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Generator Sonderanlagen
Einleitung
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Um diese Anforderungen zu erfüllen, verfügen viele Fahrzeuge über spezielle Ladeanlagen, die eine effiziente und sichere Stromversorgung gewährleisten.
Diese Ladeanlagen sind für verschiedene Zwecke und Anwendungen konzipiert und spielen eine wichtige Rolle bei der Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs.
Bei früheren Anlagen gabe es noch unterschiedlicher System die sich heute mehr und mehr vereinheitlichen.
Diese Ladeanlagen sind für verschiedene Zwecke und Anwendungen konzipiert und spielen eine wichtige Rolle bei der Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs.
Bei früheren Anlagen gabe es noch unterschiedlicher System die sich heute mehr und mehr vereinheitlichen.
Bild: Ladekontroll-Leuchte
Allgemein
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Die Ladekontrolle spielt eine entscheidende Rolle für die Stromversorgung und Leistungsfähigkeit der Fahrzeuge.
Hauptsächlich werden Generatoren zur Stromerzeugung verwendet, die durch den Motor angetrieben sind. Die Ladekontrolleüberwacht die Funktion der Anlage.
Die Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten, darunter ein Regler, der die Ausgangsspannung reguliert und die Ladekontrollleuchte, die den Fahrer über den Ladezustand des Systems informiert.
Mit dem Aufkommen moderner Ladesysteme und elektronischer Steuerungen hat sich die Art und Weise, wie Fahrzeuge geladen werden, weiterentwickelt, aber die Grundprinzipien blieben immer noch identisch.
Hauptsächlich werden Generatoren zur Stromerzeugung verwendet, die durch den Motor angetrieben sind. Die Ladekontrolleüberwacht die Funktion der Anlage.
Die Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten, darunter ein Regler, der die Ausgangsspannung reguliert und die Ladekontrollleuchte, die den Fahrer über den Ladezustand des Systems informiert.
Mit dem Aufkommen moderner Ladesysteme und elektronischer Steuerungen hat sich die Art und Weise, wie Fahrzeuge geladen werden, weiterentwickelt, aber die Grundprinzipien blieben immer noch identisch.
Bild: Eingebauter Kompakt-Alternator.
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Kontrolllampen-Relais
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Ohne Erregerdioden wird für die Kontrolllampe ein Kontrolllampen-Relais eingesetzt.
Bei stehendem Motor und eingeschalteter Zündung, leuchtet die Kontrolllampe über den Kontakt, Eisenkern und Masse.
Sobald die Anlage ladet, steigt die Spannung an der Phase (AL) und erhitzt über den Widerstand (R) den Hitzedraht via Eisenkern und an die Masse. Der Kontakt öffnet und die Kontrolllampe löscht.
Bei stehendem Motor und eingeschalteter Zündung, leuchtet die Kontrolllampe über den Kontakt, Eisenkern und Masse.
Sobald die Anlage ladet, steigt die Spannung an der Phase (AL) und erhitzt über den Widerstand (R) den Hitzedraht via Eisenkern und an die Masse. Der Kontakt öffnet und die Kontrolllampe löscht.
Bild: Anlage mit Kontrolllampen-Relais
Anlage mit Feldrelais
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Vorwiegend japanische Modelle hatten ein sogenanntes Feld-Relais oder Kontrolllampen-Relais eingebaut.
Der Alternator besitzt nur 6 Leistungsdioden.
Zur Überwachung der Ladeanlage wird die Kontrolllampe über ein Relais gesteuert. Sobald die Stator-Phase (R) eine Spannung hat, erlischt die Kontrolllampe, weil beidseitig ein gleiches Potential vorliegt.
Der Alternator besitzt nur 6 Leistungsdioden.
Zur Überwachung der Ladeanlage wird die Kontrolllampe über ein Relais gesteuert. Sobald die Stator-Phase (R) eine Spannung hat, erlischt die Kontrolllampe, weil beidseitig ein gleiches Potential vorliegt.
Bild: Schema
Ladeanlage mit einem Feldrelais, ND
Vorerregerkreis
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Sobald der Zündschalter eingeschaltet ist, fliesst ein Strom über die Kontrolllampe zum Regler-Anschluss (4).
Im Feldrelais über den doppelten Regelkontakt zum Ausgang (F) auf das Erregerfeld zum Generator an die Masse.
Im Feldrelais über den doppelten Regelkontakt zum Ausgang (F) auf das Erregerfeld zum Generator an die Masse.
Bild: Schema Vorerregerkreis mit Feldrelais, ND
Erregerkreis
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Ab Ladebeginn entsteht am Regler-Anschluss 2(R) eine Spannung und das Kontrolllampen-Relais zieht an.
Der Erregerstrom kommt neu direkt von der Batterie (3). Im ersten Moment steht der Regelkontakt noch in der Stellung "vollerregt". Sobald die Ladespannung die Regelspannung überschreitet, fliesst ein abgeschwächter Feldstrom über den R1, zum Erregerfeld an Masse.
Bei weiterem Anstieg der Spannung, wird das Erregerfeld über den doppelten Regelkontakt an Masse gelegt "nullerregt".
Der Widerstand R2 wirkt temperaturabhängig und passt die magnetische Kraft der Spannungsspule an.
Der Erregerstrom kommt neu direkt von der Batterie (3). Im ersten Moment steht der Regelkontakt noch in der Stellung "vollerregt". Sobald die Ladespannung die Regelspannung überschreitet, fliesst ein abgeschwächter Feldstrom über den R1, zum Erregerfeld an Masse.
Bei weiterem Anstieg der Spannung, wird das Erregerfeld über den doppelten Regelkontakt an Masse gelegt "nullerregt".
Der Widerstand R2 wirkt temperaturabhängig und passt die magnetische Kraft der Spannungsspule an.
Bild: Schema Erregerkreis im Betrieb mit Feldrelais, ND
SEV Marchal
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Das Erregerfeld ist seitlich über den Stator aufgehängt und dreht sich nicht. Die Erregerwicklung wird über den Stator angeschlossen.
Aus Platzgründen dürfen sich die Spitzen der Klauenpole sich nicht überschneiden, was ein reduziertes übertragbaren Magnetfeld zu Folge hat.
Beim Zerlegen sind die beiden Klauenpolradhälfte zuerst zu trennen.
Eigenschaften:
Aus Platzgründen dürfen sich die Spitzen der Klauenpole sich nicht überschneiden, was ein reduziertes übertragbaren Magnetfeld zu Folge hat.
Beim Zerlegen sind die beiden Klauenpolradhälfte zuerst zu trennen.
Eigenschaften:
- + höhere Drehzahlen möglich
- + keine Schleifringe
- + wartungsfrei
- + weniger Teile
- - begrenzte Ladeleistung
- - kleiner Magnetfluss der Erregerwicklung
Bild: Schleifringloser SEV Marchal Alternator Typ "Fred" 30A
Legende: 1 Feldanschluss | 2 Klauenpol | 3 Batterie Plus-Anschluss | 4 Gleichrichter | 5 Statorwicklung | 6 Trägerwinkel der Erregerwicklung
Legende: 1 Feldanschluss | 2 Klauenpol | 3 Batterie Plus-Anschluss | 4 Gleichrichter | 5 Statorwicklung | 6 Trägerwinkel der Erregerwicklung
Alternator mit Leitstückläufer
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Das wesentliche Konstruktionsmerkmal ist, dass neben dem Gehäuse mit dem Stator, den Kühlblechen mit den Leistungsdioden und dem angebauten Transistorregler auch der Innenpol mit der Erregerwicklung zum feststehenden Teil der Maschine gehört.
Es erübrigt die Kohlebürsten und Schleifringe, um den Erregerstrom auf den rotierenden Läufer zu übertragen.
Es erübrigt die Kohlebürsten und Schleifringe, um den Erregerstrom auf den rotierenden Läufer zu übertragen.
Bild: Generator mit Leitstückläufer Typ N3 (Topfbauart) im Schnitt.
1 Riemenscheibe | 2 Lüfter | 3 Antriebslagerschild mit feststehendem Innenpol | 4 Ständerpaket | 5 feststehende Erregerwicklung | 6 Leitstückläufer | 7 Hinteres Lagerschild | 8 Anbautransistorregler Typ EE | 9 Leistungsdiode | 10 Schwenkarme | 11 Leitstück
1 Riemenscheibe | 2 Lüfter | 3 Antriebslagerschild mit feststehendem Innenpol | 4 Ständerpaket | 5 feststehende Erregerwicklung | 6 Leitstückläufer | 7 Hinteres Lagerschild | 8 Anbautransistorregler Typ EE | 9 Leistungsdiode | 10 Schwenkarme | 11 Leitstück
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Lediglich der Läufer mit Polrad dreht.
Ein 6-Polfinger gleicher Polarität bilden als Nord- bzw. Südpole je eine Polfingerkrone. Die beiden Kronen werden durch einen unmagnetischen Ring zusammengehalten.
Damit entsteht ein 12-poliges Klauenpolrad ohne umlaufende Erregerwicklung und ohne Schleifringe.
Eigenschaften:
Ein 6-Polfinger gleicher Polarität bilden als Nord- bzw. Südpole je eine Polfingerkrone. Die beiden Kronen werden durch einen unmagnetischen Ring zusammengehalten.
Damit entsteht ein 12-poliges Klauenpolrad ohne umlaufende Erregerwicklung und ohne Schleifringe.
Eigenschaften:
- + keine Schleifringe
- + wartungsfrei
- + weniger Teile
- - für grosse Ladeleistungen
- - Erregerwicklung mit grossem Luftspalt
Bild: Ansicht und Schnittbild eines Leitstückläufers.
Legende: 1 Läuferwelle mit Polkern | 2 linke Polfingerkrone | 3 unmagnetischer Haltering | 4 rechte Polfingerkrone
Legende: 1 Läuferwelle mit Polkern | 2 linke Polfingerkrone | 3 unmagnetischer Haltering | 4 rechte Polfingerkrone
Motorola Bicourbe
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Alternator mit doppelter Statorwicklung Bicourbe.
Aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften der Wicklungsarten, werden verschiedene Drahtdurchmesser eingesetzt. Dadurch entsteht ein Unterschiedlicher Ladebeginn. Für grosse Lasten wird eine dickere Windung eingesetzt.
Aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften der Wicklungsarten, werden verschiedene Drahtdurchmesser eingesetzt. Dadurch entsteht ein Unterschiedlicher Ladebeginn. Für grosse Lasten wird eine dickere Windung eingesetzt.
links: Schaltschema mit verschiedenen Wicklungen von Hochleistungsalternator von Moterola.
rechts: Bicourbe mit 12 Leistungsdioden und 3 Erregerdioden.
rechts: Bicourbe mit 12 Leistungsdioden und 3 Erregerdioden.
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Man erkennt, wie sich die dick ausgezogenen Kurven aus den zwei anderen Kurven zusammensetzt.
Die Strickpunktierte Linie zeigt die Leistung eines konventionellen Alternators bei gleicher Baustruktur, jedoch mit nur einer Wicklung.
Eigenschaften:
Die Strickpunktierte Linie zeigt die Leistung eines konventionellen Alternators bei gleicher Baustruktur, jedoch mit nur einer Wicklung.
Bild: Leistungsdiagramm zum Motorla Bicourbe Alternator.
Eigenschaften:
- + Stromabgabe bereits ab 1000 1/min.
- + hohe Stromabgabe ab 8000 1/min.
- + Kompakte Bauweise
- - aufwändige Konstruktion
- - teuer in der Herstellung
Einphasen-Generator
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Der Einphasen-Generator ist ein einfacher Generator von Ducellier mit elektromagnetischem Kontaktregler.
Durch einen Stator mit Mittelpunktabgriff konnte ein einfaches Generatormodell mit nur 2 Leistungsdioden hergestellt werden.
Das Modell wurde im Citroen 2CV verbaut.
Im linken Schema fliesst der Erregerstrom über den Zündschalter.
Auf der rechten Seite geht die Vorerregung über die Ladekontrolllampe. Durch die Sperrdiode (D1) konnten die Sicherungen im Ladestromkreis entfernt werden.
Durch einen Stator mit Mittelpunktabgriff konnte ein einfaches Generatormodell mit nur 2 Leistungsdioden hergestellt werden.
Das Modell wurde im Citroen 2CV verbaut.
Im linken Schema fliesst der Erregerstrom über den Zündschalter.
Auf der rechten Seite geht die Vorerregung über die Ladekontrolllampe. Durch die Sperrdiode (D1) konnten die Sicherungen im Ladestromkreis entfernt werden.
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Mit dem Mittelpunktabgriff und zwei Dioden kann eine Phase gleichgerichtet werden. Grundsätzlich ist es aber immer nur die halbe Wicklung im Einsatz. Die andere ist zu diesem Zeitpunkt wirkungslos.
Eigenschaften:
Eigenschaften:
- + einfacher Bauweise
- + Mittelpunktschaltung
- + Nur 2 Dioden notwendig
- - doppelte Windungszahl
- - nur halbe Leistung nutzbar
- - kleine Ladelseitung
- - Überlastungsgefahr
links: R1 Erregerwiderstand | R2 Widerstand zur Temperaturkompensation | R3 Widerstand zur Funkenentstörung | EXC Erregerfeld
rechts: St Statorwicklung (R = 5 Ohm) | E Erregerwicklung (7 Ohm) | D1 Sperrdiode | D2 Gleichrichterdiode | C Elektrolytkondensator | EXC Excitation (Erregung) | AUX Auxiliarie Hilfsklemme
rechts: St Statorwicklung (R = 5 Ohm) | E Erregerwicklung (7 Ohm) | D1 Sperrdiode | D2 Gleichrichterdiode | C Elektrolytkondensator | EXC Excitation (Erregung) | AUX Auxiliarie Hilfsklemme
Permanent-Alternator
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Dieser Alternator hat an Stelle des üblichen Erregerfeldes, einen 14-poligen Permanentmagnetläufer. Die im Stator induzierte Wechselspannung wird durch zwei Thrysistoren im Gegentakt gleichgerichtet.
Solange die Thyristoren vom Regler angesteuert werden, wirken sie als Gleichrichterdioden. Beim Erreichen der Regelspannung setzt die Ansteuerung aus und die erzeugten Wechselspannungsimpulse werden gesperrt.
Solange die Thyristoren vom Regler angesteuert werden, wirken sie als Gleichrichterdioden. Beim Erreichen der Regelspannung setzt die Ansteuerung aus und die erzeugten Wechselspannungsimpulse werden gesperrt.
Bild: Prinzipschaltung eines Permanent-Alternators mit Regler.
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Generatorspannung kleiner als Regelspannung
Die Thyristoren werden angesteuert so bald ein Ladestrom fliessen soll. Gleichzeitig wirken sie wie eine Diode. Es ist ein sogenannte Gegentaktgleichrichtung. Ladestrom fliesst.Generatorspannung grösser als Regelspannung
Keine Ansteuerung der Thyristoren sie sind gesperrt. Es erfolgt keine Gleichrichtung und fliesst kein Ladestrom.Bild: Verlauf des Ladestromes in unterschiedlichen Lastzuständen.
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Damit die Thyristoren zu Beginn einer positiven Halbwelle sicher einen Stromimpuls erhalten (und durchsteuern!) erfolgt die Ansteuerung mit einer Wechselspannung und sehr hoher Frequenz (30 kHz).
Die Impulse werden durch einen Oszillator im Regler erzeugt.
Die Impulse werden durch einen Oszillator im Regler erzeugt.
Bild: Ansteuerungsfrequenz für den Thyristor.
Legende: 1 Ladestromverlauf | 2 Ansteuerungsfrequenz auf Gate
Legende: 1 Ladestromverlauf | 2 Ansteuerungsfrequenz auf Gate
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Oszillator
Die Kondensatoren C1, C2 dämpfen die Gegeninduktion der Spulen L1 bzw. L2.R8, R9 sind Vorschaltwiderstände, um den Steuerstrom des Thyristors zu begrenzen.
Der Regler funktioniert wie die übrigen elektrischen Regler, nur schalten wir hier die Steuerimpulse (Oszillator) ein und aus.
Oszillator: R4, L1, R5, L2, TR2, L3 und L4
Anlage mit Sperrdiode
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Zu Beginn der Halbleitertechnik, entstanden aus Kostengründen unterschiedlich Systeme.
Um Erregerdioden einzusparen und dennoch eine Ladekontrolle zu erhalten, wurden sogenannte Anlagen mit Sperrdioden verwendet.
Die Sperrdiode wurde in Serie zum B+-Anschluss geschaltet. Der gesamte Ladestrom fliesst durch diese Diode, und verursacht ein Spannungsabfall von 0,7 V. Folglich muss der Alternator immer eine um 0,7 V höhere Spannung erzeugen.
Um Erregerdioden einzusparen und dennoch eine Ladekontrolle zu erhalten, wurden sogenannte Anlagen mit Sperrdioden verwendet.
Die Sperrdiode wurde in Serie zum B+-Anschluss geschaltet. Der gesamte Ladestrom fliesst durch diese Diode, und verursacht ein Spannungsabfall von 0,7 V. Folglich muss der Alternator immer eine um 0,7 V höhere Spannung erzeugen.
Bild: Schaltplan Alternator mit Sperrdioden
Zusammenfassung
Beschreibung der Generator Sonderanlagen.
Auf dem Markt gibt es viele unterschiedlich Ladesysteme. In diesem Kapitel werden einige davon beschrieben.
Es werden Anlagen mit Kontrolllampen-Relais oder Feldrelais mit Vorerregerkreis und Erregerkreis beschreiben.
Schleifringloses System von SEV Marchal und Bosch Alternator mit Leitstückläufer erklärt und unterschiedliche Statorschaltungen, sowie Einphasen-Generator oder Permanent-Alternator erklärt.
Quellen
Literatur
- Der Autoelektriker, Grundlagen und Praxis, Kohl+Noltenmeyer, ISBN 3-88173-018-4
- Elektrik im Kfz, Hamann, Lindemann, Kieser, ISBN 978-3-8242-4267-2
- Elektrik und Elektronik Kfz-Berufe, Eins, ISBN 978-3-8237-7991-9
- KFZ-Elektrik - KFZ Elektronik, Eins, ISBN 978-3-8242-4244-3
- Technische Unterrichtung, Generatoren, Bosch, 301/1
- Technische Unterrichtung, Drehstromgeneratoren, Bosch, 1 987 772 006
- Bosch Autoelektrik und Autoelektronik, Konrad Reif, 6.Aufl. Vieweg-Verlag, ISBN 978-3-8348-1274-2
Schlagwörter
Generator - Sonderanlagen - Kontrolllampen-Relais - Anlage mit Feldrelais - Vorerregerkreis - Erregerkreis - SEV Marchal - Alternator - Leitstückläufer - Motorola - Bicourbe - Einphasen - Generator - Permanent - Sperrdiode - Feld-Relais - Erregerfeld - Leistungsdioden - vollerregt - nullerregt - Ladespannung - Erregerstrom - Ladebeginn - Mittelpunktabgriff - Permanentmagnetläufer - Gleichrichterdioden - Thyristoren - Gegentaktgleichrichtung - Oszillator
Aktualisierung 07.12.2023 22:16
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