DE3325992C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen Kurzschluß in einer Erregerwicklung eines Niederspannungssynchron­ generators, insbesondere zum Einsatz bei Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß die moderne Kfz-Technologie die Verwen­ dung von Niederspannungssynchrongeneratoren erforderlich macht, denen geeignete Spannungsregler zugeordnet sind, welche vom Speisestrom der Erregerwindung des Synchrongene­ rators betätigt werden. Insbesondere kommt es oft vor, daß der Spannungsregler von einem integrierten Schaltkreis gebildet ist, der sich im Speiseschaltkreis der Erreger­ wicklung des Synchrongenerators zwischen einem Eingangs­ spannungsteiler mit Filterkondensator und einem in Reihe mit der Erregerwicklung angeordneten Betätigungsschaltkreis (z. B. vom Darlington-Typ) befindet.

Gewöhnlich ist auch ein Schutz gegen Kurzschlüsse der Erregerwicklung vorgesehen, der auf Systemen basiert, die die Stromversorgung des oben erwähnten Schaltkreises unterbrechen, wenn am Ausgang des Synchrongenerators keine Spannung anliegt. Deshalb haben sie hohe Ansprechzeiten und können falsch ansprechen.

Eine Schutzschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist dagegen aus der DE-AS 11 46 174 bekannt. Hierbei liegt in Reihe mit der Erregerwicklung des Generators ein Meßfühlerwiderstand.

Bei Kurzschluß wird über einen Transistor, der als Schwellen­ wertschalter arbeitet, eine bistabile Schaltung bestehend aus zwei Transistoren angesteuert, die den Spannungsregler sperren. Es ist somit nur ein einziger Schaltmechanismus vorgesehen, der bei Kurzschluß anspricht und auf einen Betätigungsschaltkreis einwirkt.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Schaltung nicht in der Lage ist, ihren normalen Schaltzustand automa­ tisch einzunehmen, nachdem der Kurzschluß wieder aufgehoben ist.

Ähnliche Nachteile weisen die aus der DE-AS 11 76 752 und der DE-AS 15 38 323 bekannten Schutzschaltungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschal­ tung der eingangs genannten Art weiterzuverbessern, insbeson­ dere im Hinblick auf bessere Ansprechzeiten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Wenn der Schwellenstromgenerator durch ein von der Detektor­ schaltung geliefertes Kurzschlußsignal angesteuert wird, arbeitet er als geschlossener Schalter und reduziert die Spannung am Teilerpunkt des Spannungsteilers auf einen Wert, so daß der Trigger die Darlingtonschaltung sperrt. Sobald das Kurzschlußsignal als Folge des Abschaltens der Darlingtonschaltung verschwindet, arbeitet der Generator als offener Schalter und erlaubt dem Spanungsteiler den Kondensator auf eine Spannung aufzuladen, die über den Trigger die Darlingtonschaltung wieder öffnet.

Das Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Schutzschaltung ist unmittelbar und mit Sicherheit frei von Fehlanzeigen infolge von Betriebsstörungen des Synchrongenerators. Außerdem wird ein sehr einfacher Schaltungsaufbau verwendet, der praktisch parallel mit dem Spannungsregler angeordnet ist, wobei andererseits von den bereits vorhandenen Schal­ tungselementen Gebrauch gemacht wird. Da der Rest der Schal­ tung (ausgenommen Meßfühlerwiderstand) unverändert bleibt, kann die Schutzschaltung im gleichen integrierten Schaltkreis des Spannungsreglers eingefügt werden, was evidente struktu­ relle und wirtschaftliche Vorteile bringt. Gleichzeitig resultiert ein monolithisches Bauelement, das nicht mit der speziellen Ausgangsschaltung des Synchrongenerators verbunden ist und deshalb mit einem beliebigen Synchrongene­ rator verwendet werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

In der Zeichnung wird das Schaltungsdiagramm eines Regler­ schaltkreises für einen Synchrongenerator gezeigt, der einen Spannungsregler und eine erfindungsgemäße Schutzschal­ tung aufweist.

In der Zeichnung wird der Synchrongenerator mit der Referenz­ ziffer 1 bezeichnet, während seine Erregerwicklung mit 2 und die dazu parallele Diode mit 3 bezeichnet wird. Mit Re­ ferenzziffern 4 und 5 werden jeweils die Speise- und Masse­ leitungen bezeichnet.

Zwischen den obengenannten Leitungen 4 und 5 ist ein Span­ nungsteiler 6 eingefügt, der zwei in Reihe miteinander ver­ bundene Widerstände 7 und 8 und einen Filterkondensator 9, parallel zu dem Widerstand 8, aufweist.

Mit dem zentralen Knotenpunkt 10 des Spannungsteilers 6 ist der Regeleingang eines Spannungsreglers 11 (der nicht im De­ tail beschrieben und gezeigt wird, da es ein beliebiger, be­ kannter Spannungsregler sein kann) verbunden, der über einen Transistor 12 auf einen Betätigungsschaltkreis 13 einwirkt, der in Reihe zu der Erregerwicklung 2 angeordnet ist und aus zwei Transistoren 14 und 15 in Darlington-Schaltung be­ steht. Ein Widerstand 16 sorgt für die Vorspannung eines solchen Schaltkreises.

Es ist ebenfalls eine Schutzschaltung gegen Kurzschluß der Erregerwicklung vorgesehen, die einen Meßfühlerwiderstand 17, einen Detektor- und Strombegrenzungsschaltkreis 18, einen Verzögerungsschaltkreis 19, einen Schwellenstromgenerator 20 und eine Triggerschaltung 21 aufweist. Der Meßfühlerwi­ derstand 17 ist in Reihe mit der Erregerwicklung 2 und der Darlington-Schaltung 13 verbunden, so daß er von möglichen Kurzschlußüberströmen durchflossen wird und in solchen Fällen entsprechende Überspannungen, die von dem Detektor 18 fest­ gestellt werden, erzeugt. Letzterer hat einen mit der Basis des Transistors 12 verbundenen Ausgang 23 und einen weiteren über den Verzögerungsschaltkreis 19 mit der Steuereinrichtung des Schwellenstromgenerators 20 verbundenen Ausgang 24, wo­ bei der Schwellenstromgenerator 20 seinerseits parallel mit dem Widerstand 8 des Spannungsteilers 6 und dem Filter­ kondensator 9 verbunden ist. Der Trigger 21 ist schließlich parallel mit dem Spannungsregler 11 zwischen dem zentralen Knotenpunkt 10 des Spannungsteilers 6 und der Basis des Transistors 12 angeordnet.

Die gesamte Anordnung aus dem Spannungsregler 11, dem Tran­ sistor 12 und den mehreren Bauelementen der Schutzschaltung (außer dem Meßfühlerwiderstand 17) wird schließlich in einen einzigen monolithisch integrierten Schaltkreis eingefügt, der in der Zeichnung durch die Referenzziffer 22 bezeichnet wird. Alternativ kann in den gleichen monolithisch integrier­ ten Schaltkreis auch der Spannungsteiler 6, der Betätigungs­ schaltkreis 13, der Vorwiderstand 16, der Meßfühlerwiderstand 17 und die Diode 3 eingefügt werden (auch nur teilweise).

Während des Betriebes wirkt der Spannungsregler 11 auf die Darlington-Schaltung 13 zur Einstellung des Speisestromes der Erregerwicklung 2 auf einen vorbestimmten Wert, dem eine vorgewählte, von dem Synchrongenerator 1 gelieferte Span­ nung entspricht.

Im Falle eines Kurzschlusses der Erregerwicklung 2 wird letzte­ re von einem Überstrom durchflossen, welcher auch durch die Darlington-Schaltung 13 und den Meßfühlerwider­ stand 17 fließt. An den Enden des letzteren wird dann eine entsprechende Überspannung erzeugt, die vom Detektor 18 festgestellt wird. Darauf tritt ein zweifacher Schutzmecha­ nismus, ein sogenannter "linearer" und ein "Schalt"-Mecha­ nismus in Aktion.

Der "lineare" Mechanismus besteht darin, daß der Detektor 18 über den Ausgang 23 den Darlington-Strom auf einen ge­ wählten Wert begrenzt.

Der "Schalt"-Mechanismus (oder "periodischer Wechsel"-Mecha­ nismus) besteht seinerseits darin, daß der Ausgang 24 des Detektors 18 den Betrieb des Schwellenstromgenerators 20 mit einer durch den Verzögerungsschaltkreis 19 festgelegten Verzöge­ rung (um Fehlalarme infolge kurzfristiger Überströme zu ver­ hindern) steuert, was durch Reduzierung der Spannung am Knotenpunkt 10 des Spannungsteilers 6 unter eine untere vor­ her festgelegte Schwelle das Schalten des Triggers 21 in eine solche Bedingung bewirkt, daß die Darlington-Schaltung 13 abschaltet und infolgedessen der Kurzschlußstrom unter­ brochen wird. Gleichzeitig fällt natürlich die Spannung an den Enden des Widerstandes 17 auf Null, so daß der Schwellenstromgenerator 20 aufhört Strom zu liefern und der vorher entladene Konden­ sator 9 sich über den Spannungsteiler 6 aufladen kann, bis der Knotenpunkt 10 nach einer gewissen Zeit wieder an der oberen Stelle des Triggers 21 angelangt ist. Der letztere bewirkt dann wieder Leitfähigkeit der Darlington-Schaltung 13, die den Stromfluß durch die Erregerwindung 2 und den Meßfühlerwiderstand 17 wieder herstellt. Der beschriebene Zyklus wird dann mit fester Frequenz wiederholt, solange der Überstromzustand anhält.

Claims (4)

1. Schutzschaltung gegen Kurzschluß in einer Erregerwicklung eines Niederspannungssynchrongenerators, insbesondere zum Einsatz bei Kraftfahrzeugen, mit

• - einer Reihenschaltung aus Erregerwicklung (2), Betätigungs­ schaltkreis (13) und Meßfühlerwiderstand (17),
• - einem Spannungsteiler (7, 8) der der Reihenschaltung (2, 13, 17) und bei dem einem Teilwiderstand (8) ein Kondensator (9) parallel geschaltet ist,
• - einem Spannungsregler (11), der auf den Betätigungsschalt­ kreis (13) einwirkt und dessen Eingang mit dem Verbindungs­ punkt der Teilwiderstände des Spannungsteilers (7, 8) verbunden ist,
• - einem Schwellenwertschalter (20), der am Meßfühlerwider­ stand (17) angeschlossen ist und ein Signal abgibt, wenn an den Enden des Meßfühlerwiderstands eine durch einen Kurzschlußstrom erzeugte Überspannung anliegt, und
• - einer Triggerschaltung (21), die durch den Schwellenwert­ schalter (20) angesteuert wird

dadurch gekennzeichnet,

• daß der Schwellenwertschalter als Schwellenstromgenerator (20) ausgebildet ist,
  daß die Triggerschaltung (21) auf den Betätigungsschalt­ kreis (13) zum kurzzeitigen Ausschalten einwirkt und
  daß der Schwellenwertschalter (20) den Spannungsregler (11) ansteuert.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektorstromkreis (18) zwischen Meßfühlerwiderstand (17) und Schwellenwertschalter (20) eingefügt ist, der zusätzlich noch auf den Betätigungs­ kreis (13) zur Begrenzung des Kurzschlußstromes einwirkt.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schwellenwertschalter (20) und Detektorstromkreis (18) ein Verzögerungsschalt­ kreis (19) angeordnet ist.