WO2002025802A1 - Anordnung und verfahren zum erzeugen verschiedener ausgangsspannungen mit einem wechselstromgenerator - Google Patents

Anordnung und verfahren zum erzeugen verschiedener ausgangsspannungen mit einem wechselstromgenerator Download PDF

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WO2002025802A1
WO2002025802A1 PCT/DE2001/003601 DE0103601W WO0225802A1 WO 2002025802 A1 WO2002025802 A1 WO 2002025802A1 DE 0103601 W DE0103601 W DE 0103601W WO 0225802 A1 WO0225802 A1 WO 0225802A1
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configuration
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stator windings
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Andreas Hatz
Helmuth Schultes
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with an alternating current generator for generating different output voltages, the alternating current generator having a rotor and a stator with a plurality of stator windings and the stator windings being configured in a specific manner for generating an output voltage.
  • the invention further relates to a method for generating different output voltages with an AC generator, wherein the AC generator has a rotor and a stator with a plurality of stator windings and the stator windings are configured in a certain way to generate an output voltage.
  • a three-phase generator In generic systems for generating different output voltages, for example, a three-phase generator is provided, the output phases of which are fed to a transformer. By tapping the output voltage of the transformer at different points in the transformer windings, it is possible, for example, to provide the transformer with two different output conditions. These output voltages of the transformer are then fed to a rectification, so that ultimately there are two DC voltages of different levels.
  • the output voltage of an AC generator is first rectified and then converted into other voltages using a DC-DC converter.
  • one is able to provide two different direct voltages, for example.
  • the variability of the systems with regard to different and, in particular, higher performance requirements is unsatisfactory.
  • the configuration circuit is preferably combined with a switchable rectifier stage.
  • the different output voltage levels can be selectively generated by switching the rectifier stage. It is particularly advantageous if a controller for controlling the configuration circuit and the switchable rectifier stage is provided. With such a control, the configuration of the connections of the stator windings and the desired output voltage level can be variably set from a central location.
  • a stator with three phases is preferably provided.
  • the invention can thus advantageously be used in conjunction with a three-phase generator.
  • the configuration of the three phases of the stator can be changed in such a way that either a star connection or a delta connection is present.
  • a star connection the beginnings of the three phases are connected together at one point.
  • the delta connection the three phases are connected in series to form a closed circuit.
  • one or the other circuit may be preferred, so that a variable switchover option is particularly advantageous.
  • the rotor is of the coil type.
  • a current in the rotor coil can thus influence the strength of the magnetic field and ultimately the output behavior of the arrangement.
  • the configuration circuit preferably has bidirectional switching units.
  • the alternating phases in the stator windings can advantageously be interconnected to the different configurations.
  • the switchable rectifier stage preferably has thyristors and diodes.
  • the thyristors are used to rectify the positive half wave while the diodes rectify the negative half wave.
  • the controller preferably monitors the phase profile of the AC generator. This determines the optimal switching times between the different configurations of the connections of the stator windings. In particular, the dead time of the system can be minimized because, for example, a change from a star configuration to a triangle configuration requires an entire electrical period during which no current can flow through the stator circuit.
  • the controller monitors the output voltages. This enables the variable requirements at the DC voltage output to be reacted to. If the voltage at a special connection point drops below a certain predetermined value, the desired voltage can be made available again by changing the configuration circuit. In this way it can be ensured that at each Output the required currents and voltages are available at all times.
  • the configuration circuit and a switchable rectifier stage combined with the configuration circuit are preferably controlled by a controller.
  • the different output voltage levels can be selectively generated by switching the rectifier stage.
  • the configuration of the connections of the stator windings and the desired output voltage level can be variably set from a central point.
  • Three phases are preferably generated by the stator.
  • the invention can thus advantageously be used in conjunction with a three-phase generator. It is particularly advantageous if the configuration of the three phases of the stator is changed in such a way that either a star connection or a delta connection is present. With a star connection, the beginnings of the three phases are interconnected in one point. With the delta connection, the three phases are connected in series to form a closed circuit. Depending on the application, one or the other circuit may be preferred, so that a variable switchover option is particularly advantageous.
  • stator windings per phase of the stator it can also be particularly advantageous if, in the case of two stator windings per phase of the stator, the configuration of the stator windings of one phase is changed in such a way that either a series connection or a parallel connection is present. Depending on the requirements, the voltages of the stator windings of one phase can thus be added, so that ultimately an increased DC output voltage can be made available, or a parallel connection can be implemented, so that a larger current is potentially carried at a lower voltage can. Pursuing this idea, it is also possible to provide more than two stator windings per phase, so that the variability is increased again.
  • the controller preferably monitors the phase profile of the AC generator. This determines the optimal switching times between the different configurations of the connections of the ⁇ tator windings. In particular, the system's dead time can be minimized because, for example, a change of one Sterr. configuration to a triangular configuration requires an entire electrical period during which no current can flow through the stator circuit.
  • the output voltages are monitored by the controller. This enables the variable requirements at the DC voltage output to be reacted to. If the voltage at a special connection point drops below a certain predetermined value, the desired voltage can be made available again by changing the configuration circuit. In this way it can be ensured that the required currents and voltages are always available at each output.
  • the invention is based on the surprising finding that different output voltages can be made available by variable switching of the connections of the stator windings. This variability affects both the value of the output voltages and the available power, and in particular it is also possible to react variably to the changing requirements during operation.
  • FIG. 1 shows a block diagram to illustrate the invention
  • FIG. 2 is a circuit diagram to illustrate the invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining the different configuration options.
  • FIG. 1 shows a block diagram to explain the invention.
  • a three-phase generator 10 has a rotor 12 and a stator 14.
  • the rotor 12 generates a magnetic field.
  • the stator 14 has two windings 16 per phase, which are excited by the rotation of the rotor 12.
  • the stator windings 16 are connected to a configuration circuit 18.
  • This configuration circuit is, for example, able to switch between a triangular configuration and a star configuration. It is also possible to choose between a series connection of stator windings and a parallel connection of stator windings.
  • the outputs of the configuration circuit lead to a rectifier stage 20. This rectifier stage 20 is able to provide two different DC output voltages + V and ++ V.
  • a controller 22 is provided, which is implemented as an electronic control unit. This controller 22 receives a phase output of the alternator 10 as an input signal and the values of the output voltages generated by the arrangement. The controller 22 controls both the configuration circuit 18 and the rectifier stage 20.
  • the arrangement according to Figure 1 works as follows. Three phases of a three-phase current are generated by the three-phase generator 10. This is done by the rotation of the rotor 12, which generates a magnetic field and thus excites the stator windings 16 of the stator 14. Each phase of the stator 14 is equipped with two stator windings 16, so that a total of six output voltages are passed on from the alternator 10 to the configuration circuit 18.
  • the configuration circuit 18 is now able to interconnect the phases to a star configuration or to a triangle configuration and to switch between these configurations. Furthermore, with the configuration circuit it is possible to switch between a series connection (S) and a parallel connection (P) of the stator windings of one phase. These switching functions of the configuration circuit 18 are controlled by the controller 22.
  • the output voltages of the configuration circuit 18 are passed on to a rectifier stage 20.
  • the voltages are rectified by this rectifier stage 20 and finally output as output voltages + V and ++ V.
  • the output voltages + V and - + V are also used as input voltages for the controller 22, so that the controller 22 can react variably to a change in the output voltages + V and ++ V.
  • the controller 22 also receives a phase output of the alternator 10 as input information, so that the optimal switching times between the different configurations of the configuration ration circuit 18 can be determined.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram, based on which in particular aspects in the configuration circuit 18 and the rectifier stage 20 can be explained in detail.
  • Three pairs of stator windings 16 are shown, which are denoted by Ui, U 2 or Vi, V 2 or W x , W 2 .
  • the configuration circuit 18 with its switches Si, S 2 , ..., S ⁇ 5 is shown.
  • the outputs of this configuration circuit 18 lead to the rectifier stage 20 with thyristors Ti, T 2 , ..., Te and diodes Di, D 2 , D 3 .
  • the entire circuit is controlled by a plurality of signals which are output by the controller 22 shown in FIG. 1. These signals are input to the switches Si, S 2 , ..., S 3.5 or the thyristors Ti, T 2 , ..., T 6 .
  • the various signals implement the following circuit functions:
  • the switches S 2 , S- and S ⁇ 2 are closed, while the switches S i - r S 3 , S 6 , S 8 , Sg and Sj .3 are open.
  • the stator winding Ui is connected in series with the stator winding U 2 .
  • the stator winding Vx is connected in series with the stator winding V 2 and the stator winding Wi is connected in series with the stator winding W 2 .
  • the control 22 outputs a signal invS.
  • the configuration circuit 18 can thus provide different voltages. These are given to the rectifier stage 20.
  • the rectifier stage 20 is also controlled by the electronic control 22, namely to output the high voltage ++ V by outputting the signal H, and to provide the low voltage + V by outputting the signal L.
  • the thyristor Ti is therefore for the Rectification of the positive half-wave of the high voltage provided due to a series connection of the stator windings Ui and U 2 is responsible, while the thyristor T 2 is responsible for the rectification of the positive half-wave of the low voltage provided by connecting the stator windings Ui and U 2 in parallel.
  • the thyristor T 3 is responsible for the rectification of the high voltage due to the series connection of V and V 2
  • the thyristor T 4 is responsible for the rectification of the low voltage when the stator windings Vi and V 2 are connected in parallel
  • the thyristor T 5 serves to rectify the high voltage due to the series connection of the stator windings Wi and W 2
  • the thyristor T 6 is provided for rectifying the low voltage when the stator windings Wi and W 2 are connected in parallel.
  • the diode Di is used to rectify the negative half-wave of the stator phase U.
  • the diode D 2 is provided for rectifying the negative half-wave of the stator phase V.
  • the diode D 3 serves to rectify the negative half-wave of the stator phase W.
  • FIG. 3 shows a diagram which shows two different current profiles (i) as a function of the rotor frequency (n) for different configurations. It is an example of a parallel connection of the Stator windings of one phase with delta connection and a series connection of the stator windings of one phase with star connection specified.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Wechselstromgenerator (10) zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen, wobei der Wechselstromgenerator (10) einen Rotor (12) und einen Stator (14) mit mehreren Statorwicklungen (16) aufweist un die Statorwicklungen (16) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung in einer bestimmten Weise konfiguriert sind, wobei die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen (16) zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen durch eine Konfigurationsschaltung (18) veränderbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, welches in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemässen Anordnung durchführbar ist.

Description

Anordnung und Verfahren zum Erzeugen verschiedener AusgangsSpannungen mit einem Wechselstromgenerator
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Wechselstromgenerator zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen, wobei der Wechselstromgenerator einen Rotor und einen Stator mit mehreren Statorwicklungen aufweist und die Statorwickiungen zum Erzeugen einer Ausgangsspannung in einer bestimmten Weise konfiguriert sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen mit einem Wechselstromgenerator, wobei der Wechselstromgenerator einen Rotor und einen Stator mit mehreren Statorwicklungen aufweist und die Statorwicklungen zum Erzeugen einer Ausgangsspannung in einer bestimmten Weise konfiguriert sind.
Stand der Technik
Bei gattungsgemäßen Systemen zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen ist beispielsweise ein Drehstromgenerator vorgesehen, dessen Ausgangsphasen einem Transformator zugeführt werden. Indem man die Ausgangsspannung des Transformators an unterschiedlichen Stellen der Transformatorwicklungen abgreift, ist es zum Beispiel möglich, dem Transformator zwei unterschiedliche Ausgangsspar un- gen zu entnehmen. Diese Aus-gangsSpannungen des Transformators werden daraufhin einer Gleichrichtung zugeführt, so dass letztlich zwei Gleichspannungen von unterschiedlichem Niveau vorliegen. Bei einem anderen System zum Er- zeugen verschiedener Ausgangsspannungen wird die Ausgangsspannung eines Wechselstromgenerators zunächst gleichgerichtet und daraufhin unter Verwendung eines DC- DC-Wandlers in andere Spannungen umgesetzt. Bei den Systemen des Standes der Technik ist man zwar in der Lage, beispielsweise zwei unterschiedliche Gleichspannungen zur Verfügung zu stellen. Die Variabilität der Systeme im Hinblick etwa auf unterschiedliche und insbesondere höhere Leistungsanforderungen sind jedoch nicht zufriedenstellend.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Anordnung da- durch auf, dass die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen durch eine Konfigurationsschaltung veränderbar ist. Auf diese Weise lässt sich je nach den Anforderungen im Hinblick auf den Wert der Ausgangsgleichspannung und die Ausgangsleistung eine Anpassung über die Konfigurations- schaltung vornehmen. Es stehen somit mehrere stabile Ausgangsspannungsniveaus zur Verfügung.
Vorzugsweise ist die Konfigurationsschaltung mit einer schaltbaren Gleichrichterstufe kombiniert. Durch das Schalten der Gleichrichterstufe lassen sich selektiv die unterschiedlichen Ausgangsspannungsniveaus erzeugen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Steuerung zum Steuern der Konfigurationsschaltung und der schaltbaren Gleichrichterstufe vorgesehen ist. Mit einer derartigen Steuerung lassen sich von zentraler Stelle die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen und das gewünschte Ausgangsspannungsniveau variabel einstellen.
Vorzugsweise ist ein Stator mit drei Phasen vorgesehen. Die Erfindung ist somit vorteilhaft in Verbindung mit einem Drehstromgenerator verwendbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Konfiguration der drei Phasen des Stators in der Weise veränderbar ist, dass wahlweise eine Sternschaltung oder eine Dreieckschaltung vorliegt. Bei einer' Sternschaltung sind die Anfänge der drei Phasen in einem Punkt zusammengeschaltet. Bei der Dreieckschaltung sind die drei Phasen hintereinander zu einem geschlossenen Stromkreis geschaltet. Je nach Anwendung kann die eine oder die andere Schaltung bevorzugt sein, so dass eine variable Umschaltungsmög- lichkeit besonders vorteilhaft ist.
Bevorzugt weist jede Phase des Stators zwei Stator- Wicklungen auf. Dies erhöht nochmals die Variabilität des Systems, insbesondere im Hinblick auf die Ausgangsleistung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen einer Phase in der Weise veränderbar ist, dass wahlweise eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung vorliegt. Es können somit je nach den Anforderungen entweder die Spannungen der Statorwicklungen einer Phase addiert werden, so dass letztlich eine erhöhte Ausgangsgleichspannung zur Verfügung gestellt werden kann, oder es kann eine Parallelschaltung realisiert werden, so dass bei geringerer Spannung potenziell ein größerer Strom geführt v/erden kann. Unter Weiterverfolgung dieses Gedankens ist es ebenfalls möglich, mehr als zwei Statorwicklungen pro Phase vorzusehen, so dass die Variabilität nochmals erhöht wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn der Rotor vom Spulentyp ist. Durch einen Strom in der Rotorspule lässt sich somit die Stärke des Magnetfeldes und letztlich das Ausgangsverhalten der Anordnung beeinflussen.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn der Rotor ein Permanentmagnet ist. Dies hat Vorteile im Hinblick auf eine möglichst geringe Komplexität des Systems.
Bevorzugt weist die Konfigurationsschaltung bidirektionale Schalteinheiten auf. Hierdurch lassen sich die alternierenden Phasen in den Statorwicklungen in vorteilhafter Weise zu den unterschiedlichen Konfigurationen verschalten.
Es kann vorteilhaft sein, wenn eine bidirektionale Schalteinheit durch zwei parallele Thyristoren realisiert ist. Das Schaltverhalten von Thyristoren ist in zuverlässiger Weise einsetzbar, um die variablen Schaltfunktionen der Konfigurationsschaltung zu bewerkstelligen. Es ist jedoch mitunter von Verteil, wenn eine bidirektionale Sc aiteinheit durch eine Reihenschaltung von zwei MOSFETs realisiert ist. MOSFΞTs haben gegenüber den Thyristoren den Vorteil, dass sie mit geringerem Energiever- lust aufgrund des geringeren Spannungsabfalls in Durch- lassrichtung arbeiten.
Bevorzugt weist die schaltbare Gleichrichterstufe Thyristoren und Dioden auf. Bei einer gegebenen Polarität werden die Thyristoren beispielsweise zum Gleichrichten der positiven Halbweile verwendet, während die Dioden die negative Halbwelle gleichrichten.
Vorzugsweise überwacht die Steuerung den Phasenverlauf des Wechselstrcmgenerators. Hierdurch werden die optimalen Schaltzeiten zwischen den unterschiedlichen Konfigurationen der Anschlüsse der Statorwicklungen bestimmt. Man kann so insbesondere die Totzeit des Systems minimieren, da beispielsweise eine Änderung von einer Sternkon- figuration zu einer Dreieckkonfiguration eine gesamte e- lektrische Periode benötigt, während derer kein Strom durch die Statorschaltung fließen kann.
Ebenfalls ist es nützlich, wenn die Steuerung die Aus- gangsspannungen überwacht. Hierdurch kann auf die variablen Anforderungen am Gleichspannungsausgang reagiert werden. Wenn die Spannung an einer speziellen Anschlussstelle unter einen gewissen vorgegebenen Wert abfällt, kann durch Veränderung der Konfigurationsschaltung die er- wünschte Spannung wieder zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass an jedem Ausgang die erforderlichen Ströme und Spannungen jederzeit zur Verfügung stehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Konfigurations- schaltung und/oder die schaltbare Gleichrichterstufe als integrierte Schaltung realisiert sind. Damit wird eine besonders kompakte Anordnung zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren da- durch auf, dass die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen durch eine Konfigurationsschaltung verändert wird. Auf diese Weise lässt sich je nach den Anforderungen im Hinblick auf den Wert der Ausgangsgleichspannung und die Ausgangsleistung eine Anpassung über die Konfigurationsschaltung vornehmen. Es stehen somit mehrere stabile Ausgangsspannungsniveaus zur Verfügung.
Vorzugsweise werden die Konfigurationsschaltung und eine mit der Konfigurationsschaltung kombinierte schaltbare Gleichrichterstufe von einer Steuerung gesteuert. Durch das Schalten der Gleichrichterstufe lassen sich selektiv die unterschiedlichen Ausgangsspannungsniveaus erzeugen. Mit einer Steuerung lassen sich von zentraler Stelle die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen und das gewünschte Ausgangsspannungsniveau variabel einstellen.
Bevorzugt werden von dem Stator drei Phasen erzeugt . Die Erfindung ist somit vorteilhaft in Verbindung mit einem Drehstromgenerator verwendbar. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Konfiguration der drei Phasen des Stators in der Weise verändert wird, dass wahlweise eine Sternschaltung oder eine Dreieckschaltung vorliegt. Bei einer Sternschaltung sind die Anfänge der drei Phasen in einem Punkt zusammengeschaltet. Bei der Dreieckschaltung sind die drei Phasen hintereinander zu einem geschlossenen Stromkreis geschaltet. Je nach Anwendung kann die eine oder die andere Schaltung bevorzugt sein, so dass eine variable Umschaltungsmöglichkeit be- sonders vorteilhaft ist.
Ebenfalls kann es besonders vorteilhaft sein, wenn bei zwei Statorwicklungen pro Phase des Stators die Konfiguration der Statorwicklungen einer Phase in der Weise ver- ändert wird, dass wahlweise eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung vorliegt. Es können somit je nach den Anforderungen entweder die Spannungen der Statorwicklungen einer Phase addiert werden, so dass letztlich eine erhöhte Ausgangsgleichspannung zur Verfügung ge- stellt werden kann, oder es kann eine Parallelschaltung realisiert werden, so dass bei geringerer Spannung potenziell ein größerer Strom geführt werden kann. Unter Weiterverfolgung dieses Gedankens ist es ebenfalls möglich, mehr als zwei Statorwicklungen pro Phase vorzusehen, so dass die Variabilität nochmals erhöht wird.
Vorzugsweise wird der Phasenverlauf des Wechselstromgenerators von der Steuerung überwacht . Hierdurch werden die optimalen Schaltzeiten zwischen den unterschiedlichen Konfigurationen der Anschlüsse der Ξtatorwicklungen bestimmt. Man kann so insbesondere die Totzeit des Systems minimieren, da beispielsweise eine Änderung von einer Sterr. onfigurätion zu einer Dreieckkonfiguratic eine gesamte elektrische Periode benötigt, während derer kein Strom durch die Statorschaltung fließen kann.
Ebenfalls kann nützlich sein, wenn die Ausgangsspannungen von der Steuerung überwacht werden. Hierdurch kann auf die variablen Anforderungen am Gleichspannungsausgang reagiert werden. Wenn die Spannung an einer speziellen Anschlussstelle unter einen gewissen vorgegebenen Wert ab- fällt, kann durch Veränderung der Konfigurationsschaltung die erwünschte Spannung wieder zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass an jedem- Ausgang die erforderlichen Ströme und Spannungen jederzeit < zur Verfügung stehen.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch eine variable Umschaltung der Anschlüsse der Statorwicklungen unterschiedliche Ausgangsspannungen zur Verfügung gestellt werden können. Diese Variabilität betrifft sowohl den Wert der Ausgangsspannungen als auch die zur Verfügung stehende Leistung, wobei insbesondere auch möglich ist, im Betrieb variabel auf die sich verändernden Anforderungen zu reagieren.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen . bei- spielhaft erläutert.
Dabei zeigt: Figur 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Erfindung;
Figur 2 eine Schaltskizze zur Veranschaulichung der Erfindung; und
Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung der unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeiten.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Erfindung dargestellt. Ein Drehstromgenerator 10 weist einen Rotor 12 und einen Stator 14 auf. Der Rotor 12 erzeugt ein Magnetfeld. Der Stator 14 hat zwei Wicklungen 16 pro Phase, welche durch die Rotation des Rotors 12 angeregt werden. Die Statorwicklungen 16 sind mit einer Konfigurationsschaltung 18 verbunden. Diese Konfigurationsschaltung ist beispielsweise in der Lage zwischen einer Dreiεckkonfigurätion und einer Sternkonfiguration umzuschalten. Ferner ist es möglich zwischen einer Serienschaltung von Statorwicklungen und einer Parallelschal- tung von Statorwicklungen zu wählen. Die Ausgänge der Konfigurationsschaltung führen zu einer Gleichrichterstufe 20. Diese Gleichrichterstufe 20 ist in der Lage zwei unterschiedliche Ausgangsgleichspannungen +V und ++V zur Verfügung zu stellen. Weiterhin ist eine Steuerung 22 vorgesehen, welche als elektronische Steuerungseinheit realisiert ist. Diese Steuerung 22 erhält als Eingangssignal einen Phasenausgang des Wechselstromgenerators 10 sowie die Werte der von der Anordnung erzeugten Ausgangsspannungen. Die Steuerung 22 steuert sowohl die Kon igurationsschaltung 18 als auch die Gleichrichterstufe 20.
Die Anordnung gemäß Figur 1 arbeitet wie folgt. Von dem Drehstromgenerator 10 werden drei Phasen eines Drehstroms erzeugt. Dies erfolgt durch die Rotation des Rotors 12, welcher ein Magnetfeld erzeugt und somit die Statorwicklungen 16 des Stators 14 anregt. Jede Phase des Sta- tors 14 ist mit zwei Statorwicklungen 16 ausgestattet, so dass insgesamt sechs Ausgangsspannungen von dem Wechselstromgenerator 10 an die Konfigurationsschaltung 18 weitergegeben werden. Die Konfigurationsschaltung 18 ist nun in der Lage, die Phasen zu einer Sternkonfiguration oder zu einer Dreieckkonfiguration zu verschalten und zwischen diesen Konfigurationen umzuschalten. Ferner gelingt es mit der Konfigurationsschaltung, zwischen einer Serienschaltung (S) und einer Parallelschaltung (P) der Statorwicklungen einer Phase umzuschalten. Diese Schaltfunktio- nen der Konfigurationsschaltung 18 werden von der Steuerung 22 gesteuert. Die Ausgangsspannungen der Konfigurationsschaltung 18 werden an eine Gleichrichterstufe 20 weitergegeben. Von dieser Gleichrichterstufe 20 werden die Spannungen gleichgerichtet und schließlich als Aus- gangsspannungen +V und ++V ausgegeben. Die Ausgangsspannungen +V und -+V werden ebenfalls als Eingangsspannungen für die Steuerung 22 verwendet, so dass die Steuerung 22 variabel auf eine Veränderung der Ausgangsspannungen +V und ++V reagieren kann. Ebenfalls erhält die Steuerung 22 einen Phasenausgang des Drehstromgenerators 10 als Eingangsinformation, so dass die optimalen Schaltzeiten zwischen den unterschiedlichen Konfigurationen der Konfigu- rationsschaltung 18 bestimmt werden können. Dies hat den Hintergrund, dass beispielsweise eine Änderung von einer Sternkonfiguration zu einer Dreieckkonfiguration oder eine Änderung von der Dreieckkonfiguration zu der Sternkonfiguration einen Zeitraum von einer gesamten elektrischen Periodendauer, was einer vollständigen Umdrehung des Rotors 12 entspricht, beansprucht, so dass während dieser Zeit kein Strom in der Statorschaltung fließen kann.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan, anhand dessen insbesondere Aspekte in der Konfigurationsschaltung 18 und der Gleichrichterstufe 20 im Detail erläutert werden können. Es sind drei Paare von Statorwicklungen 16 dargestellt, welche mit Ui, U2 oder Vi, V2 oder Wx, W2 bezeichnet sind. Ferner ist die Konfigurationsschaltung 18 mit ihren Schaltern Si, S2, ... , Sι5 dargestellt. Die Ausgänge dieser Konfigurationsschaltung 18 führen zu der Gleichrichterstufe 20 mit Thyristoren Ti, T2, ... , Te und Dioden Di, D2, D3. Die gesamte Schaltung wird durch mehrere Signale gesteuert, die von der in Figur 1 dargestellten Steuerung 22 ausgegeben werden. Diese Signale werden den Schaltern Si, S2, ... , S3.5 beziehungsweise den Thyristoren Ti, T2, ... , T6 eingegeben. Die verschiedenen Signale realisieren die folgenden Schaltungsfunktionen:
Δ Dreieckschaltung invΔ Sternschaltung
S Serienschaltung invS Parallelschaltung
H Ausgabe einer hohen Ausgangsspannungen ++V
L Ausgabe einer niedrigen Ausgangsspannung +V Soll beispielsweise eine Dreieckschaltung realisiert werden, so werden durch das Signal Δ die Schalter S5, Sχo und Sχ5 geschlossen, während die Schalter S4, Sα und S14 offen sind. Folglich sind die drei Phasen U, V und W in Reihe geschaltet, und die Dreieckschaltung ist realisiert. Im anderen Fall sind bei gesetztem Signal invΔ die Schalter S4, So und Sχ4 geschlossen, während die Schalter S5, S10 und Si5 offen sind. Folglich sind die Anfänge der drei Phasen U, V und W an einem gemeinsamen Punkt zusammenge- schaltet, wodurch eine Sternschaltung realisiert ist. Will man die Statorwicklungen einer Phase in Serie schalten, so wird von der Steuerung 22 das Signal S ausgegeben. Hierdurch werden die Schalter S2, S- und Sι2 geschlossen, während die Schalter Si- r S3, S6, S8, Sg und Sj.3 offen sind. Auf diese Weise wird die Statorwicklung Ui mit der Statorwicklung U2 in Serie geschaltet. Die Statorwicklung Vx wird mit der Statorwicklung V2 in Serie geschaltet, und die Statorwicklung Wi wird mit der Statorwicklung W2 in Serie geschaltet. Soll hingegen eine Parallelschaltung der jeweiligen Statorwicklungen einer Phase realisiert werden, so wird von der Steuerung 22 ein Signal invS ausgegeben. Dies hat zur Folge, dass die Schalter Si, S3, Sβr S8, Su und Sι3 geschlossen sind, während die Schalter S2, S7 und Sχ2 offen sind. Auf diese Weise sind die Statorwicklungen Ui und U2 parallel geschaltet. Die Statorwicklungen Vx und V2 sind parallel geschaltet, und die Statorwicklungen Wi und W2 sind ebenfalls parallel geschaltet.
In Abhängigkeit der oben beschriebenen Konfigurationen können somit von der Konfigurationsschaltung 18 unterschiedliche Spannungen zur Verfügung gestellt werden. Diese v/erden auf die Gleichrichterstufe 20 gegeben. Die Gleichrichterstufe 20 wird ebenfalls von der elektronischen Steuerung 22 gesteuert, nämlich zur Ausgabe der hohen Spannung ++V durch Ausgabe des Signals H, und zur Be- reitstellung der niedrigen Spannung +V durch Ausgabe des Signals L. Der Thyristor Ti ist somit für die Gleichrichtung der aufgrund einer Reihenschaltung der Statorwicklungen Ui und U2 zur Verfügung gestellten positiven Halbwelle der hohen Spannung verantwortlich, während der Thyristor T2 für die Gleichrichtung der positiven Halbwelle der durch Parallelschaltung der Statorwicklungen Ui und U2 zur Verfügung gestellten niedrigen Spannung verantwortlich ist. Ebenso ist der Thyristor T3 für die Gleichrichtung der hohen Spannung aufgrund der Reihen- schaltung von V und V2 verantwortlich, während der Thyristor T4 für die Gleichrichtung der niedrigen Spannung bei Parallelschaltung der Statorwicklungen Vi und V2 verantwortlich ist. Der Thyristor T5 dient der Gleichrichtung der hohen Spannung aufgrund der Reihenschaltung der Statorwicklungen Wi und W2. Der Thyristor T6 ist für die Gleichrichtung der niedrigen Spannung bei Parallelschaltung der Statorwicklungen Wi und W2 vorgesehen. Die Diode Di dient der Gleichrichtung der negativen Halbwelle der Statorphase U. Die Diode D2 ist für die Gleichrichtung der negativen Halbwelle der Statorphase V vorgesehen. Die Diode D3 dient der Gleichrichtung der negativen Halbwelle der Statorphase W.
In Figur 3 ist ein Diagramm dargestellt, welches zwei un- terschiedliche Stromverläufe (i) in Abhängigkeit der Rotorfrequenz (n) für verschiedene Konfigurationen darstellt. Es sind beispielhaft eine Parallelschaltung der Statorwicklungen einer Phase bei Dreieckschaltung und eine Reihenschaltung der Statorwicklungen einer Phase bei Sternschaltung angegeben.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Anordnung mit einem Wechselstromgenerator (10) zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen, wobei der Wechselstromgenerator (10) einen Rotor (12) und einen Stator (14) mit mehreren Statorwicklungen (16) aufweist und die Statorwicklungen (16) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung in einer bestimmten Weise konfiguriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwickiungen (16) zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannungen durch eine Konfigurationsschaltung (18) veränderbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationsschaltung (18) mit einer schaltbaren Gleichrichterstufe (20) kombiniert ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (22) zum Steuern der Konfi- gurationsschaltung (18) und der schaltbaren Gleichrichterstufe (20) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (14) mit drei Pha- sen (U, V, W) vorgesehen ist.
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der drei Phasen (U, V, w) des Stators (14) in der Weise veränderbar ist, dass wahlweise eine Sternschaltung oder eine Dreieckschaltung vorliegt.
6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Phase (U, V, W) des Stators (14) zwei Statorwicklungen (16) aufweist.
7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Anschlüsse der Statorwicklungen (16) einer Phase (U, V, W) in der Weise veränderbar ist, dass wahlweise eine Reihen- Schaltung oder eine Parallelschaltung vorliegt.
8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) vom Spulentyp ist .
9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) ein Permanentmagnet ist.
10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationsschaltung (18) bidirektionale Schalteinheiten (Sn) aufweist.
11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass eine bidirektionale Schalteinheit (Sn) durch zwei parallele Thyristoren realisiert ist .
12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bidirektionale Schalteinheit (Sn) durch eine Reihenschaltung von zwei MOSFETs re- alisiert ist.
13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Gleichrichterstufe (20) Thyristoren (Tn) und Dioden (Dn) aufweist.
14. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) den Phasenverlauf des Wechselstromgenerators (10) überwacht.
15. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) die Ausgangsspannung überwacht.
16. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Konfigurationsschaltung
(18) und/oder die schaltbare Gleichrichterstufe (20) als integrierte Schaltung realisiert sind.
17. Verfahren zum Erzeugen verschiedener Ausgangsspannun- gen mit einem Wechselstromgenerator (10) , wobei der Wechselstromgenerator (10) einen Rotor (12) und einen Stator (14) mit mehreren Statorwicklungen (16) aufweist und die Statorwicklungen (16) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung in einer bestimmten Weise konfiguriert sind, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Konfiguration der Anschlüsse der Ξtatorwicklungen (16) zum Erzeugen verschiedener Aus- gangsspannungen durch eine Konfigurationsschaltung (18) verändert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationsschaltung (18) und eine mit der Konfigurationsschaltung (18) kombinierte schaltbare Gleichrichterstufe (20) von einer Steuerung (22) gesteuert v/erden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Stator (16) drei Phasen (U, V, W) erzeugt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der drei Phasen (U, V, W) des Stators (14) in der Weise verändert wird, dass wahlweise eine Sternschaltung oder eine Dreieckschaltung vorliegt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Statorwicklungen (16) pro Phase (U, V, W) des Stators (14) die Konfiguration der Statorwicklungen (16) einer Phase (U, V, W) in der Weise verändert wird, dass wahlweise eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung vorliegt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenverlauf des Wechselstromgenerators (10) von der Steuerung (22) überwacht wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannungen von der Steuerung (22) überwacht werden.
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