DE2811440A1 - Elektrischer generator - Google Patents

Description

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kann so ausgebildet sein, daß sie einen parallelen Strompfad zur Erregerwicklung und zum Regler bildet, wodurch dem als Sicherung ausgebildeten Schaltelement ein solcher Strom zugeführt wird, daß dieses durchbrennt. Eine Erregung des Generators ist dann ohne Ersatz der Sicherung und Beseitigung des Defektes nicht mehr möglich.

Alternativ kann das Schaltelement in Reihe mit der Erregerwicklung und dem Regler als Schaltkontakt eines Relais ausgebildet sein, welches bei Überspannung erregt wird. Der entstehende Defekt kann im Kraftfahrzeugbereich über die übliche Ladekontroll-Lampe angezeigt werden, wenn der mit den Erregerdioden des Drehstromgenerators verbundene Erregerwicklungsanschluß (Klemme D+) mit Hilfe eines geeignet dimensionierten Widerstands mit Masse (Klemme B- oder D-) verbunden wird.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Generator nach der Gattung des Hauptanspruchs. Elektrische Generatoren, auch Drehstromgeneratoren, sind bekannt; sie dienen üblicherweise zur Bordnetz speisung von Kraftfahrzeugen, Schiffen o. dgl. und können so aufgebaut sein, daß sie über eine stationäre und vorzugsweise dreiphasige Ständerwicklung als feststehenden Leitungsteil und über einen Läufer oder Rotor verfügen, auf dessen Welle die Magnetpole mit der Erregerwicklung sowie für die Speisung der Erregerwicklung zwei Schleifringe sitzen. Zur Gleichrichtung des in der dreiphasigen Ständerwicklung induzierten Wechselstroms sind sechs Leistungsdioden, nämlich drei sogenannte

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Plusdioden und drei Minusdioden vorgesehen, sowie häufig drei separate sogenannte Erregerdioden, die ebenfalls mit den Ständerwicklungen verbunden sind, aber ausschließlich der Erregerwicklung des Läufers den Erreger strom zuführen. Die Steuerung des der Erregerwicklung zugeführten Erregerstroms erfolgt mit Hilfe eines Reglers, der so ausgebildet ist, daß die vom Drehstromgenerator abgegebene Spannung belastungs- und drehzahlunabhängig ist. Dabei fließt der jeweils für die Aufrechterhaltung dieses Zustands erforderliche Erregerstrom über eine Hauptsteuerstrecke des Reglers, der einen üblichen Istwert-Sollwertvergleich durchführt, normalerweise mit Hilfe einer Zenerdiode. Es besteht nun die Möglichkeit, daß am Transistorregler ein Defekt entsteht, der bewirkt, daß dieser voll durch schaltet, d.h. daß der üblicherweise als Transistorregler ausgelegte Regler leitend defekt wird und die Erregerwicklung ständig voll an die Generator spannung anschließt. In diesem Fall ist die Generator spannung wesentlich zu hoch, der Generator wird stets mit voller Leistung betrieben und es kommt zu einem Batterieauskochen, da der mit den beiden Generatorklemmen B+ und B- verbundene Akkumulator an seinen Anschlüssen eine ganz bestimmte Spannung benötigt, damit bei ständiger leichter Ladung der sich im Normalzustand befindenden Batterie diese im dynamischen Gleichgewicht bleibt. Von besonderem Nachteil ist aber in diesem Zusammenhang, daß gerade die Störung eines leitend defekten Reglers praktisch nicht bemerkt wird, denn die Batterie ist, bis sie praktisch ausgekocht ist, stets im optimalen Ladezustand und sämtliche Verbraucher sind ausreichend mit elektrischer Energie versorgt. Auch die übliche Ladekontroll-Lampe ist nicht in der Lage, einen solchen Defekt anzuzeigen, denn sie verbindet im Normalfall über den

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Fahrtschalter oder Zündschalter die Klemme BH- mit der Klemme D+ und an beiden herrscht praktisch gleiches Potential.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße elektrische Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch die Störung des leitend defekten Reglers erfaßt wird, so daß eine Zerstörung der Batterie durch das Hochgehen der Generator spannung bei einem solchen Reglerdefekt verhindert wird. Durch die Erfindung wird die Erregung des Generators unterbrochen, so daß die Generatorspannung auf Null zurückgeht.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß es möglich ist, einen solchen Defekt über die Ladekontroll-Lampe anzuzeigen, wenn ein entsprechend dimensionierter Widerstand so geschaltet wird, daß er die Klemmen D+ und D- miteinander verbindet. In diesem Fall ergibt sich ein Strompfad von der Batterie über den geschlossenen Startschalter, die Ladekontroll-Lampe gegen Masse bei freilaufendem, nicht erregtem, und daher auch keine Spannung lieferndem Generator.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen elektrischen Generators möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß das Schaltelement, welches in Reihe mit der Erregerwicklung und der Reglerhauptsteuerstrecke geschaltet ist, eine Sicherung sein kann, die so dimensioniert ist, daß zwar der Erreger strom in seiner vollen Bandbreite die Sicherung nicht zum Ansprechen bringt, ' daß

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aber ein bei Überspannung infolge leitend defektem Regler bewußt herbeigeführter Kurzschluß mit Hilfe eines weiteren Schaltelementes die Sicherung aufgrund des Kurzschlußstroms zerstört wird. Es wird dann der Strompfad von der Erregerwicklung über den Regler gegen Masse unterbrochen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem mit der Reglerhauptstrecke eine Sicherung in Reihe geschaltet ist, während die Fig. 2 eine ähnliche Schutzschaltung bei leitend defektem Transistor mit einem relaisbetätigtem, in Reihe mit der Erregerwicklung und dem Regler geschalteten Schalter zeigt.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

Bevor im folgenden im einzelnen auf bevorzugte Ausführungsbeispiele eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die erfindungs gern äße Schutzschaltung, die ein Hochgehen der Generator spannung bei leitend defektem Transistorregler verhindert, auf beliebige Arten von elektrischen Maschinen und Generatoren angewendet werden kann, die hierfür geeignet sind; im folgenden wird die Erfindung anhand eines Drehstromgenerators beschrieben, der in Fig. 1 mit 1 bezeichnet ist und über eine dreiphasige, bevorzugt stationär ausgebildete Ständerwicklung verfügt, in die von dem Erregersystem Wechselströme bzw. Wechselspannungen induziert werden, die von einer Brückengleichrich-

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terschaltung 2 mit drei Plusdioden 3 und drei Minusdioden 4 gleichgerichtet ■werden. Es ergeben sich so die nach üblicher Sprachregelung mit B+ und B- bezeichneten Anschlüsse, wenn ein solcher Drehstromgenerator für die Bordnetzspeisung beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, Schiffes o. dgl. eingesetzt wird. Die Erregerwicklung ist in Fig.

I mit 5 bezeichnet; durch sie fließt der der regelnden Einflußnahme eines Reglers 6 unterworfene Erregerstrom. Der genaue Aufbau des Reglers 6 braucht hier nicht erläutert zu werden, da er an sich beliebig sein kann. Wesentlich ist lediglich, daß der Regler 6 mindestens über eine Hauptsteuerstrecke verfügt, die bei dem dargestellten Ausführung sbei spiel eines Transistorreglers von der Kollektor emitter strecke eines Transistors 7 gebildet ist.

Zusätzlich zu den Leistungsdiodensätzen 3 und 4 ist noch ein Satz von drei Erregerdioden 8 vorgesehen, die mit ihren Anoden an die gleichen Anschlußpunkte der Ständerwicklungen des Generators 1 angeschlossen sind, wie auch die Leistungsdioden und deren Kathoden zusammengefaßt den Erregerspannungsanschluß D+ bilden, der üblicherweise über eine mit 9 bezeichnete Ladekontroll-Lampe und den Start-oder Zündschalter mit dem Anschhxß B+ verbunden ist. Bei Normalbetrieb steuert der Regler 6 den durch die Erregerwicklung 5 fließenden Erregerstrom so, daß an den Anschlüssen B+ und B- des auf diese Weise gebildeten Bordnetzes eine solche Spannung vorliegt, daß die Batterie

II ordnungsgemäß geladen wird, jedoch nicht auskochen kann. Dabei ist die Hauptsteuerstrecke des Reglers üblicherweise mit Fahrzeugmasse, also dem Anschluß B- verbunden. Ergibt sich im Regler 6 nun eine solche Störung, daß dieser leitend defekt wird, d. h. daß der Anschlußpunkt Pl der Erregerwicklung unmittelbar mit Masse (An-

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Schluß D- oder B-) verbunden wird, dann fließt durch die Erregerwicklung stets der maximale Erreger strom und die Batterie 11 kocht aus.

Entsprechend einer erfindungsgemäßen Maßnahme ist daher in Reihe mit der Hauptsteuerstrecke des Reglers 6 ein weiteres Schaltelement

12 geschaltet, welches normalerweise leitend ist und praktisch keinen Widerstandswert aufweist, so daß der Normalbetrieb nicht gestört wird.

Ergänzend ist eine Über spannung s-Schutz schaltung 13 vorgesehen, die bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Spannung an der Klemme D+ (im wesentlichen identisch mit der Spannung an der Stromschiene B+) erfaßt und mit einem Sollwert vergleicht, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Zenerdiode 14 vorgegeben wird. Die Überspannungs-Schutzschaltungoder Überwachungsschaltung

13 umfaßt weiterhin ein Halbleiterschaltelement, welches durch Anlegen einer geeigneten Steuer spannung an seiner Steuerelektrode leitend gesteuert werden kann, nämlich einem Thyristor 15. Der Thyristor liegt parallel / Reihenschaltung von Erregerwicklung 5 und Regler 6, d.h. seine Kathode ist über die Leitung 16 mit dem Verbindungspunkt der Hauptsteuerstrecke des Reglers 6 und des Schaltelementes 12 verbunden. Die Steuer spannung für den Thyristor 15 wird erzeugt von einem Spannungsteiler 17, bestehend aus den Widerständen 18 und 19, an deren Verbindungspunkt die weiter vorn schon erwähnte Zenerdiode 14 angeschlossen ist.

Bei leitend defektem Regler steigt die Generator spannung an D+ an,

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wobei bei Überschreiten der zulässigen Spannung die Zenerdiode 14 dann leitend gesteuert wird und der Thyristor 15 zündet. Dadurch wird über die Schaltstrecke des Thyristors 15 und das Schaltelement 12 der Generator kurzgeschlossen und es fließt ein Kurz Schluß strom, der das Schaltelement 12 dazu veranlaßt, die Masseverbindung von Thyristor 15 bzw. der Hauptsteuerstrecke des Reglers 6 zu unterbrechen. Bevorzugt ist das Schaltelement 12 als Sicherung ausgebildet, die aufgrund dieses hohen, durch den Defekt entstandenen Stromes durchbrennt und unterbricht.

Dadurch wird die Erregerwicklung 5 des Generators stromlos, die Erregung des Generators wird unterbrochen und die Generator spannung geht auf etwa Null zurück.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann parallel zu den Anschlüssen D+ und D- bzw. B- ein "Widerstand 20 geschaltet sein, der nach Unterbrechung des Stromkreises durch die Sicherung 12 einen Strom von der an B+ angeschlossenen Batterie 11 über den geschlossenen Startschalter 10 und die Ladekontroll-Lampe 9 gegen Masse übernimmt, so daß die Ladekontroll-Lampe aufleuchtet. Daher läßt sich ein solcher Defekt (die Hauptsteuer strecke des Reglers ist ständig leitend) sofort nach seiner Beseitigung auch anzeigen.

Es ergibt sich auf diese Weise eine völlige Sicherheit gegen einen .. solchen Reglerdefekt, wobei der Benutzer eines mit einem solchen Drehstromgenerator ausgerüsteten Kraftfai rzeugs in dem ruhigen Bewußtsein sein kann, daß auch bei leitend defektem Regler sofort eine Anzeige über die ihm geläufige Ladekontroll-Lampe erfolgt._

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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist parallel zu dem Widerstand 19 noch ein Kondensator 21 geschaltet, der verhindert, daß die eine Überspannung überwachende Schaltung 13 ungewollt bei intaktem Regler aufgrund sonstiger Überspannungen aus dem. Bordnetz (die beispielsweise bei Betrieb ohne Batterie auftreten können) anspricht. Der Kondensator glättet entsprechende Spitzen und verhindert ein Durchbrechen der Zenerdiode 14 in diesem Fall. Soweit bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gleiche Elemente in gleicher Funktion vorliegen, sind sie auch mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht im einzelnen erläutert. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich insofern von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, als in die · zur Fahrzeugmasse führende Verbindungsleitung 22 von der Reglerhauptsteuerstrecke ein Schaltkontakt 23 geschaltet ist, der von einem Relais 24 betätigt wird. Dieses Relais liegt in Reihe mit der Schaltstrecke des weiter vorn schon erwähnten Thyristors 15', der hier aber zwischen die Anschlüsse B+ und B- (D-) geschaltet ist, wie auch die zugeordnete Eingangsschaltung, bestehend aus der Spannungsteilerschaltung 17' und der diese mit der Gateelektrode des Thyristors 15' verbindenden Zenerdiode 14' . Eine Änderung der Wirkungsweise ergibt sich hierdurch nicht; bei leitend defektem Regler spricht auch hier der Thyristor 15' nach Durchbrechen der Zenerdiode 14' an und schaltet das Relais 24, welches anzieht und aufgrund seines Ruhekontakts 23 die Verbindung der Reglerhauptsteuerstrecke zu Masse B-unterbricht. Dadurch wird auch die Erregung des Generators unterbrochen. Eine Anzeige durch die Ladekontroll-Lampe ist möglich, wenn auch hier wieder der Widerstand 20 zwischen D+ und D- (B-) geschaltet ist; eine Anzeige ist aber auch beispielsweise durch eine andere Lampe möglich, die wie bei 25 angedeutet, in Reihe mit dem

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Thyristor 15' und dem Relais 24 geschaltet ist. In diesem Fall benötigt man aber zusätzlich eine weitere Anzeigelampe. Bei der Schaltung der Fig. 2 ergibt sich der Vorteil, daß bei einer nur vorübergehenden Störung eine Löschung durch Abklemmen von der Batterie 11 möglich ist; alternativ ist es selbstverständlich möglich und auch empfehlenswert, .die Teiler schaltung 17'und den Thyristor 15' mit in Reihe geschaltetem Relais 24 über eine Leitung 26 mit dem Schaltungspunkt P2 (Klemme 30) des Zündschalters 10 zu verbinden, die nur dann Strom führt, wenn der Zündschalter geschlossen ist. Dadurch läßt sich die Schutzschaltung durch Öffnen des Zündschalters 10 lös ch en.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung bei einem elektrischen Generator bei leitend defektem Transistorregler sichert einen einwandfreien Folgeschadenschutz durch Unterbrechung der Minusleitung und verhindert das Batterieauskochen sowie sonstige Schaden an mit dem Bordnetz etwa eines Kraftfahrzeugs verbundenen Verbrauchern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Elektrischer Generator mit Erregerwicklung, der von einem Regler der für die Konstanthaltung der Generator spannung erforderliche Erregerstrom zugeführtV/ird, insbesondere Drehstromgenerator für Bordnetz speisung bei Kraftfahrzeugen, Schiffen u. dgl. , dessen Erregerwicklung von gesonderten Erregerdioden der Erregerstrom über die Hauptsteuerstrecke des Reglers zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, da/3 zur Verhiid erung eines Hochgehens der Generator spannung bei leitend defektem Regler (6) in Reihe mit der Reglerhauptsteuerstrecke und der Erregerwicklung (5) ein Schaltelement (12; 23, 24) geschaltet ist, daß eine die Generator spannung oder die Erregerspannung des Generators erfassende und mit einem Sollwert vergleichende Überspannungsschutzschaltung (13, 13') vorgesehen ist und daß die Überspannungsschutz schaltung (13, 13') so mit dem Schaltelement (12; 23, 24) verbunden ist, daß dieses die Reihenschaltung von Erregerwicklung und Reglerhauptsteuerstrecke unterbricht.

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   2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (12) als Sicherung ausgebildet ist und die Überspannungsschutzschaltung (13) einen Thyristor (15) umfaßt, der bei Überspannung leitend gesteuert ist und einen parallelen Strompfad zu Erregerwicklung (5) und Reglerhauptsteuerstrecke bildet, derart, daß die Sicherung (12) aufgrund dieses Kurz Schluß Stroms zerstört wird und die Erregung des Generators unterbricht.

   3. Elektrischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement der Ruhestromkontakt (23) eines Relais' (24) ist, dessen Erregerwicklung in Reihe mit der Schaltstrecke des Thyristors (15') geschaltet ist.

   4. Elektrischer Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Über spannungsschutz schaltung eine Eingangsschaltung (17, 17') umfaßt, die bei einer Überspannung der Bordnetzspannung (B-t) oder der Erreger spannung (D+) anspricht und eine Zenerdiode (14, 14') leitend steuert, die mit der Steuerelektrode des Thyristors (15, 15') verbunden ist.

   5. Elektrischer Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung aus der Reihenschaltung zweier Widerstände (18, 19; 18*, 19') besteht, an deren Verbindungspunkt die Zenerdiode (14, 14') angeschlossen ist.

   6. Elektrischer Generator nach einem oder mehreren der Anspril-

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   ehe ] bis 5, dadurch gekennzeichnet, d;iß zur Anzeige des leitend defekten Transistorr.eglers und der Unterbrechung der Generatorerregung ein Widerstand (20) vorgesehen ist, der den Erregerwicklung sanschluß (D+) mit Masse (D-; B-) verbindet.

   7. Elektrischer Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung eines ungewollten Ansprechens auf Überspannungen bei intaktem Regler

   parallel zu einem der Widerstände (19, 19') des Eingangspannungsteilers (17, 17') ein Kondensator (21, 21') geschaltet ist.

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