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Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Mehrphasen-Wechselstromgeiierators
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines
Mehrphasen-Wechselstromgenerators.
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Insbesondere für Stromerzeugung für Luftfahrzeuge, im allgemeinen
Mehrphasen-Wechselstromsysteme, besteht der Wunsch nach Spannungsregelungsvorrichtungen
von einfacher, kompakter Bauart, welche keine Teile aufweisen, die einer häufigen
Wartung bedürfen. Zahlreiche an sich zweckentsprechende Möglichkeiten zur Spannungsregelung
für Mehrphasensysteme werden bei Luftfahrzeugen deshalb nicht verwendet, weil es
dort erforderlich ist, den Impuls zu verstärken, den der die Spannung abtastende
Stromkreis gibt, bevor er zur Regelung der Spannung des Systems benutzt wird. Die
Notwendigkeit einer solchen Vorverstärkung ergibt eine Vergrößerung der Abmessungen
und eine verwickelte Bauart der Spannungsregelvorrichtungen und erfordert oft die
Verwendung von Teilen, die einer verhältnismäßig häufigen Wartung bedürfen.
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Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines
Mehrphasen-Wechselstromgenerators bekannt, bei der jeder Generatorausgangsphase
ein Transformator zugeordnet ist. Dabei sind die Primärwicklungen jeweils zwischen
die entsprechende Ausgangsleitung und den Null-Leiter ein-und die Sekundärwicklungen
an Gleichrichteranordnungen angeschaltet. Als Steuergröße zur Beeinflussung der
Generatorerregung dienen momentane Spitzenwerte, z. B. die höchsten Scheitelwerte.
Durch diese Anordnung reagiert das Erregungssteuerungssystem auch auf sehr kurzzeitige
steile Spannungsspitzen einer Phase, die z. B. beim Ein- und Ausschalten von Lastelementen
auftreten und an sich ohnehin sehr rasch abklingen. Eine derartige Steuergröße ist
daher für viele Anwendungsfälle, insbesondere bei Luftfahrzeuge, ungeeignet. Überdies
ist bereits bekannt, die Spannungsspitzen durch Dämpfungsdrosseln zu glätten. Auch
diese Anordnung allein befriedigt noch nicht genügend.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch
einfache schaltungstechnische Maßnahmen zu überwinden.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwischen die Ausgänge der den Transformator-Sekundärwicklungen
nachgeschalteten Gleichrichteranordnungen und ein Bezugspotential je ein elektrischer
Widerstand eingeschaltet und die größte der an den elektrischen Widerständen auftretenden
Spannungen zur Regelung des Generators verwendet ist.
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Mit dieser einfachen Maßnahme läßt sich die Regelung beliebiger Ausgangslastzweige,
in denen neben Sinusspannungen auch Oberwellen und spitze Impulse auftreten, leicht
und gut bewerkstelligen, da nicht mehr der Scheitelwert, sondern der Mittelwert
der Spannung bzw. eine diesem Wert angenäherte Größe als regelungsbeeinflussende
Größe dient. Tritt beispielsweise an einer Phase eine hohe Sinusspannung und an
einer der anderen Phasen ein nur kurzzeitiger Spannungspuls mit einem weitaus höheren
Scheitelwert als der Scheitelwert der Sinusspannung auf, dann wird praktisch noch
kein Regelvorgang ausgelöst. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist daher
den bekannten Regelungsanordnungen ähnlicher Art überlegen.
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Falls zusätzlich eine Glättung der gleichgerichteten Transformatorausgangsspannungen
vorgenommen werden soll, sind an sich bekannte Glättungsdrosseln in die Leitungszweige
eingeschaltet.
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Bei der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung wird also der höchste
Phasenspannungsmittelwert abgegriffen und beispielsweise in einen Impuls umgesetzt,
der -ohne Vorverstärkung einem die Erregung des Generatorsystems steuernden Leistungsverstärker
zugeleitet werden kann.
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Die neue verbesserte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt
einen Impuls für die Verstärkungsvorrichtungen des Spannungsreglers, dessen Leistungspegel
durch Berechnung auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann. Auf diese Weise
werden die Funktionen des Abtastens und der Vorverstärkung von ein und derselben
Vorrichtung übernommen, ohne daß es erforderlich ist, besondere Vorverstärkungsschaltungen
vorzusehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines
vorzugsweisen Ausführungsbeispieles derselben
an Hand der Figur, die ein Schaltbild mit den Merkmalen der Erfindung darstellt.
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Die Erfindung besteht im Prinzip aus einem Mehrphasen-Wechselstromgeneratorsystem
mit einem Mehrphasen-Generator, Vorrichtungen zur Regelung der Spannung dieses Generators,
Schaltungen zur getrennten Abtastung der Spannung jeder Phase des vom Generator
gelieferten Stromes und zur Erzeugung unmittelbarer Gleichstrom-Impulsspannungen,
deren Größe von der Spannung dieser Phasen abhängt, sowie Vorrichtungen zur Auswahl
lediglich der höchsten Gleichstrom-Impulsspannung der einzelnen Phasen, die eine
Impulsspannung zur Steuerung der Spannungsregelvorrichtungen liefert.
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Gemäß der Figur weist der Dreiphasengenerator 10 Phasenwicklungen
11, 12, 13, die bei der dargestellten Ausführungsform in Sternschaltung geschaltet
sind, und eine Erregerwicklung 14 auf. Diese, Erregerwicklung wird durch einen Leistungsverstärker
15 erregt. Die von diesem Leistungsverstärker abgegebene Spannung und demzufolge
die Spannung des Generators 10 wird durch eine Schaltungsanordnung 17 gesteuert,
die über einen elektrischen Widerstand 18
ein Spannungssignal abgibt. Diese
Signalspannung wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die an einem elektrischen
Widerstand 20 liegt, der in der Zuleitung zu dem Leistungsverstärker 15 in Reihe
mit dem elektrischen Widerstand 18 geschaltet ist. Die Bezugsspannung, die am Widerstand
20 liegt, wird durch einen Bezugsspannungskreis 21, der an die Endklemmen
des Generators 10 angeschlossen ist, erzeugt. Der Leistungsverstärker 15 und der
Bezugsspannungskreis 21 ebenso wie das Regelungsverfahren der von dem Leistungsverstärker
abgegebenen Leistung, durch Vergleich einer von der Generatorausgangsspannung abhängigen
Signalspannung mit einer konstanten Bezugsspannung, sind dem Fachmann bekannt. Sie
sind deshalb in der Figur nur schematisch dargestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hängt die von der Schaltungsanordnung
17 über den elektrischen Widerstand 18 abgegebene Spannung von der höchsten Phasenspannung
der Phasen A, B, C des Generators ab. Sie besitzt daher ausreichende Leistungsfähigkeit
auch ohne Vorverstärkung, bevor sie eingangsseitig an den Leistungsverstärker angelegt
wird. Um die höchste Phasenspannung der drei Phasen abzutasten, sind die Primärwicklungen
23, 24, 25 der Spannungswandler 26, 27,28 zwischen die Phasen A, B,
C und den Nulleiter N des Generators geschaltet. Die Spannungswandler 26,
27, 28 haben mittelangezapfte Sekundärwicklungen 30, 31, 32. Die Mittelanzapfungen
sind durch einen gemeinsamen Leiter 33 mit der einen Seite des elektrischen Widerstandes
18 verbunden. Die Spannungswandler weisen Verbindungspunkte 34, 35, 36 auf, an welchen
die entgegengesetzten Enden der zugeordneten Sekundärwicklungen der Spannungswandler
über Gleichrichterelemente 37 angeschlossen sind, die den Strom von dem benachbarten
Ende der Wicklung ableiten.
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Die Gleichrichterelemente 37 bewirken eine Vollweggleichrichtung der
Sekundärwicklungsspannungen. Die gleichgerichteten Spannungen der Sekundärwicklungen
werden über die Verbindungspunkte 34, 35, 36 und den gemeinsamen Leiter 33 den elektrischen
Widerständen 40 zugeleitet. Jeder dieser Widerstände ist mit dem entsprechenden
der Verbindungspunkte 34, 35, 36 über je eine Induktivität 42 verbunden, die einen
Teil eines glättenden und filternden Stromkreises für die gleichgerichteten Spannungen
der zugeordneten Sekundärwicklungen darstellen. Außerdem liegen in diesem Filterkreis
parallel zu den Widerständen elektrische Kondensatoren 43.
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Die Größen der von den drei Widerständen 40 abgegebenen Spannungen
hängen von den Spannungen der Phasen A, B, C ab. Die höchste der von den
Widerständen 40 abgegebenen Spannungen wird durch einen Mehr-Element-Einweggleichrichter
ausgewählt, der lediglich die höchste dieser Spannungen durchläßt. Dieser Einweggleichrichter
enthält Gleichrichterelemente 46, 47, 48, die über die Induktivität 42 zwischen
den Verbindungspunkten 34, 35, 36 und der dem Anschluß an den Leiter 33 entgegengesetzten
Seite des elektrischen Widerstandes 18 liegen. Die Gleichrichterelemente 46, 47,
48 leiten den Strom derart, daß dem Widerstand 18 die Spannungen in gleicher Richtung
zugeleitet werden. Deshalb blokkiert die höchste dieser Spannungen die übertragung
auf die anderen Gleichrichterelemente. Die von dem Widerstand 18 abgegebene Spannung
wird also immer durch die höchste gleichgerichtete Phasenspannung bestimmt. Wenn
zum Beispiel die von einem Widerstand 40 an die Abgangsseite der Sekundärwicklung
30 abgegebene Spannung die höchste der Spannungen ist, die von einem der Widerstände
40 abgegeben wird, so ist die Polarität und Größe der von dem Widerstand 18 abgegebenen
Spannung ausreichend, um die Verbindung zu den Gleichrichterelementen 47, 48 zu
blockieren. Die Spannung, die der Widerstand 18 abgibt, ist deshalb die gleiche
wie der durch den abgangsseitigen Widerstand 40 der Sekundärwicklung 30 bewirkte
Spannungsabfall. ;