drehzahlbereich die gestellten Leistungsforderungen erfüllen, im oberen Drehzahlbereich unter den schon im unteren Drehzahlbereich erreichten Betriebstemperaturen arbeiten. Dies ist ein Hinweis darauf, daß diese Generatoren im oberen Drehzahlbereich nicht voll ausgenützt sind.

Es sind schon Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Ständerwicklung abhängig von der Läuferdrehzahl von einer Dreieckschaltung in eine Sternschaltung umgeschaltet wird. Es sind auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die einzelnen Wicklungen des Ständers von einer Sternschaltung in eine Reihenschaltung umgeschaltet werden. Diese Anordnungen bedingen einen verhältnismäßig hohen Aufwand an Schaltmitteln. Außerdem treten beim Umschalten hohe Spannungsspitzen auf. Die Spannungsspitzen erreichen Werte, die ein Vielfaches der Nennspannung des Gene-

rators betragen. Dadurch können die bekannten Folgen ,vie Windungsschluß und Masseschluß auftreten, beim nochmaligen Umschalten können sogar die Gleichrichterdioden zerstört werden. Aus der GB-PS 11 94 678 ist ein Generator bekannt, bei dem die Phasenwicklungen angezapft sind und an den Anzapfungen ein weiterer Satz von Dioden liegt Die Dioden werden abhängig von der Ausgangsspannung angeschaltet Dabei sind aber die Phasenwicklungen unsymmetrisch belastet

Das Hauptpatent befaßt sich mit Möglichkeiten, die Leistung und den Wirkungsgrad von Wechselstromgeneratoren im oberen Drehzahlbereich durch eine Umschaltung der effektiven Windungszahl je Phase während des Betriebs zu verbessern, und weist die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs auf. Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Ansteuerung für den Umschalter zu schaffen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Generators möglich.

Bei Drehstromgeneratoren mit im Stern an ein Zweiweggleichrichtersystem geschalteter Ständerwicklung charakterisiert der Stromentnahmebeginn über den Sternpunkt den Betriebszustand des Generators, bei dem die Phasenspannung größer als die Zwischenphasenspannung wird. Dieser Betriebszustand ist von der Generatordrehzahl und dem Laststrom abhängig. Die Stromentnahme über den Sternpunkt vergrößert sich mit zunehmender Generatordrehzahl und zunehme-jdeni Laststrom. Erfindungsgemäß wird die Zunahme des Stromes über den Sternpunkt zur Steuerung der erwähnten Schaltvorrichtung in Abhängigkeit von der Generatordrehzahl oder von dem Generatorstrom vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung im Generator ist billig und einfach. Die Umschaltvorrichtung schaltet nur um, wenn die beidin Parameter Generatordrehzahl und Generatorstrom den vorbestimmten Wert über- oder unterschritten haben; die Umschaltvorrichtung wird dadurch geschont. Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich bei Schleifringgeneratoren und bei schleifringlosen Synchrongeneratoren verwenden.

Mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Generators sind in der Zeichnung dargestellt und im zugehörigen Text beschrieben.

In dem Ausfühningsbeispiel nach F i g. 1 ist eine Phasenwicklungsanordnung 4 im Ständer des Generators in zwei Hälften X₂-U₂ und XrUu Xi-V₂ und X₁-V₁ sowie Z₂- W₂ und Zi-Wi bei einem Dreiphasengenerator aufgeteilt. Die Wicklungsanschlüsse U₂, V₂, W₂ liegen an zweiten Schaltkontakten und die Wicklungsanschlüsse X\, Yu Z\ an ersten Schaltkontakten einer Schaltvorrichtung 13. Dritte Schaltkontakte dieser Schaltvorrichtung 13 sind untereinander leitend verbunden.

Im niederen Drehzahlbereich sind die Wicklungsabschnitte in Serie geschaltet, so daß die volle Wicklung X₂-Uu Y₂-V] und Z₂-W] wirksam ist. Im unteren Drehzahlbereich arbeiten danach die Wicklungen mit Dioden Γ, 2', 3' zusammen. Bei höheren Drehzahlen, wenn also die ersten Schaltkontakte mit den dritten Schaltkontakten der Schaltvorrichtung 13 verbunden sind, arbeiten die Wicklungshälften der Phasenwicklungsanordnung 4 in Parallelbetrieb. Folgende Wicklungsteile arbeiten mit folgenden Dioden zusammen: Wicklung U]-X] mit Dioden Γ, 2', 1", 2", 3', 3"; Wicklung UrX₂ mit Dioden 1, 2,1",2",3",3;ί7ι, V₁, JV₁ mit Dioden 1', 2', 3'; U₂, V₂, W₂ mit Dioden 1, 2, 3. Die Schaltkontakte der Schaltvorrichtung 13 werden dann nur durch den halben Strom beansprucht

Die Schaltvorrichtung 13 enthält beim Ausführungsbeispiel ein Relais, dessen Wicklung an eine erste Eingangsklemme 16 und eine zweite Eingangsklemme 17 der Schaltvorrichtung 13 angeschlossen ist Die erste Eingangsklemme 16 ist mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 verbunden. Zwischen der Plusklemme 18 und der Minusklemme 19 der Generatoran-Ordnung liegt die Reihenschaltung einer zusätzlichen Plusdiode 101 und einer zusätzlichen Minusdiode 102. An den Verbindungspunkt zwischen den beiden zusätzlichen Dioden 101, 102 ist die zweite Eingangsklemme 17 der Schaltvorrichtung 13 angeschlossen. Liegt die Drehzahl des Läufers unter einem bestimmten Wert und/oder liegt der Generator-Ausgangsstrom unter einem bestimmten Wert, dann sind die Wicklungen U_rX\ und U₂-X₂, die Wicklungen Vi-Ki und V2-K2 sowie die Wicklungen IVi-Z] und W₂-Z₂ in Serie geschaltet Erhöht sich die Drehzahl des Läufers und/oder der Ausgangsstrom des Generators über den bestimmten vorgegebenen Wert hinaus, so schaltet die Schaltvorrichtung 13 die Wicklungen U\-X\, Vi-Ki und IVi-Zi an das Gleichrichtersystem mit den Dioden 1' und 2' und die Wicklungen U₂-X₂, V₂- Y₂ und W₂-Z₂ an das Gleichrichtersystem mit den Dioden 1 und 2; beide Wicklungsgruppen arbeiten dann parallel.

Das in der Schaltvorrichtung 13 enthaltene elektromechanische Relais kann selbstverständlich beispielsweise noch durch einen Bimetallgeber ersetzt werden, wie es F i g. 3 andeutet.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, das im wesentlichen die gleiche Wirkungsweise zeigt wie das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1, wird das in der Schaltvorrichtung 13 enthaltene Relais oder der in der Schaltvorrichtung 13 enthaltene Bimetallgeber indirekt gesteuert. Der Schaltvorrichtung 13 ist eine Vorstufe 21 vorgeschaltet, die ein Gleichstromrelais 22 mit einer Mittelanzapfung enthält. Das eine Ende der Wicklung des Relais 22 ist über die zusätzliche Plusdiode 101 an den Pluspol 18, die andere Wicklung über die zusätzliche Minusdiode 102 an den Minuspol 19 gelegt. Die Mittelanzapfung des Relais 22 steht mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 in Verbindung. Die erste Eingangsklemme 16 der Schaltvorrichtung 13 ist an die Minusklemme 19, die zweite Eingangsklemme 17 über einen vom Relais 22 betätigten Schaltkontakt 23 an die Plusklemme 18 angeschlossen.

F i g. 4 zeigt eine gegenüber dem in F i g. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel vereinfachte Ausführung. Die Schaltvorrichtung 13 enthält ein Relais 122, das eine Mittelanzapfung aufweist. Die Mittelanzapfung ist an den Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 angeschlossen. Der erste äußere Anschluß des Relais 122 ist mit der ersten Eingangsklemme der Schaltvorrichtung 13 verbunden, und diese liegt über die erste zusätzliche Plusdiode 101 an der Plusklemme 18. Der zweite äußere Anschluß des Relais 122 ist über die zweite Eingangsklemme 17 und über die zusätzliche Minusdiode 102 an die Minusklemme 19 angeschlossen.

In F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Schaltvorrichtung 13 enthält ein Relais 222, desser erster äußerer Anschluß über eine erste Eingangsklemme 116 und über die zusätzliche Plusdiode 101 an die Plusklemme 18 geführt ist. Außerdem ist die erste Eingangsklemme 116 über eine weitere zusätzliche Plusdiode 103 an den Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 angeschlossen. Der zweite Anschluß

des Relais 222 ist über eine zweite Eingangsklemme 117 und über die zusätzliche Minusdiode 102 an die Minusklemme 18 angeschlossen; zwischen der zweiten Eingangsklemme 117 und dem Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung 4 liegt eine weitere zusätzliche Plusdiode 104.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Selbsterregter Drehstromgenerator in Sternschaltung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem jeweils das eine Ende der vorzugsweise im Ständer liegenden Phasenwicklungen über eine in Abhängigkeit von äußeren Parametern betätigbare Schaltvorrichtung an erste Plus- und Minusdioden eines Gleichrichters angeschlossen ist und bei dem eine Anzapfung an jeder Phasenwicklung an je eine zweite Plusdiode und an die Anzapfungen auch je eine zweite M.inusdiode angeschlossen ist und bei dem jedes Schaltglied der Schaltvorrichtung einerseits an den Verbindungspunkt der ersten Plus- und Minusdiode und andererseits an ein Ende der Phasenwicklung angeschlossen ist nach Patent P 22 3i 576.0-32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuereingang der Schaltvorrichtung (13,14,15) mit seiner ersten Klemme (16) an dem Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung (4) und mit seiner zweiten Klemme (17) über eine zusätzliche Plusdiode (101) an die Plusklemme (18) und über eine zusätzliche Minusdiode (102) an die Minusklemme (19) angeschlossen ist (F i g. 1,2,4).

2. Selbsterregter Drehstromgenerator in Sternschaltung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem jeweils das eine Ende der vorzugsweise im Ständer liegenden Phasenwicklungen über eine in Abhängigkeit von äußeren Parametern betätigbare Schaltvorrichtung an erste Plus- und Minusdioden eines Gleichrichters angeschlossen ist und bei dem eine Anzapfung an jeder Phasenwicklung an je eine zweite Plusdiode und an die Anzapfungen auch je eine zweite Minusdiode angeschlossen ist und bei dem jedes Schaltglied der Schaltvorrichtung einerseits an den Verbindungspunkt der ersten Plus- und Minusdiode und andererseits an ein Ende der Phasenwicklung angeschlossen ist, nach Patent P 22 31 576.0-32, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorrichtung (13, 14, 15) eine Vorstufe (21) vorgeschaltet ist, die ein Relais (22) enthält, dessen Wicklung mit einer Anzapfung versehen ist, daß das erste Wicklungsende des Relais (22) über eine zusätzliche Plusdiode (101) an die Plusklemme (18) und über eine zusätzliche Minusdiode (102) an die Minusklemme (19) angeschlossen und daß eine Anzapfung der Wicklung des Relais (22) mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung (4) verbunden ist (F i g. 2).

3. Drehstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte der Schaltvorrichtung (13) mechanische Kontakte sind und daß zum Betätigen der Schaltkontakte der Anker eines in der Schaltvorrichtung (13) enthaltenen elektromagnetischen Relais dient, dessen Wicklung an der ersten (16) und der zweiten (17) Klemme der Schaltvorrichtung (13) liegt (Fig. 1).

4. Drehstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte der Schaltvorrichtung (13) mechanische Kontakte sind und daß zum Betätigen der Schaltkontakte der Anker eines in der Schaltvorrichtung (13) enthaltenen thermoelektrischen Gebers dient, dessen Heizwicklung an der ersten (16) und der zweiten (17) Klemme der Schaltvorrichtung (13) liegt (F ig. 3).

5. Selbsterregter Drehstromgenerator in Stern-

schaltung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem jeweils das eine Ende der vorzugsweise im Ständer liegenden Phasenwicklungen über eine in Abhängigkeit von äußeren Parametern betätigbare Schaltvorrichtung an erste Plus- und Minusdioden eines Gleichrichters angeschlossen ist und bei dem eine Anzapfung an jeder Phasenwicklung an je eine zweite Plusdiode und an die Anzapfungen auch je eine zweite Minusdiode angeschlossen ist und bei dem jedes Schaltglied der Schaltvorrichtung einerseits an den Verbindungspunkt der ersten Plus- und Minusdiode und andererseits an ein Ende der Phasenwicklung angeschlossen ist, nach Patent P 22 31 576.0-32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuereingang der Schaltvorrichtung mit seiner ersten Klemme (116) über eine zusätzliche Plusdiode (101) an die Plusklemme (18) und über eine weitere zusätzliche Plusdiode (103) an den Sternpunkt und mit seiner zweiten Eingangsklemme (117) über eine zusätzliche Minusdiode (102) an die Minusklemme (18) und über eine weitere zusätzliche Minusdiode (104) an den Sternpunkt der Phasenwicklungsanordnung (4) angeschlossen ist (F i g. 5).