DE2108178C3 - Battery charger with three-phase generator and rectifier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieladeeinrichtung mit einem Drehstromgenerator, einem Gleichrichter und einer Batterie, bei der die Ausgangswicklungen desThe invention relates to a battery charger with a three-phase generator, a rectifier and a battery in which the output windings of the

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häufig Batterieladeeinrichtungen m.t Einphasen-Dauermägnetgeneratoren verwendet Um einen starken Spannungsanstieg bei Belastungsschwankungen zu verhindern verwendete man dabei einen Umschalter, durch den bei geringer Belastung am Tage nur ein Teil der stromerzeugenden Wicklung des Generators als Ausgangswicklüng angeschaltet wurde wahrend bei hoher Belastung, beispielsweise be. Nacht, die gesamte Wicklung angeschlossen war. Angesichts der m den letzten Jahren erhobenen Forderung nach immer leistungsstärkeren und dennoch kleinen Generatoren verwendet man heute vorwiegend Drehstromgeneratoren. Hierdurch erreicht man nicht nur eine geringe Welligkeit des gleichgerichteten, vom Generator gelieferten Stromes sondern ein Dreiphasen-Generator wird auch besser ausgenutzt als ein Einphasen-Generator. Bei gleicher Entnahmeleistung kann man also die Generatoren kleiner bauen.often battery chargers with single-phase permanent magnet generators used To prevent a strong increase in voltage with load fluctuations a changeover switch was used, through which only part of it was used during the day when the load was low the power-generating winding of the generator was switched on as the output winding during high load, for example be. Night, the entire winding was connected. Given the m den In recent years there has been a demand for more and more powerful yet small generators to be used today mainly three-phase generators. This not only achieves a slight ripple of the rectified current supplied by the generator but a three-phase generator is also used better utilized than a single-phase generator. So you can use the generators with the same extraction rate build smaller.

Bei einem permanentmagnetisch erregten Generator bereitet jedoch die Regelung der Ausgangsspannung Schwierigkeiten, da diese auf Grund der ständig gleichbleibenden Erregung und der stark wechselnden Drehzahlen in weiten Grenzen schwankt. Zur Regelung der Ausgangsleistung werden daher normalerweise Spannungsregler verwendet, welche für viele Anwendungsgebiete, z. B. für kleine Fahrzeuge wie Schneescooter, zu teuer sind.In the case of a generator excited by permanent magnets, however, the regulation of the output voltage prepares Difficulties, as these are due to the constant excitation and the strongly changing speeds fluctuates within wide limits. Voltage regulators are therefore normally used to regulate the output power used, which for many fields of application, e.g. B. for small vehicles such as snowmobiles, are too expensive.

Es sind schon Bemühungen bekanntgeworden, den Regelaufwand für solche Generatoren, an deren Regelgenauigkeit nur geringere Anforderungen gestellt werden, auf ein Mindestmaß zu verringern. So ist aus der DT-OS 15 38 344 ein Drehstromgenerator bekannt, bei dem mit Hilfe einer Umschaltvorrichtung die drei Ausgangswicklungen des Generators bei einer vorbestimmten Belastung von der Sternschaltung auf die Dreieckschaltung umgeschaltet werden.Efforts have already become known to reduce the control effort for such generators and their control accuracy only lower requirements are made, to reduce to a minimum. So is from the DT-OS 15 38 344 a three-phase generator known in which the three output windings with the help of a switching device of the generator can be switched from the star connection to the delta connection at a predetermined load.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Batterieladeeinrichtung der eingangs genannten Art eine möglichst einfache und betriebssichere Regelanordnung zu schaffen. Die Batterieladeeinrichtung soll außerdem sehr robust aufeebaut sein, da für die in Frage kommenden Anwendungsbereiche keine hohen Anforderungen an Pflege und Wartung gestellt werden können.The object of the invention is for a battery charger to create a control arrangement of the type mentioned above that is as simple and reliable as possible. The battery charger should also be built up very robust, since for the ones in question Areas of application no high demands on care and maintenance can be made.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die andere Schaltung eine Serienschaltung ist und daß die Umschaltvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie bei einer schwachen Belastung der Ausgangswicklurigen des Generators in Serie, bei einer starken Belastung aber in Stern schaltet.This is achieved according to the invention in that the other circuit is a series circuit and that the Switching device is designed so that it is at a low load of the output winding of the generator in series, but in star when there is a heavy load.

Als Gleichrichter wird vorteilhafterweise ein Dreiphasen-Brückengleichrichter verwendet. Die Umschalteinrichtung wird zweckmäßigerweise mechanisch mit dem Schalter für die Nachtlasten gekoppelt, sie kann mit Vorteil aber auch elektromagnetisch betätigt werden. Durch einen Anschluß des Steuergliedes an die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Generaitors läßt sich bei elektromagnetischer Betätigung die Umschalteinrichtung ohne zusätzliche Maßnahmen in unmittelbarer Abhängigkeit von der Steuergröße schalten. A three-phase bridge rectifier is advantageously used as the rectifier used. The switching device is expediently mechanically coupled to the switch for the night loads, they but can also be operated electromagnetically with advantage. By connecting the control member to the rectified output voltage of the generator can be activated by electromagnetic actuation of the switching device Switch directly dependent on the control variable without additional measures.

Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung, insbesondere hinsichtlich des Aufbaus der Um-Further details and special features of the invention, in particular with regard to the structure of the

schaltvorrichtung und des elektrischen Anschlusses der Ausgangswicklungen des Generators an dieselbe, sind in dem anschließend beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutertswitching device and the electrical connection of the output windings of the generator to the same, are explained in more detail in the exemplary embodiment described below

Die einzige Figur zeigt eine Batterieiadeeinrichtung mit einer mechanisch mit einem Las ischalter gekoppelten Umschaltvorrichtung zum Umschalten einer dreiphasigen Wicklung in eine einphasige Wicklung. Die dargestellte Schaltung zeigt die Einrichtung bei Ltarker Belastung des Generators.The single figure shows a battery charger with a mechanical switch coupled with a laser switch Switching device for switching a three-phase winding into a single-phase winding. the The circuit shown shows the device when the generator is heavily loaded.

In der Aobildung sind la, 16 und Ic die Dreiphasen-Ausgangswicklungen eines Generators. Ein Ende der Ausgangswicklung 16 ist über einen Anschlußpunkt 8a eines Umschalters 8, ein bewegliches Kontaktstück 86 des Umschalters 8 und über ein festes Kontaktstück 8c dieses Umschalters mit dem Sternpunkt 10 des Generators verbunden, während die entsprechenden Enden der beiden anderen Ausgangswicklungen la und Ic unmittelbar miteinander, d. h. mit dem Stenpunkt 10 verbunden sind.In the illustration, Ia, 16 and Ic are the three-phase output windings a generator. One end of the output winding 16 is via a connection point 8a a changeover switch 8, a movable contact piece 86 of the changeover switch 8 and a fixed contact piece 8c this changeover switch is connected to the star point 10 of the generator, while the corresponding ends the other two output windings la and Ic directly with each other, d. H. are connected to the sten point 10.

Die entgegengesetzten, also nicht miteinander verbundenen Enden der Ausgangswicklung la und 16 sind mit den Wechselstromanschlüssen 3a und 36 je eines Zweiges eines aus insgesamt sechs Gleichrichterelementen 2a, 26,2c 2a', 26' und 2d aufgebauten Dreiphasen-Brückengleichrichters verbunden. Das andere, vom Sternpunkt 10 abgekehrte Ende der Ausgangswicklung Ic ist über einen Anschlußpunkt 9a eines als Ruhekontakt ausgebildeten Schalters 9, über ein bewegliches Kontaktstück 96 desselben und über ein zugehöriges festes Kontaktstück 9c mit dem Wechselstromanschluß 3c des dritten Zweiges des Dreiphasen-Brückengleichrichters verbunden. Außerdem ist das am Anschluß 9a des Ruhekontaktes 9 angeschlossene Ende der Ausgangswicklung Ic noch mit einem festen Kontaktstück 8Jdes Umschalters 8 verbunden.The opposite ends of the output winding la and 16, which are not connected to one another, are connected to the alternating current connections 3a and 36 each of a branch of a three-phase bridge rectifier made up of a total of six rectifier elements 2a, 26,2c 2a ', 26' and 2d. The other end of the output winding Ic facing away from the star point 10 is connected to the AC connection 3c of the third branch of the three-phase bridge rectifier via a connection point 9a of a switch 9 designed as a break contact, via a movable contact piece 96 of the same and via an associated fixed contact piece 9c. In addition, the end of the output winding Ic connected to the connection 9a of the normally closed contact 9 is also connected to a fixed contact piece 8J of the changeover switch 8.

Zwischen die Gleichstromausgänge 11 und 12 der Batterieladeeinrichtung sind eine Batterie 4, eine Tageslast 5 und eine Reihenschaltung aus einer zusätzlichen Last (Nachtlast) 6 und einem Schalter 7 eingeschaltet. Das feste Kontaktstück des Schalters 7 ist mit 7a, sein bewegliches Kontaktstück mit 76 und der Anschlußpunkt für das bewegliche Kontaktstück des Schalters ist mit 7c bezeichnet.A battery 4, a daily load, is located between the direct current outputs 11 and 12 of the battery charger 5 and a series connection of an additional load (night load) 6 and a switch 7 switched on. The fixed contact piece of the switch 7 is 7a, its movable contact piece with 76 and the connection point for the movable contact piece of the switch is denoted by 7c.

Die Schalter 7, 8 und 9 sind mechanisch miteinander gekoppelt Ap die Stelle dieser mechanischen Kopplung kann jedoch beispielsweise auch eine elektromagnetische Kopplung treten; es ist weiterhin denkbar, die Umschalteinrichtung so zu gestalten, daß die Umschaltung der Ausgangswicklungen des Generators bei- so spielsweise auf elektromagnetischem W<"ge in Abhängigkeit von der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Generators automatisch erfolgt.The switches 7, 8 and 9 are mechanically coupled to each other. Ap the place of this mechanical coupling however, an electromagnetic coupling can also occur, for example; it is still conceivable to design the switching device in such a way that the output windings of the generator are switched over for example on electromagnetic W <"ge depending from the rectified output voltage of the generator takes place automatically.

Bei der oben beschriebenen Schaltung sind im Falle einer hohen Belastung des Generator, beispielsweise bei Nachtfahrt, wenn der Schalter 7 geschlossen ist, die Ausgangswicklungen la, 16 und Ic des Generators in Stern geschaltet. Die Ausgangsleitung des Generators wird einer Dreiphasen-Doppelweggleichrichtung unterworfen und über Gleichstrom-Anschlußleitungen 11 und 12 den Lasten 5 und 6 sowie der Batterie 4 zugeführt Der Generator ist so ausgelegt, daß seine Ausgangsspannung auch bei großer Belastung, also bei Sternschaltung, und hoher Drehzahl innerhalb zulässiger Werte bleibtIn the circuit described above, in the event of a high load on the generator, for example when driving at night, when the switch 7 is closed, the output windings la, 16 and Ic of the generator in Star connected. The output line of the generator is subjected to a three-phase full wave rectification and supplied to the loads 5 and 6 and the battery 4 via direct current connection lines 11 and 12 The generator is designed in such a way that its output voltage even under heavy loads, i.e. at Star connection, and high speed remains within permissible values

Bei niedriger Belastung des Generators, also bei geöffnetem Schalter 7, arbeitet die Anordnung folgendermaßen: With a low load on the generator, i.e. with switch 7 open, the arrangement works as follows:

Wenn zum Abtrennen der Nachtlast der Schalter 7 geöffnet wird, dann wird gleichzeitig das bewegliche Kontaktstück 86 des Umschalters 8 von dem festen Kontaktstück 8c getrennt und mit dem festen Kontaktstück Sd verbunden. Gleichzeitig wird der Schalter 9 geöffnet Die Schaltung der Batterieladeeinrichtung ist also nun eine Serienschaltung, worin ausgehend vom Wechselstromanschluß 3a am Brückengleichrichter die Ausgangswicklungen la und Ic über die Kontaktstücke Sd und 86 sowie über den Anschluß 8a des Schalters 8 in Reihe mit der Ausgangswicklung 16 an den Wechselstromanschluß 36 des Gleichrichters angeschlossen sind. Die in den Ausgangswicklungen la, 16 und leerzeugte Einphasen-Ausgangsspannung wird einer Doppelweggleichrichtung durch einen aus den vier Gleichrichterelementen 2a, 26, 2a' und 26* bestehenden Gleichrichter unterworfen und danach der Taglast 5 und der Batterie 4 zugeführt. Der maximale Strom ist bei dieser Schaltung bedeutend niedriger als im Falle der Nachtlastschaltung. Trotz der niedrigen Tageslast steigt die Spannung nicht so hoch an, daß ein Überladen der Batterie oder eine Beschädigung der Lampen zu befürchten ist.When the switch 7 is opened to cut off the night load, the movable contact piece 86 of the changeover switch 8 is separated from the fixed contact piece 8c and connected to the fixed contact piece Sd at the same time. At the same time the switch 9 is opened The circuit of the battery charger is now a series circuit, in which, starting from the AC connection 3a on the bridge rectifier, the output windings la and Ic via the contact pieces Sd and 86 and via the connection 8a of the switch 8 in series with the output winding 16 to the AC connection 36 of the rectifier are connected. The single-phase output voltage generated in the output windings 1 a, 16 and empty is subjected to full-wave rectification by a rectifier consisting of the four rectifier elements 2a, 26, 2a 'and 26 * and then fed to the day load 5 and the battery 4. The maximum current in this circuit is significantly lower than in the case of the night load circuit. Despite the low daily load, the voltage does not rise so high that there is a risk of overcharging the battery or damaging the lamps.

Wie oben dargelegt wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, für Tag- und Nachtbetrieb verschiedene Wicklungen im Generator vorzusehen. Die Leistungsbegrenzung bei niedrigen Lasten ist sehr viel wirksamer als bei der Abtrennung einer der drei Ausgangswicklungen. Eine zu hohe Spannung bei hohen Drehzahlen ist nicht zu befürchten; dennoch wird die Batterie auch bei langsamer, schleppender Fahrt am Tage ausreichend geladen.As stated above, according to the present invention it is not necessary for day and Provide different windings in the generator at night. The power limitation at low Loads is much more effective than disconnecting one of the three output windings. Too high a tension at high speeds is not to be feared; however, the battery becomes more sluggish even at slower speeds Drive sufficiently charged during the day.

Die Erfindung läßt sich ebensogut bei einem permanentmagnetisch erregten Generator anwenden wie bei einem Generator mit einer getrennten Erregerwicklung. Wenn gleichzeitig ein Spannungsregler benutzt wird, kann man die Steuerung noch verbessern. Ein Schaltungsbeispiel mit einem Spannungsregler ist in der Abbildung durch gestrichelte Linien angedeutet. Dabei sind zwischen den Gleichstrom-Anschluöleitungen 11 und 12 Spannungsteilerwiderstände 13 und 14 eingeschaltet, und das Potential im Spannungsteilerpunkt a wird über ein Gleichrichterelement 15 mit Konstantspannungscharakteristik und ein weiteres Gleichrichterelement 16, welches einen Rückstrom über die Steuerstrecke eines steuerbaren Gleichrichters 17 verhindert, dessen Steuerelektrode zugeführt. Die Anode des steuerbaren Gleichrichters kann dann mit dem Wechselstromausgang einer Ausgangswicklung la und die Kathode des steuerbaren Gleichrichters mit Masse verbunden werden.The invention can be used just as well in a generator excited by permanent magnets as in a generator with a separate excitation winding. If a voltage regulator is used at the same time the controls can still be improved. An example circuit with a voltage regulator is in the figure indicated by dashed lines. There are between the direct current connection lines 11 and 12 voltage divider resistors 13 and 14 switched on, and the potential in the voltage divider point a is a rectifier element 15 with constant voltage characteristics and another Rectifier element 16, which a reverse current via the control path of a controllable rectifier 17 prevents its control electrode being fed. The anode of the controllable rectifier can then with the alternating current output of an output winding la and the cathode of the controllable rectifier with Be connected to ground.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Batteridadeeinrichtung mit einem Drehstromgenerator, einem Gleichrichter und einer Batterie, bei der die Ausgangswicklungen des Drehstromgenerators mit der Batterie über eine Umschaltvorrichtung verbunden sind, die die drei Ausgangswicklungen des Generators bei einer vorbestimmten Belastung von einer Sternschaltung auf eine andere Schaltung umschaltet, dadurch gekenn-1. Battery charger with a three-phase generator, a rectifier and a battery in which the output windings of the alternator connected to the battery via a switching device that has the three output windings of the generator at a predetermined load from one star connection to another Circuit changes, thereby identifying z e i c h η ©f.'3a? die&pdere Schaltung eine Serienschaltangist unddaßdie Umschaltvorrichtung(8,9) so ausgebildet ist, daß sie bei einer schwachen Belastung der Ausgangswicklungeii (la, 16, lc) des Genentfors in" Serie, bei einer starken Belastung aber in Stern schaltet .·..·-z e i c h η © f.'3a? the circuit is a series circuit and that the switching device (8,9) is designed in such a way that when the output winding egg (la, 16, lc) of the Genentfors is weakly loaded in "series, but switches in star when heavily loaded. · .. · - 2. Batterieladeeinrichiung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ausgangswicklungen (la. Ic) des Drehstromgenerators mit ihrem einen Ende miteinander verbunden sind, während ein Ende der dritten Ausgangswicklung (18), der Verbindungspunkt (10) der beiden miteinander verbundenen Ausgangswicklungen (la, Ic) und ein freies Ende einer (Ic) der beiden miteinander ver- »5 bundenen Ausgangswicklungen an die Umschaltvorrichtung (8,9) angeschlossen sind.2. Batterieladeeinrichiung according to claim 1. characterized characterized in that two output windings (la. Ic) of the alternator with their one end are connected together, while one end of the third output winding (18), the Connection point (10) of the two interconnected output windings (la, Ic) and a free end of one (Ic) of the two connected to each other »5 bound output windings are connected to the switching device (8,9). 3. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein freies Ende einer (la) der beiden miteinander verbundenen Ausgangswicklungen (la. Ic) und das von der Umschaltvorrichtung (8, 9) abgekehrte Ende der dritten Ausgangswicklung (16) unmittelbar an je einen Zweig (3a, 36) eines Dreiphasen-Brückengleichrichters (2a, 26,2c, 2a', 26\ 2d) angeschlossen sind, während das freie Ende der anderen (Ic) der beiden miteinander verbundenen Ausgangs wicklungen (3 a, Ic) über einen Kontakt (9) der Umschaltvorrichtung (8, 9) mit dem dritten Zweig (3c) des Brückengleichrichters verbunden ist.3. Battery charger according to claim 2, characterized in that a free end of one (la) of the two interconnected output windings (la. Ic) and the end of the third output winding (16) facing away from the switching device (8, 9) directly to one each Branch (3a, 36) of a three-phase bridge rectifier (2a, 26,2c, 2a ', 26 \ 2d) are connected, while the free end of the other (Ic) of the two interconnected output windings (3 a, Ic) via a Contact (9) of the switching device (8, 9) is connected to the third branch (3c) of the bridge rectifier. 4. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (8, 9) einen bei starker Belastung des Generators geschlossenen Ruhekontakt (9, 9a, 96, 9c) enthält, welcher im geschlossenen Zustand das freie Ende einer (Ic) der beiden miteinander verbundenen Ausgangswicklungen (la, Ic) mit einem Zweig (3c) des Brückengleichrichters verbindet und daß die Umschaltvorrichtung weiterhin einen Umschaltkontakt (8, 8a, 86. 8c, 8d) enthält, welcher bei 5» starker Belastung des Generators den Verbindungspunkt (10) der beiden miteinander verbundenen Ausgangswicklungen (la, Ic) und das freie, nicht an den Gleichrichter angeschlossene Ende der dritten Ausgangswicklung (Id) verbindet, während er bei niedriger Belastung des Generators das nach dem öffnen des Ruhekontaktes (9) vom Gleichrichter abgetrennte freie Anschlußende einer (Ic) der beiden miteinander verbundenen Ausgangswicklungen (la. Ic) mit dem freien Ende der dritten Ausgangswicklung (16) verbindet.4. Battery charger according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the switching device (8, 9) a normally closed contact (9, 9a, 96, 9c), which in the closed state is the free end of one (Ic) of the two connected to one another Output windings (la, Ic) with a branch (3c) of the bridge rectifier connects and that the switching device also contains a switching contact (8, 8a, 86. 8c, 8d) which at 5 » heavy load on the generator, the connection point (10) of the two connected to each other Output windings (la, Ic) and the free, not connected to the rectifier end of the third Output winding (Id) connects, while at a low load on the generator the after opening of the normally closed contact (9) separated from the rectifier free terminal end of one (Ic) of the two interconnected output windings (la. Ic) with the free end of the third output winding (16) connects. Drehstromgenerators mit der Batterie über eine Um-Crriditunt Gebunden sind, die die drei Ausklungeh des Generators bei einer vorbe-Belastüng von einer Sternschaltung auf eineAlternator with the battery via a Um-Crriditunt Are bound to the three notices of the generator with a vorbe-load from a star connection to a