DE2801844C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Generatoraggregat mit einem Hauptwechselstromgenerator, dessen Feldwicklung von einem zweiten Wechselstromgenerator über eine Gleichrichtereinrichtung gespeist ist, mit einem Regler, der einen Leistungstransistor enthält, der in Reihe mit der Feldwicklung des Hauptwechselstromgenerators angeordnet ist und durch den der Erregerstrom in der Feldwicklung entsprechend der Ausgangsspannung des Hauptwechselstromgenerators moduliert wird, und mit einer Leistungsstromschaltung für den Regler, die an dem zweiten Wechselstromgenerator angeschlossen ist und eine Stromquelle mit einem Bezugspotential bildet.

Ein solches Generatoraggregat ist aus "Industrie-Elektrik + Elektronik", 18. Jahrgang, 1973, Heft 9, Seiten 212-215, bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung ist die Reihenschaltung aus Feldwicklung und Leistungstransistor so ausgeführt, daß der Kollektor des Leistungstransistors und eine Klemme der Feldwicklung gemeinsam an das Erdpotential angeschlossen sind. Die Emitterklemme des Leistungstransistors liegt am negativen Anschluß des Gleichrichters, der auch das Bezugspotential für die durch die Leistungsstromschaltung gebildete Stromquelle darstellt.

Erfolgt jedoch bei dieser Schaltung ein Erdschluß im Bereich der Feldwicklung, so wird der zweite Wechselstromgenerator, aber auch der Brückengleichrichter, mit einem unzulässig erhöhten Strom belastet. Da in diesem Fall auch die Leistungsstromschaltung den Leistungstransistor nicht dauernd abschaltet, besteht somit auch die Gefahr der unzulässigen Belastung und damit der Zerstörung des Leistungstransistors.

Ein anderes Generatoraggregat ist aus der DE-AS 22 12 270 bekannt. Hier wird anstelle einer Wechselstromerregermaschine ein permanentmagnetisch erregter Wechselstromgenerator verwendet, der den Gleichrichter und die Feldwicklung des Hauptwechselstromgenerators speist. Diese Schrift befaßt sich allerdings nicht mit Vorkehrungen zum Schutz des Aggregates vor ungewünschten Erdschlüssen in der Feldwicklung.

Des weiteren ist aus der DE-OS 15 38 316 eine Regeleinrichtung für einen Wechselstromgenerator für Fahrzeuge bekannt, der einen parallel zur Feldwicklung angeordneten Relaiskontakt aufweist, der bei einer unzulässig erhöhten Ausgangsspannung des Generators die Feldspule dauernd kurzschließt. Die Schutzeinrichtung spricht dann an, wenn der in Reihe mit der Feldwicklung liegende Leistungstransistor überbrückt ist, jedoch nicht, wenn die Feldspule einen Erd- bzw. Masseschluß aufweist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Generatoraggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, das gegen Erdschlüsse der Feldwicklung geschützt ist und das kompakt und einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der zweite Wechselstromgenerator permanent erregt ist, daß zwischen einem geerdeten Anschluß der Stromquelle und der Reihenschaltung aus Feldwicklung und Leistungstransistor ein ohmscher Widerstand zur Erdschlußstrombegrenzung angeordnet ist, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes des durch einen Erdschlußstrom am ohmschen Widerstand hervorgerufenen Spannungsabfall der Leistungstransistor dauernd durchgeschaltet ist, und daß ein Umschaltkontakt eines Relais zwischen Gleichrichter und Feldwicklung geschaltet ist, durch den bei Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes der Ausgangsspannung des Hauptwechselstromgenerators die Feldwicklung vom Gleichrichter getrennt und kurzgeschlossen wird.

Eine zweckmäßige Weiterbildung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.

Das dargestellte Aggregat weist einen Hauptgenerator 10 mit einer Ständerwicklung 11 und einer Feldwicklung 12 auf, der einen Dreiphasenausgang erzeugt.

Ein Permanentmagnetwechselstromgenerator 13 ist vorge­ sehen, um Strom zum Speisen der Feldwicklung 12 des Hauptgenera­ tors 10 zu erzeugen und um auch eine Stromquelle für eine Reg­ lerschaltung und eine Schutzrelaisschaltung für den Hauptgenera­ tor 10 zu bilden.

Die Reglerschaltung ist in verschiedenen getrennten Teilen in der Zeichnung dargestellt, nämlich einer Spannungsmeßschaltung 14 , die Eingangsanschlüsse hat, die mit dem Hauptgeneratoraus­ gang verbunden sind, und eine Impulsgeberschaltung, die in be­ kannter Weise einen Impulsausgang erzeugt, der von der Spannungs­ meßschaltung 14 geregelt wird. Beispielsweise kann die Schaltung 14 einen Gleichstromausgang mit einer überlagerten Welligkeit mit einem Mehrfachen der Ausgangsfrequenz des Hauptgenerators 10 erzeugen. In diesem Fall muß die Impulsgeberschaltung 15 einen kontinuier­ lichen Hochspannungsausgang erzeugen, wenn der Ausgang des Haupt­ generators 10 über einem ersten Sollwert liegt, einen kontinuierli­ chen niedrigen Ausgang, wenn der Ausgang des Hauptgenerators 10 un­ ter einem zweiten Sollwert liegt, und einen pulsierenden Ausgang mit veränderlichem Impulstastverhältnis mit der Welligkeitsfre­ quenz dann, wenn der Ausgang des Hauptgenerators 10 zwischen die­ sen beiden Sollwerten liegt. Andere Schaltungsanordnungen können natürlich für das Ausführen der Meß- und Impulsgeberschaltungen 14 und 15 vorgesehen sein.

Die Energie für die Schaltungen 14 und 15 kommt von einer Ener­ gieversorgungsschaltung 16, die wechselstromgekoppelt ist, und zwar über einen Transformator mit dem Ausgang des Wechsel­ stromgenerators 13, und diese Energierversorungsschaltung hat einen geerdeten Anschluß 16 a, einen Anschluß 16 b mit positiver Spannung +V ₁ und einen weiteren Anschluß 16 c mit einer negati­ ven Spannung -V ₂.

Die Schutzrelaisschaltung, auf die bezug genommen worden ist, weist eine Relaissteuerschaltung 17 auf, die mit Strom von der Energieversorgungsschaltung 16 versorgt wird und die ein Relais 17 a aufweist, das einen Kontakt 18 schaltet. Die Relaissteuer­ schaltung 17 erhält einen Eingang von der Spannungsmeßschaltung 14 zum Anzeigen eines Überspannungszustands am Ausgang des Haupt­ generators 10, und es erfolgt ein Umschalten durch einen solchen Eingang in einen blockierten abgeschalteten Zustand zum Abschal­ ten des Hauptgenerators 10, wie aus der nachstehenden Beschrei­ bung noch ersichtlich sein wird.

Ein Dreiphasen-Brückengleichrichter 19 ist mit dem Ausgang des Wechselstromgenerators 13 verbunden und liefert eine Spannung zwischen zwei Stromleitungen 20 und 21. Der Relaiskontakt 18, die Feldwicklung 12 und der Kollektor-Emitterweg einen n-p-n-Leistungstransistors 22, der das Ausgangselement des Reglers bildet, sind in Reihe zwischen die Leitungen 20, 21 geschaltet.

Die Zeichnung zeigt auch die Ausgangsstufe des Reglers mit dem Transistor 22 . Wie dargestellt ist, ist der Emitter dieses Transistors 22 mit der Leitung 21 verbunden, und dessen Kollektor ist mit einem Ende der Feldwicklung 12 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors 22 ist mit der Kathode einer Diode 23 verbunden, deren Anode mit der Leitung 21 verbunden ist. Ein n-p-n-Treibertransistor 24 ist mit seinem Emitter mit der Steuerelektrode des Transistors 22 verbunden, und mit seinem Kollektor ist er mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden. Zwei Widerstände 25, 26 sind in Reihe zwischen die Steuerelektrode und dem Emitter des Transistors 24 geschaltet, und mit ihrer Verbindung sind sie mit der Anode einer Diode 27 verbunden, deren Kathode mit dem -V ₂-Anschluß 16 c verbunden ist. Die Steuerelektrode des Transistors 24 ist außerdem über einen Widerstand 28 mit dem Kollektor eines p-n-p- Transistors 29 verbunden, dessen Emitterelektrode mit dem +V ₁- Anschluß 16 b und dessen Steuerelektrode mit dem Impulsgeber 15 verbunden sind.

Ein Widerstand 30 mit geringer Ohmzahl verbindet die Leitung 21 mit dem geerdeten Anschluß 16 a der Schaltung 16. Eine Diode 31 ist mit ihrer Kathode mit dem Kollektor des Transistors 29 und mit ihrer Anode mit der Anode einer Zenerdiode 32 verbun­ den, deren Kathode mit dem geerdeten Anschluß 16 a verbunden ist.

Im normalen Einsatz ist das Relais 17 a stromführend und hält den Kontakt 18 in der dargestellten Position. Ein Entregen des Relais 17 a bewirkt eine Bewegung des Kontakts 18 in eine Posi­ tion, in der er die Verbindung zur Leitung 20 unterbricht und die Feldwicklung 12 kurzschließt. Beim normalen Lauf wird der Transistor 22 ein- und abgeschaltet, um den Sollausgang des Hauptgenerators 10 aufrechtzuerhalten, und eine Rücklaufdiode 33, die zur Feldwicklung 12 parallelgeschaltet ist, nimmt den Feld­ strom auf, während der Transistor 22 abgeschaltet ist.

Bei einem Erdungsfehler in der Verbindung zwischen dem Kontakt 18 und der Feldwicklung 10 fließt ein Fehlerstrom zur Erdung von der Leitung 20 durch den Kontakt 18, er muß aber durch den Widerstand 30 bei seinem Rückweg zum Gleichrichter 19 über die Leitung 21 fließen. Der sofortige Effekt davon ist der, daß der Erdungsfehlerstrom auf eine solche Stärke begrenzt wird, daß der Wechselstromgenerator 13 nicht überlastet wird, um damit ein ungewolltes Ausschalten des Relais 17 a zu verhindern, das durch ein solches Ausschalten nicht verriegelt würde und des­ halb wieder erregt würde, sobald durch Öffnen des Kontakts 18 der Feldstrom ausreichend abgeschwächt worden ist, um eine Erholung des Wechselstromgenerators 13 zu ermöglichen. Er­ sichtlich würde das Fließen und Unterbrechen eines Erdungs­ fehlerstroms in Wiederholung zu schweren Schäden des Kontakts 18 führen. Die Fehlerstrombegrenzung, die vom Widerstand 30 er­ bracht wird, verhindert damit das Auftreten dieses schädlichen Schwingzustands.

Darüber hinaus benutzt die dargestellte Schaltung den Widerstand 30 auch als einen Teil einer Erdungsfehler-Detektorschaltung, um den Generator 10 ordnungsgemäß außer Betrieb zu nehmen. Diese Erdungsfehler-Detektorfunktion ergibt sich durch Verwendung der Diode 31 und der Zenerdiode 32. Der Fehlerstrom durch die Widerstände 30 bewirkt ein Abfallen der Spannung an der Lei­ tung 20 auf mehrere Volt unter der Erdungsspannung, so daß Steuerelektrodenstrom für den Transistor 24 über die Zenerdio­ de 32 und die Diode 31 vom Anschluß 16 a genommen werden kann, um übersteuernd die Transistoren 24 und 22 einzuschalten. Der kon­ tinuierliche Feldstrom, der in dieser Weise geliefert wird, be­ wirkt ein Ansteigen des Ausgangs des Hauptgenerators 10, um schließ­ lich die Schaltung 17 umschalten zu lassen, um den Kontakt 18 zu öffnen und zu blockieren, so daß ein vollständiges Stillset­ zen des Hauptgenerators 10 bewirkt wird, während der Ausgang des Wechselstromgenerators 13 unbeeinflußt bleibt.

Der Widerstand 30 liefert auch eine Fehlerstrombegrenzung für den Fall eines Erdungsfehlers am Anschluß 16 b, obgleich ein Stillsetzen nicht notwendigerweise dann erfolgt.

Die Diode 27 verhindert das Zusammenbrechen der Stromversorgung -V ₂ während eines Erdungsfehlers wegen des exzessiven Steuer­ strombedarfs des Transistors 24 über die Widerstände 25 und 26. Unter diesen Bedingungen leitet der Transistor 24 seinen Steuerstrom über die Zenerdiode 32, die Diode 31 und den Widerstand 28 ab, wie das vorstehend beschrieben wor­ den ist.

Claims (2)

1. Generatoraggregat mit einem Hauptwechselstrom­ generator (10), dessen Feldwicklung (12) von einem zweiten Wechselstromgenerator (13) über eine Gleichrichter­ einrichtung (19) gespeist ist, mit einem Regler, der einen Leistungstransistor (22) enthält, der in Reihe mit der Feldwicklung (12) des Hauptwechselstromgenerators (10) angeordnet ist und durch den der Erregerstrom in der Feldwicklung (12) entsprechend der Ausgangsspannung des Hauptwechselstromgenerators (10) moduliert wird, und mit einer Leistungsstromschaltung (16) für den Regler, die an dem zweiten Wechselstromgenerator (13) angeschlossen ist und eine Stromquelle mit einem Bezugspotential bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wechselstromgenerator (13) permanenterregt ist, daß zwischen dem auf Erdpotential liegenden Bezugspotentialanschluß (16 a) der Stromquelle und der Reihenschaltung aus Feldwicklung (12) und Leistungstransistor (22) ein ohmscher Widerstand (30) zur Erdschlußstrombegrenzung angeordnet ist, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes des durch einen Erdschlußstrom am ohmschen Widerstand (30) hervorgerufenen Spannungsabfall der Leistungstransistor (22) dauernd durchgeschaltet ist, und daß ein Umschaltkontakt (18) eines Relais (17 a) zwischen Gleichrichter (19) und Feldwicklung (12) geschaltet ist, durch den bei Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes der Ausgangsspannung des Hauptwechselstromgenerators (10) die Feldwicklung (12) vom Gleichrichter (19) getrennt und kurzgeschlossen wird.

2. Generatoraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor (22) über einen Treibertransistor (24) angesteuert wird, wobei Leistungstransistor (22) und Treibertransistor (24) eine Darlingtonschaltung bilden und daß der Sollwert, bei dessen Überschreiten der Leistungstransistor (22) dauernd durchgeschaltet ist, mittels Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (32) und einer Diode (31) festgelegt ist, die zwischen dem geerdeten Anschluß (16 a) und der Steuerelektrode des Treibertransistors (24) geschaltet ist.