DE3432127A1 - DC generator - Google Patents

DC generator

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DE3432127A1
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Hifumi Himeji Hyogo Wada
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1469—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field
    • H02J7/1484—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field by commutation of the output windings of the generator

Abstract

A DC generator is described for supplying a high DC output current over a wide range of drive speeds. The generator has a field coil (3), three-phase generator coils (2a, 2b, 2c), a plurality of controlled rectifier elements (4) and a controller (6) for producing a signal which indicates the output level of the generator. If the output level of the generator is below a predetermined level, the output signal of the controller (6) causes the rectifier elements to carry out a three-phase, full-wave rectification, while, if the output level of the generator is above the predetermined level, the rectifier elements (4) form three parallel circuits for single-phase, full-wave rectification. <IMAGE>

Description

GleichstromgeneratorDC generator

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die Erfindung "bet-ri-f-ft einen Gleichstromgenerator bestehend aus einem Drei-Phasen-Wechselstromgenerator, der beispielsweise durch eine Antriebsmaschine auf einem Fahrzeug angetrieben wird, und einem Gleichrichter zum Gleichrichten des vom Generator ausgegebenen Wechselstroms zum Liefern eines Gleichstroms . ■The invention "bet-ri-f-ft consisting of a direct current generator from a three-phase alternator, powered for example by a prime mover on a vehicle and a rectifier for rectifying the alternating current output from the generator to supply a direct current . ■

Gleichstromgeneratoren dieser Art werden allgemein benutzt als Stromquelle zum Laden einer Batterie oder zum Betreiben von Lampen, beispielsweise in einem Automobil. Es ist erwünscht, daß der Gleichstromgenerator einen hinreichend großen Strom ' an Lasten liefern kann, sogar wenn die Geschwindigkeit des Antriebsmotors zum Antrieb des Generators niedrig ist. Ein Beispiel eines konventionellen Gleichstromgenerators dieses Typs wurde veröffentlicht in der japanischen Patentanmeldungsschrift Nr. 1328/1968.DC generators of this type are commonly used as a power source for charging a battery or for operating Lamps, for example in an automobile. It is desirable that the direct current generator have a sufficiently large current ' can deliver to loads even when the speed of the drive motor for driving the generator is low. An example a conventional DC generator of this type has been published in Japanese Patent Application Publication No. 1328/1968.

Beim konventionellen Gleichstromgenerator wird die Verbindung der Generatorspulen gesteuert durch einen Umschalter. Insbesondere wird eine Y-Verbindung in eine Delta-Verbindung oder umgekehrt umgeschaltet durch Unterbrechen eines Stromes von einigen zehn Ampere mit dem Umschalter. Auf diese Weise ist der Generator nicht wirtschaftlich, und es ist schwierig, den Generator praktisch zu verwenden.In the conventional direct current generator, the connection of the generator coils is controlled by a switch. In particular a Y connection is switched to a delta connection or vice versa by interrupting a current of a few tens of amps with the switch. That way the generator is not economical and it is difficult to get that Generator practical to use.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die oben beschriebenen Nachteile bei einem konventionellen Generator zu vermeiden.The object of the invention is therefore to avoid the disadvantages described above in a conventional generator.

COPV W ■>COPV W ■>

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gleichstromgenerator,This task is solved by a direct current generator,

dem eine Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichterschaltung undwhich a three-phase full-wave rectifier circuit and

-^ ' ' drei parallele Schaltungen einer Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung selektiv eingeschaltet werden durch Betätigung von bidirektional gesteuerten Gleichrichterelementen, so daß ein - ^ '' three parallel circuits of a single-phase full-wave rectification are selectively switched on by actuating bidirectionally controlled rectifier elements, so that a

hinreichend großer Laststrom über einen weiten Geschwindig- -keitsbereich des Generators, ohne diesen zu vergrößern, gelie-— ._.." fert werden kann.Sufficiently large load current over a wide speed range of the generator, without increasing it, is delivered ._ .. "can be produced.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich-aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further features and usefulnesses of the invention emerge from the description of exemplary embodiments on the basis of FIG Characters. From the figures show:

^FIg. 1 ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines'~Gleichstromgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; ^ FIg. 1 is an electrical circuit diagram of a DC generator according to a first embodiment of the invention;

ν 15 Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Beschreibung desν 15 Fig. 2 is a graphic representation for describing the

Betriebs der Schaltung nach Fig. 1; undOperation of the circuit of Figure 1; and

Fig, 3 ein Verbindungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 is a connection diagram of a second embodiment of the invention.

■ Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet die Referenzziffer 1 einen Wechselstromgenerator, der von der nicht gezeigten Maschine eines Fahrzeugs angetrieben wird. Der Generator hat Drei-Phasen-Generatorspulen 2a, 2b und 2c und eine Feldspule 3. 4 bezeichnet eine Gleichrichtereinheit mit drei Gruppen von Dioden-Brücken-Schaltungen, die so verbunden sind, daß sie selektiv die Ausgänge der Generatorspulen 2a, 2b und 2c einer Ein-Phasen- oder Vollwellen-Gleichrichtung aussetzen, wobei die positiven Ausgangsanschlüsse der Dioden-Brücken-Schaltungen ebenso miteinander verbunden sind. 5a und 5b bezeichnen bidirektional-gesteuerte Gleichrichterelemente■ Preferred embodiments of the invention are now under Described with reference to the drawings. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes an alternator which is used by the not shown machine of a vehicle is driven. The generator has three-phase generator coils 2a, 2b and 2c and a field coil 3. 4 denotes a rectifier unit with three groups of diode bridge circuits so connected are to selectively expose the outputs of generator coils 2a, 2b and 2c to single-phase or full-wave rectification, wherein the positive output terminals of the diode bridge circuits are also connected together. 5a and 5b denote bidirectionally controlled rectifier elements

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Triac-Elemente, die zwischen den negativen Anschlüssen der Generatorspulen 2a, c (wobei die Polaritäten durch die Pfeilrichtungen angedeutet sind) angeordnet sind. Die Gate-Anschlüsse der Triac-Elemente 5a und 5b sind mit einer Steuerung 6 verbunden. Die Steuerün^?"^ liefert in Abhängigkeit von _J3ignalen-von einem Ausgangsstromsensor -7 oder einem Geschwin- - ·- . digkeitssensor 8 ein die Gate-Anschlüsse der Triac^- Elemente. Weiter bezeichnet in Fig. 1'die Referenzziffer 9 eine Batterie, 10 einen Schlüsselschalter, Ii eine elektrische ■ - Last^wie beispielsweise eine Lampe im Fahrzeug,. und 12 einen * __ Spannungsregler zum Steuern des an die Feldspule 3 gelieferten —-Erregerstroms. -Triac elements connected between the negative terminals of the Generator coils 2a, c (where the polarities are given by the Arrow directions are indicated) are arranged. The gate connections the triac elements 5a and 5b are connected to a controller 6. The Steuerün ^? "^ Supplies depending on _J3 signals-from an output current sensor -7 or a speed- - · -. digkeitssensor 8 a the gate connections of the triac ^ - Elements. The reference numeral 9 also designates in FIG. 1 ′ a battery, 10 a key switch, Ii an electrical one ■ - Load ^ such as a lamp in the vehicle. and 12 one * __ Voltage regulator to control the one supplied to field coil 3 - excitation current. -

Der Betrieb der Schaltung in Fig. 1 wird nun beschrieben. Wenn der Schlüsselschalter 10 geschlossen ist, wird von der Batterie 9 an die Feldspule 3 Erregerstrom geliefert. Wenn die Maschine startet, wird der Generator so angetrieben, daß Drei-Phasen- * - Spannungen in den Generatorspulen 2a, 2b und 2c induziert werden. Unter dieser Bedingung gibt die Steuerung 6 zuerst ein Gate-Signal G aus, um die Triac-Elemente 5a und 5b leitfähig zu steuern, so daß die Generatorspulen 2a, 2b und 2c nach Y-Art verbunden sind. Demzufolge wird eine Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtungsspannung, die >/3mal so groß ist wie die Phasenspannung der Generatorspulen 2a, 2b und 2c, über die Gleichstrom-Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters erzeugt. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters steigt mit der Geschwindigkeit der Maschine. Wenn die Ausgangsspannung die Anschlußspannung" der Batterie 9 überschreitet, lädt sie die Batterie 9 und betreibt die Last 11.The operation of the circuit in Fig. 1 will now be described. When the key switch 10 is closed, excitation current is supplied from the battery 9 to the field coil 3. When the engine starts, the generator is driven so that three-phase * voltages are induced in the generator coils 2a, 2b and 2c. Under this condition, the controller 6 first outputs a gate signal G to control the triac elements 5a and 5b conductive so that the generator coils 2a, 2b and 2c are Y-connected. As a result, a three-phase full-wave rectification voltage which is> / 3 times the phase voltage of the generator coils 2a, 2b and 2c is generated across the DC output terminals of the rectifier. The output voltage of the rectifier increases with the speed of the machine. When the output voltage exceeds the terminal voltage of the battery 9, it charges the battery 9 and operates the load 11.

Fig. 2 zeigt die Beziehungen zwischen der Geschwindigkeit N des Generators 1 und dem Ausgangsstrom I des Gleichstromgenerators. In Fig. 2 bezeichnet die Kurve A die Beziehung, wenn die Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung mit den Generatorspulen 2a, 2b und 2c auf Y-Weise miteinander verbunden bewirktFig. 2 shows the relationships between the speed N of the generator 1 and the output current I of the direct current generator. In Fig. 2, curve A denotes the relationship when the three-phase full-wave rectification with the generator coils 2a, 2b and 2c connected to one another in a Y manner

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wird. Der Ausgangsstrom I beginnt zu fließen, wenn die ..Geschwindigkeit N- des Generators 1 den Wert 1\L erreicht, und hat einen Wert I-, wenn die Geschwindigkeit N einen Wert N1 erreicht '. Wenn der Ausgangsstrom I den Wert I1 erreicht, wird das Anlegen des Gate-Signals G durch die Steuerung 6 aufgehoben, so daß die Triac-Elemente 5a und 5b nicht-leitend gesteuert werden. Infolgedessen weist die Gleichrichtereinheit 4 drei Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichter auf, die parallel so miteinander verbunden sind, daß eine Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtungsspannung der Phasenspannungen der Generatorspulen 2a, 2b und 2c über die Gleichstromausgänge des Gleichrichters entsteht. Die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit N des Generators 1 und dem Ausgangsstrom I ist wie durch die Kurve B in Fig. 2 angedeutet. ;will. The output current I begins to flow when the ... speed N- of the generator 1 reaches the value 1 \ L, and has a value I- when the speed N reaches a value N 1 '. When the output current I reaches the value I 1 , the application of the gate signal G is canceled by the controller 6, so that the triac elements 5a and 5b are controlled to be non-conductive. As a result, the rectifier unit 4 has three single-phase full-wave rectifiers which are connected in parallel so that a single-phase full-wave rectification voltage of the phase voltages of the generator coils 2a, 2b and 2c is produced via the direct current outputs of the rectifier. The relationship between the speed N of the generator 1 and the output current I is as indicated by the curve B in FIG. ;

Nachdem der Drei-Phasen-Vo11wellen-Gleiehrichtungsschaltkreis umgeschaltet wurde zu den drei parallelen Schaltungen einer Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung, wie beschrieben, erreicht der Ausgangsstrom I einen Wert Ip (> I-), wenn die Geschwindigkeit N des Generators weiter ansteigt. Der Wert I„ ist ein Ausgangsstrom, der ungefähr zweimal so groß ist wie der Sättigungs-Ausgangsstrom I., wenn die Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung bewirkt wird. Wenn die Geschwindigkeit der Maschine abnimmt, nimmt die Geschwindigkeit N des Generators 1 ab, und demzufolge fällt der Ausgangsstrom I. Wenn der Ausgangsstrom I wieder den Wert I1 erreicht, laufen die oben beschriebenen Vorgänge erneut ab in umgekehrter Reihenfolge, so daß die EinPhasen-Vollwellen-Gleichrichtungsverbindung umgeschaltet wird zur Drei-Phasen-Vollwellen-GIeichrichtungsverbi.ndung.After the three-phase Vo11-wave equidirectional circuit has been switched to the three parallel circuits of one-phase full-wave rectification as described, the output current I reaches a value Ip (> I-) when the speed N of the generator increases further. The value I n is an output current which is about twice as large as the saturation output current I. when the three-phase full-wave rectification is effected. When the speed of the machine decreases, the speed N of the generator 1 decreases, and consequently the output current I. When the output current I reaches the value I 1 again, the above-described operations are carried out again in reverse order, so that the single-phase The full-wave rectification connection is switched to the three-phase full-wave rectification connection.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden Triac-Elemente benutzt zum Schalten zwischen der Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtungsanordnung und den drei parallelen Schaltungen einer Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung. Die Triac-Elemente können jedoch ersetzt werden durch zwei Thyristoren, die in gegenseitiger Polarität, wie in Fig. 3 gezeigt, parallel ver-In the embodiment described above, triac elements used to switch between the three-phase full-wave rectification arrangement and the three parallel circuits of single-phase full-wave rectification. The triac elements can, however, be replaced by two thyristors, which are connected in parallel with mutual polarity, as shown in FIG.

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_„.- bunden sind. Darüberhinaus wird bei der beschriebenen Ausführungsform die Gl eichi^dreh-terschal tungsumschal tung ausgeführt durch Erfassen des Ausgangsstroms. Sie kann jedoch auch durchgeführt werden durch Erfassen der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine oder des Generators nfit^gleicher Wirkung._ ".- are bound. In addition, in the embodiment described the equalization switchover is carried out by sensing the output current. However, it can also be performed by detecting the speed of the prime mover or the generator nfit ^ equivalent effect.

Wie aus der obigen Bese-h-re-ibting ersichtlich ist, kann erfindungsgemäß durch Steuern von bidirektional gesteuerten Gleichrichterelementen die Drei-Phasen-Vollwerllen-Gleichrichterschaltung einfach umgeschaltet werden zu den drei parallelen Schaltungen einer Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung und umgekehrt. Deshalb hat die Erfindung die Wirkung und den Vorteil, daß der Gleichstromgenerator gemäß der Erfindung einen.hin-'reichend großen Laststrom über einen weiten Maschinengeschwindigkeitsbereich liefern kann.As can be seen from the above Bese-h-re-ibting, according to the invention the three-phase Vollwerllen rectifier circuit by controlling bidirectionally controlled rectifier elements can simply be switched to the three parallel circuits of a single-phase full-wave rectification and vice versa. Therefore, the invention has the effect and the advantage that the direct current generator according to the invention has a sufficient can supply large load current over a wide range of machine speeds.

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Claims (6)

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo/JapanMitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan GleichstromgeneratorDC generator PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1 .J Gleichstromgenerator, gekennzeichnet durch eine Feldspule (3),
Drei-Phasen-Generatorspulen (2a, 2b, 2c), eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals zur Anzeige des Ausgangspegels des Generators, und 1 .J DC generator, characterized by a field coil (3),
Three-phase generator coils (2a, 2b, 2c), a device for generating a signal indicating the output level of the generator, and eine mit den Generatorspulen (2a, 2b, 2c) gekoppelte Gleichrichtereinrichtung (4), die abhängig von dem Signal die Gleichrichtereinrichtung (4) als Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtereinheit betreibt, wenn das Signal in einem Zustand ist, das anzeigt, daß der Ausgangspegel nicht unter einem vorbestimmten Pegel ist, und die Gleichrichtereinrichtung (4) so betreibt, daß drei parallele Schaltkreise einer Ein-Phasen-Vollwellen-Gleichrichtung wirksam sind, wenn das Signal in einem Zustand ist, das anzeigt, daß der Ausgangspegel über dem vorbestimmten Pegel ist.a rectifier device coupled to the generator coils (2a, 2b, 2c) (4) which, depending on the signal, the rectifier device (4) as a three-phase full-wave rectifier unit operates when the signal is in a state indicating that the output level is not below a predetermined one Level, and the rectifying device (4) operates so that three parallel circuits of single-phase full-wave rectification take effect when the signal is in a state indicating that the output level is above the predetermined level. 2. Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (4) bidirektional gesteuerte Gleichrichterelemente (5a, 5b) aufweist.2. DC generator according to claim 1, characterized in that the rectifier device (4) is bidirectionally controlled Having rectifier elements (5a, 5b). EPO COPY g EPO COPY g 3. Gleichstromgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-.. " net, daß die Gleichrichterelemente (5a, 5b) Triac-Elemente aufweisen.3. DC generator according to claim 2, characterized in that .. "net that the rectifier elements (5a, 5b) triac elements exhibit. 4. Gleichstromgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente (5a, 5b) jeweils ein Paar von rückseitig miteinander verbundenen Thyristoren aufweisen.4. DC generator according to claim 2, characterized in that the rectifier elements (5a, 5b) each have a pair of rear interconnected thyristors. 5. Gleichstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern des Signals abhängig von einem Ausgangsstrom des Generators...arbei-■ tet.5. DC generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the means for delivering the Signal dependent on an output current of the generator ... work ■ tet. ^.^. 6. Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern eines Signals entweder abhängig von der Geschwindigkeit des Generators oder von der Geschwindigkeit einer den Generator antreibenden Maschine arbeitet. 6. DC generator according to claim 1, characterized in that that the means for supplying a signal either dependent on the speed of the generator or on the Speed of a machine driving the generator works. EPO COPYEPO COPY
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