DE2920101A1

DE2920101A1 - Vorrichtung zur erregung von drehstromgeneratoren

Info

Publication number: DE2920101A1
Application number: DE19792920101
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1980-11-27
Also published as: FR2457038A1; FR2457038B3; US4314194A; JPS55155565A

Description

Dipl. Ing. Peter Otte _{7033 H}errenberg (Kuppingen)

Patentanwalt ' Eifeistraße 7

Telefon (O 70 32) 319 99

I 399/ot/hn
18. 1. 1979

Firma

Robert Bosch GmbH

7000 Stuttgart 1

Vorrichtung zur Erregung von Drehstronageneratoren

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bei bestimmten Drehstromgeneratoren bekannt, den Erregerstrom durch eine einzige, stationär gelagerte oder auch drehbare Ringspule zu führen, die auf einen Polkern gewickelt ist. Der Erregerstrom wird dabei vom Hauptstrom der Maschine abgezweigt, häufig unter Verwendung sogenannter separater Erregerdioden, die mit ihren Ausgangsklemmen zusammengefaßt sind und mit dem Eingangsanschluß eines Reglers verbunden sind, der den Erreger strom der Erregerwicklung im Läufer des Drehstromgenerators je nach dem Belastungszustand des Generators geregelt zuführt. Damit sich ein Kraftlinienfeid ergibt, weiches die Ständerwicklungen schneidet, ist der Polkern beidseitig von Kiauenpolhälften umfaßt deren Pole wechselseitig ineinandergreifen. Da bei den in Kraftfahr-

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zeugen, Zügen oder sonstigen mobilen Einheiten üblicherweise verwendeten Kleinspannungsgeneratoren im selbsterregten Betrieb die Erregerspannung gleich der Klemmenspannung des Generators ist, ist es zur Erzielung hoher Durchflutungen bis jetzt nur möglich gewesen', entweder bei kleinen Feldwiderständen vergleichsweise hohe Erregerströme in Kauf zu nehmen oder den Wickelraum der Erregerringspule unter Verlust von aktivem Eisen zu vergrößern. Nachteilig ist hierbei noch, daß zum Betrieb der Erregerwicklung bei Schleifringläufern ein zusätzlicher Bürstenverlust eintritt und sich außerdem stets ein Spannungsabfall am Regeltransistor ergibt, wenn, wie heute üblich, mit Transistorreglern gearbeitet wird.

Andererseits belasten aber die zur Erzielung einer hohen Durchflutung erforderlichen hohen Erregerströme die Ständerwicklung zusätzlich und gehen für die Leistungsabgabe verloren.

Es besteht daher Bedarf nach einem System, welches eine möglichst hohe Durchflutung eines selbsterregten Drehstromgenerators ermöglicht, ohne daß die üblichen Auswege eines hohen Erregerstroms oder eines zusätzlichen W icklungs quer Schnitts mit den sich daraus ergebenden Nachteilen angewendet werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erregung von Drehstromgeneratoren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß es gelingt, trotz konstanter Klemmenspannung des Generators die Erregerwicklung mit einer höheren Er reg er spannung zu betreiben. Es ist daher entweder möglich, einen Drehstromgenerator bei gegebenen Abmessungen infolge der sich hierdurch ergeben-

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den größeren Durchflutung mit größerer Leistung zu betreiben, ohne daß sich schwerwiegende Nachteile ergeben, oder bei gegebener Durchflutung und der erfindungsgemäß erhöhten Erreger spannung den Erregerstrom abzusenken bzw. alternativ den Spulenquerschnitt zu ver<kleinern. Durch die Absenkung des Erregerstroms erhöht sich der Wirkungsgrad; verringert man den Spulenquerschnitt, dann kann der hierdurch gewonnene Raum zur Leistungssteigerung des Generators beitragen, wenn er mit aktivem Eisen gefüllt wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Erfindung sich trotz der höheren Erregerspannung bei üblichen Drehstromgeneratoren und üblichen, auf vorgegebene Erregerspannungen abgestimmten Reglern einsetzen läßt, denn es ist möglich, dem Regler eine Erreger spannung zuzuführen, die in Abweichung zur erhöhten Erreger spannung für die Erregerwicklung unbeeinflußt und auf übliche Weise gewonnen ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Schaltungsausführung eines selbsterregten Drehstromgenerators hauptsächlich im Bereich der Erzeugung des Erregerstroms,

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, die von dem Drehstromgenerator abgegebene Klemmenspannung, also beispielsweise die an jeder Phase eines Dreiphasen-Drehstromnetzes abfallende Phasenspannung dadurch zu überhöhen und lediglich für den Erregerbereich in eine höhere Erreger spannung umzusetzen, daß parallel zu der Verbindungsleitung jeder Phasenhauptwicklung zur Gleichrichterhauptbrücke in Reihe mit jeder Phasenhauptwicklung eine zusätzliche, von der gleichen Durchflutung geschnittene Hilfswicklung geschaltet ist, die lediglich den Erregerstrom führt und über gesonderte Erregerdioden mit der Erregerwicklung verbunden ist.

Dabei kann der Erregerstrom über eine separate Erreger-Gleichrichterbrücke gleichgerichtet werden; alternativ ist eine Gleichrichtung des Erregerstroms auch über eine Gleichrichter-Sternschaltung möglich.

In der Figur ist die übliche Ständerwicklung des Drehstromgenerators mit 1 bezeichnet; sie umfaßt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Phasenhauptwicklungen 2a, 2b, 2c in Sternschaltung. Die Erregerwicklung ist mit 3 bezeichnet. Zum besseren Verständnis bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus eines solchen Drehstromgenerators wird darauf hingewiesen, daß normalerweise die dreiphasige Ständerwicklung 1 als feststehender Leitungsteil ausgebildet ist, während ein auf einer Welle gelagerter Läufer oder Rotor bei der überwiegenden Anzahl der Ausführungen die Erregerwicklung 3 trägt, der über zwei Schleifringe der Erregerstrom zugeführt wird. Der übliche Aufbau ergänzt sich dann noch durch eine Gleichrichterhauptbrücke 4, bestehend

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aus insgesamt sechs Leistungsdioden, nämlich drei sogenannten Plusdioden 5a, 5b, 5c und drei sogenannten Minusdioden 6a, 6b, 6c. Mit ihren jeweils zusammengefaßten Anoden bzw. Kathoden bilden die Minusdioden und die Plusdioden den Plusanschluß B+ sowie den Minusanschluß B- (D-) des Bordnetzes, mit dem auch sinngemäß die Anschlußpole einer Batterie 8 verbunden sind.

Gemäß vorliegender Erfindung sind zur Erzeugung des der Erregerwicklung 3 zuzuführenden Erregerstroms in Reihe mit jeder Phasenhauptwicklung 2a, 2b, 2c Zusatz- oder Hilfswicklungen 7a, 7b, 7c geschaltet, wodurch sich eine Serienschaltung zweier Spulen ergibt. Da die jeweiligen Hilf swicklungen ihren jeweiligen Phasenhauptwicklungen auch räumlich so zugeordnet sind, daß sie zeitgleich vom gleichen Änderungsverlauf der magnetischen Feldlinien geschnitten werden, ergibt sich durch die Reihenschaltung jeweils einer Hilfswicklung mit der Phasenhauptwicklung am jeweils freien Anschluß der Hilfswicklung eine je nach Wunsch zum Teil beträchtlich höhere Erregerspannung , verglichen mit der Klemmenspannung des Generators, die sich ja nicht geändert hat. Da die Hilfswicklungen 7a, 7b, 7c parallel zu den Verbindungsleitungen geschaltet sind, die den Ausgang jeder Phasenhauptwicklung mit dem zugeordneten Anschluß der Gleichrichterhauptbrücke 4 verbinden, können die Hilfswicklungen wesentlich schwächer dimensioniert werden, d.h. aus einem Wicklungsdraht bestehen, der im Durchmesser um soviel kleiner als derjenige der entsprechenden Hauptwicklung ist, wie sich dies im Verhältnis der fließenden Ströme ergibt.

Die in der Reihenschaltung von jeweiliger Phasenhauptwicklung mit

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Hilfswicklung 2a, 7a; 2b, 7b; 2c, 7c induzierte höhere Spannung wird dann über eine separate Erreger-Gleichrichterbrücke 9 gleichgerichtet und der Feldwicklung 3 unter der regelnden Wirkung des hiermit in Reihe geschalteten Transistorreglers, von dem in der Zeichnung lediglich der Endtransistor 10 dargestellt ist, der Erregerwicklung 3 zugeführt.

Da sich an dem positiven Ausgangsanschluß der Erreger-Gleichrichterbrücke 9 eine mit Bezug auf die übliche Erregerspannung höhere Spannung ergibt, führt diese Anschlußklemme in der beigefügten Zeichnung die Kennzeichnung D+, zum Unterschied gegenüber der im üblichen Fachgebrauch mit D+ bezeichneten Klemme, an welcher eine der Klemmenspannung des Generators entsprechende Erreger spannung abfällt, die auch bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch gewonnen wird, daß drei weitere Dioden 11a, lib, lic vorgesehen sind, die mit den Anschlüssen der Phasenhauptwicklungen 2a, 2b, 2c verbunden sind und an ihrem Ausgang, beispielsweise zur Spannungsregelung des Transistorreglers die übliche Erregerspannung D+ erzeugen. Ein von hier gegen Masse geschalteter Widerstand 12 sorgt für einen konstanten Vorstrom durch diese Hilfsgleichrichter lla, lib, lic und bedämpft eventuelle Spannungsdifferenzen zwischen B+ und D+.

Aus der im folgenden angegebenen, bekannten Formel ergibt sich bei gegebener Erregerspannung und gegebenen Läuferabmessungen die höchstmögliche Durchflutung zu:

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ORIGINAL INSPECTED

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1399/ot/hn γ-

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bei dieser Formel bedeuten: A = Wickelfensterquerschnitt; 0 =

bp

elektrische Durchflutung; U = Erregerspannung; R__n = Widerstand der Wicklung bei 20 C; 1 = mittlere Leitungslänge; f = Füllfaktor; (1 +(<-Δ ν) = Widerstandsänderung durch Temperaturerhöhung; ^/L-' spezielle Leitfähigkeit; w = Windungszahl.

Bei konstant angenommener Erwärmung läßt sich diese Formel vereinfachen zu:

= C

Es ergibt sich daher ein direkter Zusammenhang zwischen der Erregerspannung und der Durchflutung, die von der Erregerwicklung geliefert werden kann und für die Induzierung entsprechender Phasenspannungen in den stationären S tänder wicklungen maßgeblich ist. Die Erfindung ermöglicht eine je nach Wunsch erhebliche Durchflutungserhöhung, ohne daß sich eine größere, auch elektrische Belastung des Drehstromgenerators ergibt.

Da die an der Anschlußklemme D+ abfallende Erreger spannung größer ist als die übliche Bordnetzspannung an B+, ist eine Trenndiode 13 vorgesehen, mit deren Hilfe die bekannte Vorerregerschaltung über die Ladekontroll-Lampe 14 und/oder einen parallel geschalteten Widerstand 15 beibehalten werden kann. Bei Schließen eines nicht dargestellten Zündschalters ergibt sich dann über die Ladekontroll-Lampe 14 und/oder den Widerstand 15 und die Trenndiode 13 vom Pluspol der Batterie 8 ein Vorerregerstrom zur Erregerwicklung 3, wobei dann nach Einsetzen der Erregung und der vollen Leistung des

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A '

Drehstromgenerators der weitere Erregerstrom von der Erreger-Gleichrichterbrücke 9 bei höherer Er reger spannung geliefert wird.

Es ist auch möglich, den Erregerstrom über eine Gleichrichter Sternschaltung, die nur drei Dioden benötigt, zu erzeugen; in diesem Fall könnten die Dioden 9a, 9c, 9b der Erreger-Gleichrichterbrücke 9 auch wegfallen; der Emitter des Reglerhaupttransistors 10 ist dann mit Masse verbunden.

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Claims

Dipt. Ing. Pater Otto 7O33 Herrenberg (Kuppingen) Patentanwalt Eifelstraße7 Telefon (O 70 32) 319 99 1399/ot/hn 18. 1. 1979 Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1 PATENTANSPRÜCHE v.

1. ■ Vorrichtung zur Erregung von elektrischen Generatoren, insbesondere Drehstromgeneratoren in Kraftfahrzeugen, Zügen oder sonstigen mobilen Einheiten, mit einem Regier, der einen von gesonderten Erregerdioden abgeleiteten Erregerstrom je nach Belastung des Generators dessen Erregerwicklung zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Verbindung der Phasenhauptwicklungen mit der Gleichrichterhauptbrücke (4) in Reihe zu jeder Phasenhauptwicklung (2a, 2b, 2c) eine zusätzliche, von der gleichen Durchflutung geschnittene Hilfswicklung (7a, 7b, 7c) geschaltet ist, die lediglich den Erregerstrom führt und über gesonderte Erregerdioden (9) mit der Erregerwicklung (3) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerdioden als Erreger-Gleichrichterbrücke oder in Gleichrichtersternschaltung angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasenwicklungen (2a, 2b, 2c) über zusätzliche

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Hilfsdioden (lla, lib, lic) und einen Meßwiderstand (12) zur Erzeugung des üblichen Erreger-Spannungspotentials (D+) gegen Masse geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die ein erhöhtes Erregerpotential (D+) führende Leitung und die Ladekontroil-Lampe (14) zur Vorerregung eine Trenndiode (13) geschaltet ist.

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