DE1463567C3 - Elektrische Stromversorgungseinnch tung - Google Patents

Description

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist spannung den Schwellenwert des Meßkreises über-

die Hilfswicklung durch den steuerbaren Halbleiter- schreitet, liegt eine positive Spannung zwischen der

gleichrichter zu der Batterie parallel schaltbar, und Kathode und der Sperrschicht des steuerbaren HaIb-

zwar derart, daß in ihr stetiger Gleichstrom von der leitergleichrichters während abwechselnder Halbwel-

Batterie und impulsförmiger Gleichstrom von der 5 len. Wenn genügend Energie geliefert wird, wird der

Hauptwicklung fließt. Hierdurch entsteht der Vorteil, steuerbare Halbleitergleichrichter leitend, und die

daß jeder Grad von Regelung bei hohen Geschwin- Anode wird positiv bezüglich der Kathode. Der steu-

digkeiten erzielt werden kann und eine noch gleich- erbare Halbleitergleichrichter wird somit bei jeder

mäßigere Regelung gewährleistet wird. abwechselnden Halbwelle leitend und bei einer Aus-

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungs- io bildungsform der Erfindung während dazwischenlie-

beispielen beschrieben. Es zeigt gender Halbwellen wieder in einen gesperrten Zu-

Fig. 1 ein Schaltbild der elektrischen Stromver- stand zurückkehren. Bei dieser Ausbildungsform, bei

sorgungseinrichtung mit einem Vierpol-Generator, der die Hilfswicklungen und die steuerbaren HaIb-

F i g. 2 ein Schaltbild, das dem der F i g. 1 ent- leitergleichrichter über die Batterieklemmen miteinspricht und den Stromfluß im einzelnen wiedergibt, 15 ander verbunden sind, erfolgt eine Stromleitung bei

F i g. 3 eine grafische Darstellung, welche die beiden Halbwellen.

Spannung an einem steuerbaren Halbleitergleichrich- Während wenigstens jeder abwechselnden HaIb-

ter der Einrichtung nach F i g. 1 wiedergibt, wenn welle wird somit der steuerbare Halbleitergleichrich-

keine Regelung erfolgt, ter die Haupt- und Hilfswicklungen kurzschließen

Fig.4 eine grafische Darstellung entsprechend 20 und dadurch den Batterieladestrom im wesentlichen der von F i g. 3, die den Spannungsverlauf wieder- auf Null herabsetzen. Wenn sich die Polarität umgibt, wenn eine teilweise Regelung erfolgt, kehrt, wird das Feld, das in den Wicklungen durch

F i g. 5 eine grafische Darstellung ähnlich denen den vorher hindurchgeflossenen Strom erzeugt worder F i g. 3 und 4, die den Spannungsverlauf wieder- den ist, zusammenbrechen und dadurch einen entgegibt, wenn eine vollständige Regelung erfolgt, 25 gengerichteten magnetischen Fluß erzeugen. Dieser

F i g. 6 ein Schaltbild, das in seinen Grundzügen entgegengesetzte Fluß wird die Pole des Generators dem der Fig. 1 und2 ähnlich ist, aber einen zweiten sättigen und im Falle der Ausbildungsform-, die Regelkreis mit Hilfssperrung verwendet, um eine Gleichrichter aufweist, die entgegengesetzten Halbgleichmäßigere Regelung beider Halbwellen zu erhal- wellen blockieren und somit den Ladestrom während ten, 30 des größten Teiles der entgegengesetzten Halbwellen

F i g. 7 ein Schaltbild, in dem eine Drosselspule in sperren.

dem Regelkreis vorgesehen ist, um die Regelung bei Nach einer Verminderung der Batteriespannung,

höheren Generatorgeschwindigkeiten zu verbessern, hervorgerufen durch den oben beschriebenen Regel-

und effekt, wird der Meßkreis nicht langer ausreichende

Fig. 8 ein Schaltbild, in dem die Hilfswicklungen 35 Energie zur Sperrung abgeben, um den steuerbaren mit den positiven Batterieanschlußklemmen verbun- Halbleitergleichrichter zu sperren. Wenn der Regeiden sind. strom zu fließen aufhört, wird die Batteriespannung

Die Ausführungsformen der Erfindung bestehen (in Abwesenheit einer ausreichenden Belastung) wie-

aus einem Wechselstrom-Generator, der zwei Wick- der zunehmen, und der Kreislauf wird wiederum mit

lungen auf jedem Pol hat, wobei die eine Wicklung 4° einer Frequenz durchlaufen werden, die von den Pa-

die Hauptwicklung (Lastwicklung) und die andere rametern des Kreises und der tatsächlichen Belastung

die Hilfswicklung (Regelwicklung) ist. Die Wicklun- abhängt.

gen an jedem Pol sind — wie an sich bekannt — Bei den in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen vorzugsweise mit enger magnetischer Kopplung ge- Ausbildungsformen ist der Generator mit seiner Rewickelt. Die Hauptwicklungen sind alle in Reihe mit- 45 geleinrichtung mit 11 bezeichnet und mit einer Batteeinander und weiter mit einer Vollweg-Gleichrichter- rie 12 verbunden, an die eine unveränderliche Last, brücke zur Batterieladung verbunden. Die Hilfswick- schematisch mit 13 bezeichnet, angeschlossen ist. lungen sind ebenfalls in Reihe miteinander und fer- Der Generator selbst ist mit 14 bezeichnet und bener mit den Hauptwicklungen in Reihe verbunden, steht aus einem Rotor 15 und einem Stator 16. Der entweder direkt oder durch Teile der Gleichrichter- 5° Rotor 15 weist einen drehbaren Ring aus magnetibrücke. Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter (SiIi- schem Material auf und trägt eine Vielzahl von kreisziumgleichrichter) ist in Reihe mit der Haupt- und förmig angeordneten Magneten 17, von denen vier in den Hilfswicklungen geschaltet, so daß zusammen den Zeichnungen wiedergegeben sind. Diese Magnete mit diesen Wicklungen ein geschlossener Kreis gebil- 17 sind keramische Dauermagnete, die eine hohe det wird. 55 Koerzitivkraft und — verglichen mit der Breite —

In einer besonderen Ausbildungsform der Erfin- eine relativ geringe Dicke in radialer Richtung auf-

dung sind die Hilfswicklungen und die steuerbaren weisen und deren Pole radial zur Rotorachse in glei-

Halbleitergleichrichter ebenfalls in Reihe über die chen Abständen voneinander angeordnet sind. Die

Batterieanschlußklemmen verbunden. Eine Zener- hohe Koerzitivkraft ist notwendig, um eine Entma-

diode und ein regelbarer Widerstand in Reihe sind 60 gnetisierung der Magnete durch die Kräfte, die in

mit der Sperrschicht des steuerbaren Halbleiter- dem Regelkreis erzeugt werden, wie weiter unten be-

gleichrichters über die Anschlußklemmen der Batte- schrieben, zu verhindern.

rie verbunden und dienen als ein spannungsempfind- Der Stator 16 hat die vier Pole 18 a, 18 b, 18 c

licher Meßkreis. und 18 d und besteht vorzugsweise aus Lamellen. Je-

Normalerweise laden die Hauptwicklungen die 65 der Pol hat zwei getrennte Wicklungen, eine span-Batterie über die Gleichrichterbrücke auf, wobei der nungserzeugende Hauptwicklung 19 und eine resteuerbare Halbleitergleichrichter den Kreis für die gelnde Hilfswicklung 21, wobei die Wicklungen mit Hilfswicklung offenhält. Wenn die Batterieklemm- Buchstaben versehen sind, um mit den Polen über-

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einzustimmen. Die Wicklungen sind aus Gründen mit I₂ bezeichneten Strom fließen. Dieser Strom wird einer klareren Darstellung voneinander getrennt durch die Batterieklemmspannung erzeugt und fließt wiedergegeben, jedoch kann jedes Paar von Wicklun- von der Kathode zurSperrschicht des steuerbaren Halbgen 19 und 21 in enger oder dichter magnetischer leitergleichrichters 37 und durch den einstellbaren Kopplung gewickelt sein, wie weiter unten im einzel- 5 Widerstand 39. Dies erzeugt einen positiven Spannen begründet wird. nungsabfall zwischen der Kathode und der Sperr-

Die Hauptwicklungen 19 sind zwischen den An- schicht des steuerbaren Halbleitergleichrichters 37.
schlußklemmen 22 und 23 in Reihe geschaltet, und Die Werte der Zenerdiode 38 und des einstellbadiese Anschlußklemmen sind entsprechend mit den ren Widerstandes 39 sind so gewählt, daß der steuer-Anschlußklemmen 24 und 25 einer Vollweg-Gleich- io bare Halbleitergleichrichter 37 sperrt, wenn die richterbrücke 26 verbunden. Die Gleichrichterbrücke Klemmspannung der Batterie 12 einen vorbestimm-26 besteht aus den Dioden 27, 28, 29 und 31, die mit ten Wert erreicht. Zum Beispiel soll die Zenerdiode der Batterie 12 verbunden sind, um den Wechsel- 38 so gewählt sein, daß ein Strom I₂ fließt, wenn die strom des Generators 14 in Gleichstrom, der für die Batterieklemmspannung 10 Volt erreicht. Wenn die Batterieladung geeignet ist, umzuwandeln. Die Pfeile 15 Batterieklemmspannung 10 Volt überschreitet, wird in dem Kreis der Hauptwicklungen 19 geben die der Spannungsabfall an der Zenerdiode 38 konstant Richtung des Stromflusses an, wenn die Magnete sich bleiben, aber der Strom und dadurch auch der Spanin der gezeichneten Stellung befinden, wobei die Ro- nungsabfall am Widerstand 39 und im Steuerkreis tation durch den Pfeil 32 in Fig. 1 angegeben wird des steuerbaren Halbleitergleichrichters 37 wird an- und wobei ferner angenommen wird, daß der Strom ₂₀ steigen. Der Widerstand 39 kann auf einen Wert einvom negativen zum positiven Pol fließt. Die Hilfs- gestellt werden, daß nach Erreichung einer Batteriewicklungen 21 sind ebenso in Reihe mit den An- klemmspannung von 15VoIt der Spannungsabfall schlußklemmen 33 und 34 geschaltet, wobei die zwischen der Kathode und der Sperrschicht des steu-Haupt- und Hilfswicklungen durch einen Überbrük- erbaren Halbleitergleichrichters 37 ausreichend ist, kungsbügel 35 in Reihe geschaltet und dadurch die 25 den steuerbaren Halbleitergleichrichter zu sperren, Anschlußklemmen 22 und 34 miteinander verbunden wenn die Anschlußklemme 23 voll negativ und die sind. Anschlußklemme 33 voll positiv wird. Mit anderen

Der Spannungsregler ist mit 36 bezeichnet und Worten wird der Strom, der in F i g. 2 mit Z₃" bezeich-

besteht aus einem steuerbaren Halbleitergleichrichter net ist, während der ersten erzeugten Halbwelle auf-

37, einer Zenerdiode 38 und einem einstellbaren 30 treten, welche die in der F i g. 2 angegebene Polarität

Widerstand 39. Der steuerbare Halbleitergleichrich- zwischen diesen beiden Anschlußklemmen erzeugt,

ter dient als Schaltvorrichtung für die Regelung, wie sowie bei jeder nachfolgenden Halbwelle der glei-

weiter unten beschrieben, und seine Anode ist mit chen Polarität, bis die Batterieklemmspannung unter

der Anschlußklemme 33 durch eine Leitung 41 ver- den Sollwert absinkt.

bunden. Die Kathode des steuerbaren Halbleiter- 35 Der durch den steuerbaren Halbleitergleichrichter gleichrichters 37 ist mit einer Anschlußklemme 42 37 fließende Strom I₃ ist ein Halbwellen-Gleichverbunden, die ihrerseits wiederum mit der negativen strom. Er fließt von der Klemme 23 durch die Anschlußklemme der Batterie 12 verbunden ist. Die Klemme 25, die Diode 31, die Klemme 42, den steu-Steuerelektrode des steuerbaren Halbleitergleichrich- erbaren Halbleitergleichrichter 37, die Klemme 33, ters 37 ist über die Zenerdiode 38 und den einstell- 40 die Hilfswicklung 21, die Klemme 34, den Überbrükbaren Widerstand 39 mit der Anschlußklemme 43 kungsbügel 35, die Klemme 22 und die Hauptwickverbunden, die an der positiven Anschlußklemme der lung 19. Damit ist die Hauptwicklung durch die Batterie liegt. Hilfswicklung bei der angegebenen Halbwelle kurz-

Wegen der Wirkungsweise wird auf die Fig.2 geschlossen und der Batterieladestrom auf Null her-

bis 5 Bezug genommen. In F i g. 2 weist der Schalt- 45 abgesetzt.

kreis einige Unterschiede gegenüber dem der Fig. 1 Wenn sich die Polarität infolge der Drehung der auf, um das Verständnis des Stromflusses zu erleich- Rotormagnete umkehrt, bricht das durch den Strom tern. Wenn die Batteriespannung sich unterhalb des ^₃ erzeugte Gleichstromfeld zusammen und erzeugt Sollwertes befindet, ist der steuerbare Halbleiter- dadurch einen magnetischen Fluß, der dem bisherigleichrichter 37 nicht leitend, und die Hilfswicklun- 5o gen entgegengerichtet ist. Dieser entgegenwirkende gen 21 befinden sich daher außerhalb des Schaltkrei- Fluß sättigt die Pole 18 des Generators und hält den ses. Es möge angenommen werden, daß die durch die Batterieladestrom im wesentlichen auf Null während Hauptwicklungen 19 erzeugte Spannung größer ist des überwiegenden Teiles der umgekehrten Halbais die Spannung der Batterie. Die Batterie wird welle.

dann durch den Wechselstrom, der über die An- 55 Dieser Sachverhalt ist in Fig.4 wiedergegeben, schlußklemmen 24 und 25 von der Gleichrichter- welche die Spannung an dem steuerbaren Halbleiterbrücke 26 geliefert wird, geladen. Zu diesem Zeit- gleichrichter 37 zeigt, wenn eine teilweise Regelung punkt wird die Spannung an dem steuerbaren Halb- erfolgt. Im Punkt 44 wird die Anschlußklemme 23 leitergleichrichter 37 ähnlich der in F i g. 3 gezeigten negativ und die Anschlußklemme 33 positiv, wonach sein. Die F i g. 3,4 und 5 zeigen Oszillogramme von ⁶° die Spannung am steuerbaren Halbleitergleichrichter Testmessungen an der Stromversorgungseinrichtung 37 so lange anwächst, bis die Spannung durch den gemäß der Erfindung. Der Generator war eine Spannungsabfall zwischen der Kathode und der Zwölfpol-Konstruktion an Stelle der in den Figuren Sperrschicht, hervorgerufen durch den Strom I₂, auswiedergegebenen Vierpol-Konstruktion. reichend ist, den steuerbaren Halbleitergleichrichter

Wenn die Ladung der Batterie infolge der Wirkung 65 37 zu sperren. An diesem Punkt 45 wird die Span-

des Generators zunimmt, wird ihre Klemmspannung nung an dem steuerbaren Halbleitergleichrichter 37

ansteigen, bis der Schwellenwert der Zenerdiode 38 er- auf Null absinken und dadurch anzeigen, daß der

reicht ist. Diese zündet dann und läßt einen in F i g. 2 Strom I₃ fließt.

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Am Punkt 46 hat sich der Rotor .15 in die Stel- über die Ausgangsklemmen 115 und 116 einer Batte-

lung gedreht, in der die Polarität der Anschluß- rie 114 verbunden ist.

klemme 23 positiv und die Polarität der Anschluß- Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter 117 ist mit klemme 33 negativ wird. Durch die Wirkung des zu- semer Kathode mit der Anschlußklemme 107 und sammenbrechenden Feldes (oben beschrieben) wird 5 mit seiner Anode mit der Anschlußklemme 118 an jedoch keine Betterieladespannung aufgebaut, was einem Ende einer Hilfswicklung 104 verbunden. Ein dadurch angezeigt wird, daß die Spannung am steu- Transformator 119 ist mit seiner Primärwicklung 121 erbaren Halbleitergleichrichter 37 = Null bleibt. Nur in Reihe mit der Anode desr steuerbaren Halbleiterim Punkte 47, nachdem ein wesentlicher Teil dieser gleichrichters 117 und einer;Hilfswicklung 104 ver-Halbwelle hindurchgegangen ist, so daß die Sperrwir- io bunden. Ein spannungsempfindlicher Stromkreis, bekung des steuerbaren Halbleitergleichrichters 37 in stehend aus einer Zenerdiode 122 und einem einstellumgekehrter Richtung zur Wirkung kommt, wird die baren Widerstand 123, liegt zwischen der Sperrnegative Spannung anwachsen, wie in F i g. 4 wieder- schicht des steuerbaren Halbleitergleichrichters 117 gegeben. In diesen Teilen der Halbwellen wird durch und der Anschlußklemme 115.

die Hauptwicklungen 19 die Batterie geladen, wäh- 15 Ein zusätzlicher steuerbarer Halbleitergleichrichter rend jedoch der mittlere Ladestrom während der 124 liegt zwischen der äußeren Anschlußklemme ganzen Halbwellen durch das, was vor der Sperrung 125, einer Hilfswicklung 105 und einer Anschlußdes steuerbaren Halbleitergleichrichters 37 eintritt, klemme 106. Die Sperrschicht des steuerbaren Halbstark herabgesetzt ist. leitergleichrichters 124 wird durch einen Hilfssperr-

Sollte die Batterieklemmspannung bei dieser teil- 20 kreis gesteuert, der aus der Sekundärwicklung 126 weisen Regelung weiter anwachsen, so würde auch I₂ des Transformators 119 besteht, die in Reihe mit und dadurch der Spannungsabfall zwischen Kathode einem einstellbaren Widerstand 127 geschaltet ist.
und der Sperrschicht des steuerbaren Halbleiter- Beim Betrieb der in Fig.6 dargestellten Anordgleichrichters 37 anwachsen. Dieses hat die Wirkung, nung möge angenommen werden, daß die Batterie daß der steuerbare Halbleitergleichrichter 37 zu 25 114 eine niedrigere Klemmspannung hat als die, die einem früheren Zeitpunkt in jeder abwechselnden notwendig ist, den steuerbaren Halbleitergleichrich-Halbwelle gesperrt wird, in der die Kathode bezug- ter 117 leitend zu machen, wobei die Drehung des lieh der Anode negativ wird. Dieses ist in Fig.5 Rotors des Generators (nicht gezeigt) die-Wirkung wiedergegeben, welche die Spannung an dem Steuer- hat, die Batterie durch die Hauptwicklungen 102 und baren Halbleitergleichrichter 37 wiedergibt, wenn 30 103 aufzuladen, wobei die beiden Hilfswicklungen volle Regelung erfolgt. Es möge der Punkt 48 be- 104 und 105 aus dem Stromkreis ausgeschaltet sind, trachtet werden, an dem die Kathode des steuerbaren da die steuerbaren Halbleitergleichrichter 117 und Halbleitergleichrichters 37 anfängt, bezüglich der 124 gesperrt sind. Nachdem die Batterie 114 eine Anode negative Polarität anzunehmen, und wo der ausreichende Klemmspannung erreicht hat, wird allsteuerbare Halbleitergleichrichter leitend wird und 35 mählich ein Strom durch den spannungsregelnden wobei der Strom 7_Ä während der Halbwelle fließt, die Stromkreis fließen, der aus der Zenerdiode 122 und beim Punkt 49 endet. Während dieser Zeit wird kein dem einstellbaren Widerstand 123 besteht. Dies ruft Ladestrom an die Batterie 12 abgegeben. Wie in dem einen Spannungsabfall zwischen der Kathode und vorhergehenden Fall wird das zusammenbrechende der Sperrschicht des steuerbaren Halbleitergleich-FeId, wenn die Polarität bei der nächsten Halbwelle 4° richters 117 hervor. Wenn dieser Spannungsabfall umgekehrt ist, den Batterieladestrom daran hindern, ausreichend ist, den steuerbaren Halbleitergleichrichwährend eines wesentlichen Teiles der umgekehrten ter 117 zu sperren, wird dieser leitend, wenn im An-Halbwelle, d.h. bis zu dem Punkt 51 in Fig.5, zu Schluß daran seine Kathode bezüglich seiner Anode fließen. Der mittlere Ladestrom, der während der negativ wird. \
beiden Halbwellen an die Batterie abgegeben wird, 45 Dies hat die Wirkung, daß sowohl die Hauptwickist somit gegenüber dem stark herabgesetzt, der unter lungen 102 und 103 wie auch die Hilfswicklung 104 den Bedingungen, die in der Fig.4 wiedergegeben durch den steuerbaren Halbleitergleichrichter 117 sind, abgegeben wird. parallel geschaltet werden, so daß während dieser

F i g. 6 gibt eine andere Ausführungsform der Er- Halbwelle kein Ladestrom an die Batterie abgegeben

findung wieder, die sich von denen der F i g. 1 und 2 5° wird.

hauptsächlich darin unterscheidet, daß zwei Hilfs- In der Halbwelle, in der der steuerbare Halbleiterwicklungen vorgesehen sind, die in Reihe mit den gleichrichter 117 offen ist, ist der steuerbare HaIb-Hauptwicklungen geschaltet sind, wobei Vorkehrun- leitergleichrichter'124 gesperrt, da seine Kathode begen getroffen sind, die Hauptwicklungen parallel zu züglich seiner Anode positiv ist. Wenn der Rotor des abwechselnden Hilfswicklungen in aufeinanderfolgen- 55 Generators in eine Stellung gelangt, in der die Polariden Halbwellen zu schalten, wodurch eine vollständi- täten entgegengesetzt sind, wird der Zusammenbruch gere Regelung erreicht wird. Der Generator mit der des Feldes der Primärwicklung 121 des Transforma-Regeleinrichtung ist mit 101 bezeichnet und umfaßt tors eine Spannung in der Sekundärwicklung 126 erzwei Sätze von Hauptwicklungen 102 und 103, die zeugen, so daß Strom von der Kathode zu der Sperrparallelgeschaltet sind und um die Statorpole (nicht ^6o schicht des steuerbaren Halbleitergleichrichters 124 gezeigt) gewickelt sind. Entsprechende erste und fließt. Wenn im Anschluß daran die Kathode des zweite Sätze von Hilfswicklungen 104 und 105 sind steuerbaren Halbleitergleichrichters 124 bezüglich in Reihe miteinander verbunden und befinden sich der Anode negativ wird, wird der steuerbare Halbauf denselben Statorpolen wie die Hauptwicklungen leitergleichrichter 124 leitend und dadurch die 102 und 103. Die Hauptwicklungen 102 und 103 65 Hauptwicklungen 102 und 103 und die Hilfswicksind mit den Anschlußklemmen 106 und 107 einer lung 105 kurzgeschlossen. Daher wird während einer Vollweg-Gleichrichterbrücke 103 verbunden, die aus umgekehrten Halbwelle kein Ladestrom an die Batden Dioden 109, 111, 112 und 113 besteht und die terie 114 gegeben. Diese Regelwirkung wird so lange

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andauern, bis die Batterieklemmspannung unter den findungsgemäßen Zweck zu erreichen. Diese enge Wert absinkt, der notwendig ist, den steuerbaren Kopplung kann erreicht werden, indem die Haupt-Halbleitergleichrichter 117 zu sperren. Wenn dieses wicklungen auf die Hilfswicklungen aufgewickelt eintritt, wird der Regelstrom bei der ersten umge- werden oder durch eine Abänderung des Flußweges kehrten Halbwelle, während welcher der steuerbare 5 der Magnetlinien des Generators. Eine andere Mög-Halbleitergleichrichter 117 zu sperren aufhört, abge- lichkeit würde sein, eine induktive kapazitive Form schaltet. der Wicklungen zu verwenden, wie z.B. Kupfer-Zusätzlich zu der Regelung beider Halbwellen oder Aluminiumstreifen, getrennt durch isolierende kann die in der F i g. 6 wiedergegebene Anordnung Streifen, wobei einer der leitenden Streifen als entweder eine teilweise oder eine vollständige Rege- io Hauptwicklüng und der andere als Hilfswicklung lung in Übereinstimmung mit der an der Sperrschicht verwendet wird.

des steuerbaren Halbleitergleichrichters 117 durch Bei mit den beiden Varianten durchgeführten Verden spähnungsempfindlichen Kreis, der die Zener- gleichsversüchen, wobei bei dem einen Haupt- und diode 122 und den einstellbaren Widerstand 123 ent- Hilfswicklungen getrennt auf jedenPol gewickelt wären hält, erzeugten Vorspannung ermöglichen. 15 und bei dem anderen zusammen auf jeden Pol mit F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er- enger magnetischer Kopplung, ergab sich, daß letzfindüiig, die grundsätzlich mit der in den F i g. 1 tere Einheit einen sehr viel geringeren Batterieläde- und 2 wiedergegebenen übereinstimmt, in der aber strom unter vollen Regelbedingungen abgab, besoneine Drosselspule vorgesehen ist, die bei höheren ders bei höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten.
Frequenzen oder Rotorgeschwindigkeiten eine wirk- 2° F i g. 8 gibt eine andere Ausgestaltung der Erfinsämere Regelung zu erzielen erlaubt. Der Generator dung wieder, die sich von den vorher beschriebenen mit dein Regler ist mit 201 bezeichnet und umfaßt darin unterscheidet, daß die Hilfswicklungen und der. die Hauptwicklungen 202 und die Hilfswicklungen steuerbare Halbleitergleichrichter mit den Batterie-' 203, die in Reihe geschaltet und um den Stator (nicht anschlüßklemmen in Reihe geschaltet sind. Die Eingezeigt) ähnlich der in den F i g. 1 und 2 wiedergege- 25 heit aus Generator und Regler ist mit 301 bezeichnet benen Weise gewickelt sind. Die Hauptwicklungen und umfaßt eine Hauptwicklung 302 und eine Hilfs-202 sind über eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 204 wicklung 303, wobei jede dieser Wicklungen aus in mit den Anschlußklemmen verbunden, an denen eine Reihe geschalteten Spulen besteht, die um'die Stator-Batterie 205 angeschlosseil ist. Die Anode eines steu- pole (nicht gezeigt) gewickelt sind, mit einer Häupterbaren Halbleitergleichrichters 206 ist mit dem 30 spule und einer Hilfsspule auf jedem Pol, in enger einen Ende einer Hilfswicklung 203 und einem span- magnetischer Kopplung gewickelt. Eine mit 304 benungsempfindlichen Kreis verbunden, bestehend aus zeichnete Gleichrichterbrücke mit den Dioden 305, einer Zenerdiode 207 und einem einstellbaren 306, 307 und 308 ist vorgesehen. Die Hauptwicklung Widerstand 208, der mit der Sperrschicht des Steuer- 302 liegt über die Anschlußklemmen 309 und 311 an baren Halbleitergleichrichters 206 und der positiven 35 der Gleichrichterbrücke 304, und die Batterie 312 Batterieanschlußklemme verbunden ist. liegt an deii Anschlußklemmen 313 und 314, wobei Eine Drosselspule 209 ist mit der Kathode des die positive Batterieanschlußklemme mit der Ansteuerbaren Halbleitergleichrichters 206 und einer schlußklemme 313 verbunden ist.
Einlaßklemme der Gleichrichterbrücke 204 verbun- Ein Ende der Hilfswicklung 303 ist mit der Anden, wobei die Kathode des steuerbaren Halbleiter- 40 schlußklernme 313 der Gleichrichterbrücke 304 und gieichrichters ebenfalls mit einem Ende der Haupt- das andere Ende mit der Anode eines steuerbaren wicklung 202 verbunden ist. Die Drosselspule 209 Halbleitergleichrichters 315 verbunden. Die Kathode kann direkt auf den Stator in Form einiger Windüh- des steuerbaren Halbleitergleichrichters 315 ist mit gen angebracht sein, die oben auf die Hauptwicklüri- der Anschlußklemme 314 verbunden. Ein Sperrkreis, gen 202 mit einem diesen entgegengesetzten Wick- 45 bestehend aus einer Zerierdiode 316 und einem einlungssinn gewickelt sind. stellbaren Widerstand 317, ist in Reihe mit der Während des Betriebes wird der Generator und Sperrschicht des steuerbaren Halbleitergleichrichters der Regler nach Fig.7 ähnlich den in den Fig. 1 315 über die Anschlußklemme 313 verbunden. Eine und 2 dargestellten Anordnungen arbeiten. Bei höhe- Last 318 liegt über die Anschlußklemmen 313 und ren Geschwindigkeiten oder Frequenzen, bei denen 5° 314 an der Batterie. . .

eine unwirksame Regelung im anderen Fälle wegen Während des Betriebes der in der Fig. 8 wiederder Stromabgabe der Hauptwicklungen in einer um- gegebenen Einrichtung wird der steuerbare Halbgekehrten Halbwelle vorliegen würde, wird jedoch leitergleichrichter 315 für den Fall, daß die Batteriedie Drosselspule 209 dazu dienen, deii Ladestrom zu spannung unterhalb der Regelhöhe liegt, nichtleitend drosseln. Eine bessere Regelung wird dadurch bei 55 sein, und die Hilfswicklung 303 wird daher aus dem höheren Frequenzen erreicht, ohne eine wesentliche Kreis ausgeschaltet sein. Die an den Anschlußklem-Beeinflussung des Generatorwirkungsgrades bei ge- men 309 und 311 liegende Wechselspannung wird ringeren Geschwindigkeiten und Frequenzen. daher die Batterie 312 über die Gleichrichterbrücke Wenn die Drosselspule 209 auf den Statorpolen in 304 laden und, wenn die Batteriespannung äusreider beschriebenen Art angebracht ist, wird dadurch, ⁶° chend gestiegen ist, die Zenerdiode 316 zünden. Der daß die Windungen der Drosselspule den Haupt- von der Kathode zur Sperrschicht des steuerbaren wicklungen entgegengeschältet sind, verhindert, daß Halbleitergleichrichters 315 durch den einstellbaren die Hauptwicklungen bei der Abgabe von Ladestrom Widerstand 317 fließende Strom wird eine positive unterstützt werden. Daher wird die Wirksamkeit der Spannung zwischen der Kathode und der Sperr-Regelung nicht beeinträchtigt. Wie oben ausgeführt 65 schicht hervorrufen.

wurde, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Wenn die Klemmspannung der Batterie 312 einen

enge Kopplung zwischen den Haupt- und den Hilfs- vorherbestimmten Wert erreicht, wie er an dem

wicklungen auf jedem Pol vorzunehmen, um den er- Widerstand 317 eingestellt ist, wird der Strom in dem

spannungsempfindlichen Kreis im ausreichenden Maße ansteigen, um den steuerbaren Halbleitergleichrichter 315 auf der ersten Halbwelle des Generators, in der die Anode bezüglich der Kathode positiv wird, zu sperren, wie es bereits in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist.

Hierdurch werden die Haupt- und die Hilfswicklung in Reihe geschaltet, während der Laststromkreis der Batterie 312 parallelgeschaltet wird. Wenn die Anschlußklemme 309 negativ und die Anschlußklemme 311 positiv ist, liegt folgender Stromflußweg vor: Von der Klemme 309, durch die Diode 306, die Klemme 314, den steuerbaren Halbleitergleichrichter 315, die Hilfswicklung 303, die Klemme 313, die Diode 307, die Klemme 311 und über die Hauptwicklung 302 zu der Klemme 309. Da die positive Anschlußklemme der Batterie 312 mit der Anode des steuerbaren Halbleitergleichnchters 315 durch die Hilfswicklung 303 miteinander verbunden ist, wird eine Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode des steuerbaren Halbleitergleichnchters 315 aufgebaut. Normalerweise wird diese die Wirkung haben, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter im leitenden Zustand verbleibt, wenn er einmal leitend ist, und er wird weiterhin im leitfähigen Zustand bleiben, bis die Gleichspannung abgebaut ist. Im vorliegenden Kreis wird, solange die Wechselspannung der Hilfswicklung der Gleichspannung überlagert ist, der steuerbare Halbleitergleichrichter ausgeschaltet, wenn die Sperrleistung unter einen Wert herabgesetzt ist, bei dem der steuerbare Halbleitergleichrichter gesperrt ist. Es möge weiter angenommen werden, daß die Gleichspannung einen konstanten Stromfluß durch den steuerbaren Halbleitergleichrichter erzeugt, wenn ausreichende Steuerleistung an der Sperrschicht des steuerbaren Halbleitergleichrichters vorhanden ist. Dieser Strom wird durch den Wechselstrom, der durch die Hilfswicklung erzeugt ist, moduliert. Wenn die Steuerleistung unter einen vorherbestimmten Wert absinkt, verursacht durch den Abfall der Batterieklemmspannung nach einer gewissen Regelzeit, wird die Wechselspannung, welche durch die Hilfswicklung hervorgerufen worden ist, größer als die Gleichspannung sein und den Steuerbaren Halbleitergleichrichter veranlassen, sich auf der ersten Halbwelle, die eine negative Spannung an der Anode des steuerbaren Halbleitergleichrichters bezüglich der Kathode hervorruft, auszuschalten. Da sich das Potential der Haupt- und der Hilfswicklung gleichzeitig umkehrt, wird die Tatsache, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter 315 auf beiden Halbwellen des Potentials der Hilfswicklung leitet, wenn ausreichende Steuerleistung vorhanden ist, bedeuten, daß der Kurzschlußweg für die Hauptwicklung auch dann vorhanden ist, wenn sich dessen Polarität umkehrt. Dieser Stromweg möge wie folgt für eine Halbwelle, in der die Anschlußklemme 311 negativ und die Anschlußklemme 309 positiv ist, angegeben werden: Von der Klemme 311 durch die Diode 308, die Klemme 314, den steuerbaren Halbleitergleichrichter 315, die Hilfswicklung 303, die Klemme 313, die Diode 305, die Klemme 309 und die Hauptwicklung 302 zu der Klemme 311.

Die Abstufungen zwischen einer teilweisen und einer vollen Regelung, wie z.B. durch die Fig.4 und 5 bezüglich der in den F i g. 1 und 2 angegebenen Schaltungen wiedergegeben wird, würden auch mit der Anordnung der F i g. 8 möglich sein, jedoch mit dem Unterschied, daß der Kurzschluß der Hauptwicklung auf beiden Halbwellen erfolgt, an Stelle von abwechselnden Halbwellen.

Bei der Herstellung einer Generator-Regler-Einheit, wie sie in 301 gezeigt ist, sollten folgende Tatsachen berücksichtigt werden:

a) Die Impedanz der Hilfswicklung muß auf einem Minimum gehalten werden, um sicherzustellen, daß der gesamte Strom, der durch die Hauptwicklung erzeugt wird, über die Hilfswicklung fließt, anstatt durch die Batterie 312 zu fließen, wenn die Einrichtung geregelt wird.

b) Der steuerbare Halbleitergleichrichter 315 muß _t so bemessen sein, daß er in der Lage ist, den Kurzschlußstrom zu leiten.

c) Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter geringerer Leistung kann verwendet werden, wenn eine feste oder enge Kopplung zwischen der Haupt- und der Hilfswicklung vorgesehen ist, unter Ausnützung der wirksamen Unterdrükkung, hervorgerufen durch die entgegengesetzten elektromagnetischen Felder zwischen den beiden Wicklungen.

Die in der F i g. 8 gezeigte Anordnung bietet einige Vorteile, die über die, welche z.B. in den F i g. 1 und 2 gezeigt sind, hinausgehen:

1. Eine wirksamere Regelung bei hohen Geschwindigkeiten kann erreicht werden, weil beide Halbwellen der Lastwicklung zu der Batterie parallelgeschaltet sind. Der Grad der Regelung kann durch die Auswahl eines geeigneten Verhältnisses zwischen Haupt- und Hilfswicklung, geeigneter Drahtstärken oder durch eine Veränderung des Grades der magnetischen Kopplung zwischen den beiden Wicklungen auf jedem Pol bestimmt werden.

2. Derselbe Grad der Regelung wie mit der Einrichtung nach den F i g. 1 und 2 kann mit der Einrichtung nach der Fig. 8 erreicht werden, aber mit einem geringeren Regelstrom, wodurch ein knapp bemessener steuerbarer Halbleitergleichrichter 315 verwendbar ist.

3. Die Einrichtung nach der F i g. 8 wird im allgemeinen eine weichere Regelung ergeben als der nach den Fig. 1 und2, da kein Strom durch die Batterie fließt, wenn der steuerbare Halbleitergleichrichter 315 leitend ist. Dadurch wird die Batterieklemmspannung schneller abfallen und ein schnelleres Durchlaufen des Ladezyklus durch den steuerbaren Halbleitergleichrichter ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 ■■■■■ 2 " durch die französische: Patentschrift 1298 064 be-Patentanspruche: kannt Djese Ejnrjchtung ;st jedoch nachteilig, weil

1. Elektrische Stromversorgungseinrichtung zwei Gleichrichter notwendig sind, ein erster VoIlmit einem permanent erregten, mehrpoligen weg-Gleichrichter zum Gleichrichten des hohen Stro-Wechselstrom-Generator, dessen Stator oder Ro- 5 mes mit niedriger Spannung, welcher der Last zugetor mindestens eine Haupt- und mindestens eine führt wird, und ein zweiter Vollweggleichrichter Hilfswicklung aufweist, die magnetisch eng mit- zum Gleichrichten des niedrigen Stromes mit hoher einander gekoppelt sind, und dessen Rotor bzw. Spannung,, der durch den steuerbaren Halbleiter-Stator die Magnete trägt, weiterhin mit einer gleichrichter geerdet wird, wenn er leitend ist. Fließt Gleichrichteranordnung, einer Batterie und mit \o gleichgerichteter Strom durch den steuerbaren HaIbeinem steuerbaren Halbleitergleichrichter, der in lcitergleichrichter, so neigt dieser jedoch dazu, lcr-Reihe mit der Hilfswicklung liegt und der bei Er- tend zu bleiben, bis der Strom unter seinen Haltereichen einer durch eine Zenerdiode vorgcgebe- strom fällt. Außerdem enthält die bekannte Einrichnen Spannung (Ladeschlußspannung der Batte- tung keine voneinander getrennten Haupt- und Hilfsrie) einschaltbar ist und dann periodisch die 15 wicklungen.

Hauptwicklung über die Hilfswicklung kurz- Eine andere Stromversorgungseinrichtung mit

schließt, dadurch gekennzeichnet, daß einem permanent erregten Generator ist durch die die Hilfswicklung (21; 104, 105; 203; 303) eine britische Patentschrift 879 000 bekannt. Die Pergetrenntc Wicklung ist, die, verglichen mit der manent-Magnete sind dort Ferrit-Magnete.
Hauptwicklung (19; 102, 103; 202, 302), einen ₂₀ Die deutsche Auslegeschrift 1 036 368 beschäftigt geringen Scheinwiderstand aufweist, und daß sie sich mit einem Verfahren, Polteile durch Flammenso geschaltet ist, daß in ihr bei leitendem Steuer- spritzen von Dauermagnetmaterial auf die Polschuhbarem Halbleitergleichrichter (37, 117, 127, 206, flächen aufzubringen/üie Remanenz soll auf diese 315) ein welliger, periodisch zu Null werdender Weise gesteigert werden. Die Herstellung von Polrä-Gleichstrom fließt, und daß ferner als Magnete ₂₅ dcrn aus oxydmagnetischem Material ist durch das (17) keramische Dauermagnete mit einer hohen deutsche Gebrauchsmuster 1 848 663 bekannt.
Koerzitivkraft verwendet sind, die, verglichen mit Die Erfindung löst die Aufgabe, die Nachteile der

der Breite, eine relativ geringe Dicke in radialer bekannten Einrichtung zu beseitigen und eine Strom-Richtung aufweisen und deren Pole radial zur versorgungseinrichtung zu schaffen, die ein schnelles Rotorachse in gleichen Abständen voneinander ₃„ Ansprechen des Reglers und eine hohe Regelgenauangeordnet sind. igkeit gewährleistet, dabei aber von gedrängtem Auf-

2. Elektrische Stromversorgungseinrichtung bau und zuverlässig im Gebrauch ist und die Pernach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß manentmagnete aufweist, die trotz der ständigen Bedie Hilfswicklung (21, 104, 105, 203) durch den anspruchungen durch die hohen Ströme in den steuerbaren Halbleitergleichrichter (37, 117, 124, 35 Haupt- und Hilfswicklungen ihren Magnetismus be- 206) zu der Hauptwicklung (19, 102, 103, 202) halten.

parallel schaltbar ist und daß sie auf die Haupt- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

wicklung (19, 102, 103, 202) gewickelt ist, um löst, daß bei einer Stromversorgungseinrichtung der

eine enge Kopplung zu erreichen, derart, daß sich eingangs beschriebenen Art die Hilfswicklung eine

ein Teil der einander entgegengesetzten eiektro- 40 getrennte Wicklung ist, die, verglichen mit der

magnetischen Flüsse zwischen beiden Wicklun- Hauptwicklung, einen geringen Scheinwiderstand auf-

gen aufhebt. weist, und daß sie so geschaltet ist, daß in ihr bei.lei-

3. Elektrische Stromversorgungseinrichtung tendem steuerbarem Halbleitergleichrichter ein wellinach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ger, periodisch zu Null werdender Gleichstrom fließt, die Hilfswicklung (303) durch den steuerbaren 45 und daß ferner als Magnete keramische Dauerma-Halbleitergleichrichter (316) zu der Batterie gnete mit einer hohen Koerzitivkraft verwendet sind, (312) parallel schaltbar ist, derart, daß in ihr steti- die, verglichen mit der Breite, eine relativ geringe ger Gleichstrom von der Batterie (312) und im- Dicke in radialer Richtung aufweisen und deren Pole pulsförmiger Gleichstrom von der Hauptwick- radial zur Rotorachse in gleichen Abständen vonein-Iung (302) fließt. 50 ander angeordnet sind.

Die elektrische Stromversorgungseinrichtung ge-

maß der Erfindung kann dadurch verbessert werden,

daß die Hilfswicklung durch den steuerbaren HaIb-

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische leiterglcichrichter zu der Hauptwicklung parallel Stromversorgungseinrichtung mit einem permanent 55 schaltbar ist und daß sie auf die Hauptwicklung gecrregtcn, mehrpoligen Wechselstrom-Generator, des- wickelt ist, um eine enge Kopplung zu erreichen, dersen Stator oder Rotor mindestens eine Haupt- und art, daß sich ein Teil der einander entgegengesetzten mindestens eine Hilfswicklung aufweist, die magne- elektromagnetischen Flüsse zwischen beiden Wicktisch eng miteinander gekoppelt sind, und dessen Ro- lungen aufhebt. Hierdurch entsteht der Vorteil, einen tor bzw. Stator die Magnete trägt, weiterhin mit einer 60 steuerbaren Halbleitergleichrichter geringerer Lei-Gleichrichteranordnung, einer Batterie und einem stung verwenden zu können. Außerdem hat man feststeuerbaren Halbleitergleichrichter, der in Reihe mit gestellt, daß durch das Zusammenwickeln der der Hilfswicklung liegt und der bei Erreichen einer Haupt- und Hilfswicklungen auf jedem Pol mit enger durch eine Zenerdiode vorgegebenen Spannung (La- magnetischer Kopplung das Regelgerät wesentlich deschlußspannung der Batterie) einschaltbar ist und 65 geringeren Batterieladestrom unter vollen Regelbedann periodisch die Hauptwicklung über die Hilfs- dingungen erzeugt, insbesondere bei hohen Rotawicklung kurzschließt. tionsgeschwindigkeitcn, als wenn die Haupt- und

Eine Stromversorgungseinrichtung dieser Art ist Hilfswicklungen je auf einem Pol gewickelt sind.