DE2926065C2 - Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Überspannungen an Lichtmaschinen - Google Patents

Description

(a) die Rotorwickiung (lO) über einen zweiten Widerstand (22) mit dem Punkt zwischen der Zener-Diode (20) und dem Widerstand (18) der Reihenschaltung verbunden ist und

(b) zwischen dem zweiten Widerstand (22) und der Rotorwicklung (10) ein Strom aus einer als einstellbare Konstantspannungsquelle wirkenden, ebenfalls von der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine (9) gespeisten Vorstufe (24) eingespeist wird.

3. Schaltungsanordnung nac!" Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Vorstufe (24) eine Reihenschaltung des Widerstandes (26) und der Zener-Diode (28) enthält, die an der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine liegt,

(b) der Punkt zwischen Widerstand (26) und Zener-Diode (28) dieser Reihenschaltung mit der Basis eines ersten Transistors (30) verbunden ist,

(c) die Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors (30) in Reihe mit einem im Emitterkreis liegenden einstellbaren Spannungsteiler an der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine (9) liegt,

(d) der Abgriff des einstellbaren Spannungsteilers mit der Basis eines zweiten Transistors (38) verbunden ist,

(e) die Emitter-Kollektorstrecke des zweiten Transistors (38) in Reihe mit einem im Emitterkreis liegenden Widerstand (40) ebenfalls an der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine liegt und

(f) der Emitter des zweiten Transistors (38) über eine Diode (42) mit dem Punkt zwischen dem zweiten Widerstand (22) und der Rotorwicklung (10) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Lichtmaschine mit einer Serienschaltung aus einem Widerstand (44) und einer weiteren Zener-Diode (46) belastet ist, wobei die Durchbruchspannung der Zener-Diode (46) etwa der Nennspannung der

Lichtmaschine entspricht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorwickiung (10) die Serienschaltung zweier in Durchlaßrichtung gepolter Dioden (48,50) parallelgeschaltet ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Überspannungen an Lichtmaschinen mit einer Rotorwicklung, für Fahrzeuge, bei denen die Lichtmaschine über Dioden ohne Akkumulator unmittelbar ein Bordnetz speist, bei welcher von der gleichgerichteten Ausgnngsspannung der Lichtmaschine mindestens eine Reihenschaltung eines Widerstands und einer Zener-Diode gespeist ist und mittels dieser Reihenschaltung der Rotorstrom steuerbar ist.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art (FR-PS 14 33 919) ist mit einer Zenerdiodenschaltung versehen, die über Transistoren einen die Rotorwicklung überbrückenden, gesteuerten Gleichrichter steuert. Überschreitet die Lichtmaschinenspannung einen vorgegebenen Wert, so zündet der gesteuerte Gleichrichter, und es bricht die Spannung an der Rotorwicklung zusammen. Unterschreitet die Lichtmaschinenspannung einen durch die Durchbruchspannung der Zenerdiode vorgegebenen Wer' so wird der gesteuerte Gleichrichter nach dem nächsten Nulldurchgang der durch

in Gleichrichter gleichgerichteten Wechselspannung wieder gesperrt. Das ist ein elektronischer Zweipunktregler, der den Erregzrstrom durch die Rotorwicklung zu- und abschaltet. Daraus entstehen eine Reihe schwerwiegender Probleme:

Der Zweipunktregler, welcher vom Augenblickswert der Ausgangsspannung gesteuert ist, laßt den Mittelwert und insbesondere den Effektivwert der Ausgangsspannung schon bei geringen Stromentnahmen ansteigen. Das führt zu Überlastungen von dauereingeschalteten Bauelementen.

Die Regelvorgange führen zu Kurzzeitigen Spannungsspitzen, namentlich bei Abstellen und Auslaufen des Antriebsmotors. Solche Spannungsspitzen können elektronische Bauelemente oder auch den elektronisehen Regler und die Lichtmaschine selbst zerstören.

Beim Abschalten von Verbraucherströmen baut sich die vom Regler erzeugte Rotorerregung nur verzögert ab, so daß nach dem Abschalten für eine gewisse Zeit noch sehr hohe Spannungen induziert werden.

Umgekehrt entstehen beim Einschalten solcher Verbraucher starke Spannungseinbrüche, weil es ebenfalls einige Zehnleisekunden dauert, bis der Rotorstrom an die neue Belastung der Lichtmaschine angeglichen ist. Diese Einbrüche können beispielsweise

^r>5 elektronische Sicherhcitsschaltungcn zum Ansprechen bringen oder bewirken, daß elektronische Schaltungen funktionsunfähig werden.

Nach längerem Stillstand der Lichtmaschine kann es vorkommen, daß die von der Restremanenz des Rotors

M) erzeugte Spannung nicht mehr ausreicht, um den Regler zu öffnen und über die Selbsterregung die Betriebsspannung aufzubauen.

Diese Schwierigkeiten lassen sich durch Verwendung eines Akkumulators vermeiden, da der Akkumulator eine starke Integrationswirkung auf die Ausgangsspannung der Lichtmaschine ausübt und dafür die Lichtmaschine zumindest kurzzeitig Energie aus dem Akkumulator ziehen kann. Die Verwendung eines Akkumulators

ist jedoch bei manchen Anwendungen, z, B. bei Vibrationswalzen für den Mitgängerbetrieb, nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Verwendung eines Akkumulators eine im wesentlichen konstante, spannungsspitzenfreie Ausgangsspannung abgibt, die von der Belastung durch an die Lichtmaschine angeschlossene Verbraucher weitgehend unabhängig ist, und die auch nach längerem Stillstand sichtr und zuverlässig arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reihenschaltung von Zenerdiode und Widerstand eine Spannungsstabilisierungsschaltung für eine Teilspannung der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine bildet und daß die Rotorwicklung an dieser Teilspannung liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Ausgang der Lichtmaschine in direkter ohmscher Gleichstromverbindung mit der Rotorwicklung. Dadurch kann die von der Restremanenz erzeugte Primärspannung sperrkontaktfrei auf die Rotorwicklung geleitet werden. Der Anstieg der Spannung an der Rotorwicklung und damit der Ausgangsspannung ist durch die Zener-Diode begrenzt. Die Spancungsüber-Setzung von Rotorwicklungsspannung in Ausgangsspannung ist zahlenmäßig größer als die — bei nichtleitender Zener-Diode auftretende — Spannungsteilung an dem von dem Widerstand und der Rotorwicklung gebildeten Spannungsteiler.

Die Rotorwicklung wird so mit konstanter Spannung betrieben. Da bei den hier vorliegenden Anwendungen eine weitgehend konstante Antriebsdrehzahl zur Verfügung steht und die von der Lichtmaschine abgegebene Leistung meist weit unter der Nennleistung liegt, ergibt J5 sich auch eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung. Auf eine Regelung der Ausgangsspannung kann so verzichtet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden Spannungsspitzen vermieden. Es ist auch sichergestellt, daß die Spannung weder zu hoch noch zu niedrig wira.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nächstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die. ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.

Mit 10 ist die Rotorwicklung einer Drehstrom-Lichtmaschine 9 bezeichnet, die von einer Kraftmaschine mit im wesentlichen konstanter Drehzahl angetrieben wird. In einer Statorwicklung 12 wird ein Drehslrom induziert und durch Dioden 14, 16 zur Erzeugung einer Ausgangsgleichspannung gleichgerichtet. Diese Ausgangsgleichspannung versorgt ein Bordnetz des Fahr- v> zeugs.

An der gleichgerichteten Ausgangsspannung tier Lichtmaschine liegt gegen Masse die Reihenschaltung eines Widerstands 18 und einer Zener-Diode 20. Dabei ist die Rotorwicklung 10 über einen zweiten Widerstand wi 22 mit dem Punkt zwischen der Zener-Diode 20 und dem Widerstand 18 der Reihenschaltung verbunden. Im wesentlichen ist somit die Rotorwicklung 10 parallel zu der Zener-Diode 20 geschaltet.

Zwischen dem zweiten Widerstand 22 und der fts Rotorwicklung 10 wird ein Strom aus einer als einstellbare Konstawtspanriungsquelle wirkend3n, ebenfalls von der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine gespeisten Vorstufe 24 eingespeist.

Die Vorstufe 24 enthält eine Reihenschaltung eines Widerstands 26 und einer Zener-Diode 28, die an der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine liegt. Der Punkt zwischen Widerstand 26 und Zener-Diode 28 dieser Reihenschaltung ist mit der Basis eines ersten Transistors 30 verbunden. Die Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors 30 liegt in Reihe mit einem im Emitterkreis liegenden, einstellbaren Spannungsteiler, bestehend aus einem Potentiometer 34 und einem Festwiderstand 36 an der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine. Der Abgiiff des einstellbaren Spannungsteilers, d. h. der Schleifer des Potentiometers 34, ist mit der Basis eines zweiten Transistors 38 verbunden. Die Emitter-Kollektorstrecke des zweiten Transistors 38 liegt in Reihe mit einem im Emitterkreis liegenden Widerstand 40 ebenfalls an der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine. Der Emitter des zweiten Transistors 38 ist über eine Diode 42 mit dem Punkt zwischen dem zweiten Widerstand 22 und der Rotorwicklung 10 verbunden.

Die gleichgerichtete Ausgangssr. unung der Lichtmaschine ist mit einer Serienschaiu ng aus einem Widerstand 44 und einer Zener-Diode 46 beiastet. Die Durchbruchspannung der Zener-Diode 46 entspricht etwa der Nennspannung der Lichtmaschine.

We>erhin ist der Rotorwicklung 10 die Serienschaltung zweier Dioden 48,50 parallel geschaltet.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:

Bei einer handelsüblichen Drehstrom-Lichtmaschine stellt der Widerstand 18 eine Selbsterregung sicher. Schließlich wird die Durchbruchspannung der Zener-Diode 20 erreicht.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist mit der Rotorwicklung 10 der WiderstanJ 22 von etwa I Ohm in Reihe geschaltet. Dafür ist die Durchbruchspannung der Zener-Diode 20 auf etwa 1.5 Volt erhöht. Diese Erhöhung gleicht die Veränderung des Teilverhältnisses des jetzt von den Widerständen 18 und 22 und der Rotorwicklung 10 — statt nur \on Widerstand 18 und Rohrwicklung 10 — gebildeten Spannungsteilers aus. Es wird dann über die Diode 42 von der Vorstufe 24 ein Strom eingespeist. Die Vorstufe 24 besitzt die Eigenschaft einer einstellbaren Konstant-Spannungsquelle. An dem Potentiometer 34 wird ihr Anfangswert so eingestellt, daß bei fließendem Strom an dem Einspeisungspunkt etwa 1.4 Volt auftreten.

Diese Anordnung bringt die folgenden Vorteile:

Durch die Sericnschaltung der Rohrwicklung 10 mit dem Widerstand 22 wird die Spannung an der Rotorwicklung geringer gehalten, ohne daß dies die Selbsterregung beeinträchtigen würde. Das hat eine kleinere Leerlaufspan:iung zur Folge. Die wirkliche Spa/njng an der Rotorwicklung 10 wird aber nach erfolgter Selbsterregung von der Vorstufe 24 bestimmt und kann an dieser auf einen passenden We: t eingesiellt werden.

Die stufenlose Einstellung gewährleistet eine Anpassungsmöglichkeit an eine unterschiedliche Verbraucherbestückung. Es ist nicht erforderlich, eine solche Anpassung durch Auswahl der Zener-Diode 20 zu treffen. Eine solche Auswahl wäre umständPch. In vielen Fällen wären gar keine Bauteile mit geeigneten Kenngrößen verfügbar.

Dadurch, daß dir Ausgangsspannung der Drehstrom-Lichtmaschine mit der Serienschaltung des Widerstands 44 von 2 Ohm und der Zener-Diode 46 belastet ist, deren

Diirchbriichspanming etwa den Wert der gewiinschten Nennspannung, nämlich 12 Volt. hat. wird oberhalb der Durchbruchspannung der Zener-Diode 46 eine Halbierung des Innenwidersiandes der Drehstrom-Lichtmaschine erreicht. Außerdem wird die Leerlauf-Spannung auf etwa I 5 Volt vermindert. Bis zu einer Ausgangsspannung von 12 Volt, die diesen Strompfad stromlos werden läßt, kann der abgegebene Strom etwa zur Hälfte diesem »Stromspeicher« entnommen werden. Für einen Ausgangsstrom von 4 Ampere sinkt die Ausgangsspannung nur um 3 Volt ab.

In allen diesen Aiisführungsformen ist die beschriebene Schaltungsanordnung kurzschlußfest. da jede übermäßige .Stromentnahme schließlich zu einem Absinken des Stromes durch die Rotorwicklung 10 führt. Sie ist il.unit im besonderen Maße für rauhen Betrieb, z. H. bei Baumaschinen, geeignet.

Zusätzlich zu oder statt der Kombination des Widerstands 44 und der Zener-Diode 46 kann zu der Rotorwicklung 10 die Serienschaltung der beiden

^r) Leistungsdioden 48, 50 parallel geschaltet sein. Im Hereich größerer Leerlaufspannungen arbeilet diese .Serienschaltung im beginnenden Durchlaßgebiel. Dadurch bewirkt sie eine Verminderung des Rotorstroms. Im Belastungsfall leiten die Dioden 48, 50 nur einen sehr

in geringen Strom. Dadurch kann die Leerlaufspannungsüberhöhung vermindert werden. Andererseits wird die gesamte Anordnung hierdurch gegen einen möglichen Kurzschluß. /. II. durch Kabelschaden zwischen der Klemme 52 der Rotorwicklung 10 und einer der

ι·'· spannungsführenden Klemmen 54, 56 der Lichtmaschine, abgesichert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Überspannungen an Lichtmaschinen mit einer Rotorwicklung, für Fahrzeuge, bei denen die Lichtmaschine über Dioden ohne Akkumulator unmittelbar ein Bordnetz speist, bei welcher von der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine mindestens eine Reihenschaltung eines Widerstands und einer Zener-Diode gespeist ist und mittels dieser Reihenschaltung der Rotorstrom steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung von Zenerdiode (20; 28) und Widerstand (18; 26) eine Spannungsstabilisierungsschaltung für eine Teilspannung der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Lichtmaschine (9) bildet und daß die Rotorwicklung (10) an dieser Teilspannung liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß