AT516418B1 - Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers (1) in einem Inselbetrieb mit einem über seinen Erregerstrom (Ie) steuerbaren Synchrongenerator (2) und mit einem Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2) beschrieben, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit vom Energiebedarf des Verbrauchers (1) gesteuert wird. Um einen vorteilhafte Wirkungsgrad bei einfachen Steuerungsbedingungen zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Drehzahl (n) des Synchrongenerators (2) durch eine Steuerung des Erregerstroms (Ie) konstant gehalten wird und dass der Antrieb (3) in Abhängigkeit von der am Verbraucher (1) anliegenden elektrischen Spannung (Uv) angesteuert wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb mit einem über seinen Erregerstrom steuerbaren Synchrongenerator und mit einem Antrieb für den Synchrongenerator, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit vom Energiebedarf des Verbrauchers gesteuert wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb.

[0002] Um in einem Inselbetrieb nicht von der Kapazität einer Batterie abhängig zu sein, ist es bekannt, die Batterie in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand über einen Generator zu laden, dessen Antrieb beim Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts des Ladezustands eingeschaltet wird, sodass sich die Betriebsdauer des angeschlossenen elektrischen Verbrauchers entsprechend verlängert. Als Generatoren kommen wegen ihres hohen Wirkungsgrads häufig permanenterregte Synchrongeneratoren mit dem Nachteil zum Einsatz, dass aufgrund der linearen Abhängigkeit der Leerlaufspannung von der Drehzahl eine Steuerung der abzugebenden, im Wesentlichen dem Generatorstrom proportionalen Leistung in einfacher Weise nur über die Drehzahl möglich ist, was schlechte Wirkungsgrade für den Antrieb bedingt, der ja insbesondere bei einer Ausbildung als Verbrennungskraftmaschine kaum in einem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden kann. Außerdem ist der Antrieb hinsichtlich seiner maximalen Leistung an die maximale Verbraucherleistung anzupassen, damit der Verbraucher den Antrieb nicht ohne Begrenzung der Verbraucherleistung abbremsen kann.

[0003] Zum Laden von Batterien sind auch fremderregte Synchrongeneratoren bekannt, wie sie als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Zur Anpassung der Generatorspannung an die Batteriespannung muss der Erregerstrom entsprechend gesteuert werden, und zwar in einem weiten Drehzahlbereich des Synchrongenerators, was sich wiederum nachteilig auf den Wirkungsgrad auswirkt.

[0004] Bei einem Drehstromantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt, und mit die Antriebsräder antreibenden elektrischen Fahrmotoren ist es bekannt (DE 102 06 960 A1), einen fremderregten Generator einzusetzen, der direkt mit den Fahrmotoren elektrisch verbunden ist, um die Drehzahl der elektrischen Fahrmotoren nicht nur über die Drehzahl des Generators, sondern auch über die von der Erregung abhängige Generatorspannung einzustellen. Dies bedeutet, dass die geforderte Leistung für die Fahrmotoren einer Drehzahlsteuerung des Verbrennungsmotors mit den bereits beschriebenen Nachteilen bedarf.

[0005] Zur Stromversorgung eines Bordnetzes für ein Schienenfahrzeug ist es darüber hinaus bekannt (DE 10 2011 105 430 A1), einen fremderregten Synchrongenerator über ein hydrostatisches Antriebssystem mit konstanter Drehzahl anzutreiben und den Erregerstrom im Sinne einer konstanten Generatorspannung zu regeln, was jedoch bei Spannungseinbrüchen zufolge des Zuschaltens von Verbrauchern zu einem Drehzahlabfall des den Synchrongenerator antreibenden hydraulischen Konstantmotors mit der Folge führt, dass durch eine von einem Nebenabtrieb eines Verbrennungsmotors angetriebene Verstellpumpe der Hydraulikdruck im Antriebssystem erhöht werden muss.

[0006] Um bei einem Lastkraftwagen ein Kühlaggregat auch im Leerlauf des für den Antrieb des Lastkraftwagens vorgesehenen Verbrennungsmotors mit der erforderlichen elektrischen Energie versorgen zu können, ist es schließlich bekannt DE (10 2008 004 269 A1), für die elektrische Energieversorgung eines Wechselspannungsumsetzers mit Gleichspannungszwi-schenkreis einen vom Verbrennungsmotor angetriebenen Synchrongenerator einzusetzen, dessen Erregerstrom zur Steuerung der jeweils benötigten Generatorspannung bzw. der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises eingestellt wird. Falls diese Spannungssteuerung über den Erregerstrom nicht für die Energieversorgung des Kühlaggregats ausreicht, wird die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors erhöht. Die Energieversorgung des Kühlaggregats erfolgt daher bei einem ungünstigen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors.

[0007] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb so betreiben zu können, dass ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt werden kann, und zwar mit einem vergleichsweise geringen Steuer- und Regelungsaufwand.

[0008] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Drehzahl des Synchrongenerators durch eine Steuerung des Erregerstroms konstant gehalten wird und dass der Antrieb in Abhängigkeit von der am Verbraucher anliegenden elektrischen Spannung angesteuert wird.

[0009] Aufgrund dieser Maßnahmen wirkt der Generator als Bremse, wobei das Bremsmoment proportional zum Generatorstrom ist, der sich in Abhängigkeit vom Generatorinnenwiderstand aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen der Generatorleerlaufspannung und der am Verbraucher anliegenden Spannung ergibt. Eine Erhöhung des Erregerstroms bewirkt bei gleichbleibender Drehzahl eine Erhöhung der Generatorleerlaufspannung und damit eine Vergrößerung der für den Generatorstrom maßgebenden Spannungsdifferenz, was zufolge des größeren Generatorstroms zu einem höheren Bremsmoment führt, sodass die Drehzahl über eine entsprechende Steuerung des Erregerstroms des fremderregten Synchrongenerators geregelt werden kann. Mit einer Leistungssteuerung des Antriebs in Abhängigkeit von der Verbraucherleistung, die über die Verbraucherspannung erfasst werden kann, können somit vorteilhafte Betriebsverhältnisse sichergestellt werden.

[0010] Mit der Regelung der Drehzahl des Synchrongenerators auf einen konstanten Wert über den Erregerstrom als Stellgröße werden einfache Voraussetzungen geschaffen, den Antrieb in einem vorteilhaften Arbeitsbereich zu betreiben, was einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des Wirkungsgrads darstellt, insbesondere beim Einsatz von Verbrennungskraftmaschinen. Die Erregerleistung, die vergleichsweise gering ist, verringert zwar den Wirkungsgrad, doch kann im Bereich der Nenndrehzahl, für die die Vorrichtung ausgelegt ist, ein erheblich größerer Wirkungsgrad über einen weiten Drehmoment- und damit Leistungsbereich erreicht werden, sodass ein entsprechend hoher Gesamtwirkungsgrad sichergestellt werden kann. Die konstante Drehzahl bringt außerdem Vorteile hinsichtlich der Schwingungsbekämpfung und des Geräuschverhaltens bzw. der Geräuschwahrnehmung mit sich, weil Geräuschänderungen eher wahrgenommen werden.

[0011] Für den Antrieb ergeben sich besonders einfache Steuerungsmöglichkeiten, wenn eine an den Verbraucher angeschlossene, durch den Synchrongenerator aufladbare Batterie vorgesehen ist, weil in diesem Fall der Antrieb über seine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung lediglich ein- und ausgeschaltet werden kann. Eine Verringerung der Verbraucherspannung unter einen vorgegebenen unteren Grenzwert bedingt ein Einschalten und das Übersteigen eines oberen Grenzwerts ein Ausschalten des Antriebs, wobei die Antriebsleistung zwischen diesen Grenzwerten stufenweise gesteuert werden kann, wenn der Antrieb in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung in wenigstens zwei Leistungsstufen betrieben wird. Mit der Steuerung des Antriebs in Abhängigkeit von der an den Batterieklemmen abgreifbaren Verbraucherspannung ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit von der Art der eingesetzten Batterie und ihrer Alterung, weil mit dieser Verbraucherspannung der innere Batteriewiderstand automatisch berücksichtigt wird.

[0012] Um eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreiben zu können, ist lediglich über die an einen Drehzahlgeber angeschlossene Steuereinrichtung für den Synchrongenerator der Erregerstrom in Abhängigkeit von einer Soll-Istwertdifferenz der Drehzahl des Synchrongenerators im Sinne einer Ausregelung der Soll-Istwertdifferenz zu steuern, wobei die Steuereinrichtung für den Antrieb des Synchrongenerators den Antrieb in Abhängigkeit von der am Verbraucher anliegenden elektrischen Spannung hinsichtlich seiner Leistung regelt. Ist dabei der Verbraucher an eine durch den Synchrongenerator ladbare Batterie angeschlossen, so kann der Antrieb für den Synchrongenerator durch die mit der Verbraucherspannung beaufschlagbare Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung ein- und ausgeschaltet wer den. Eine solche Zweipunktregelung kann durch weitere Schwellwerte zwischen den Ein- und Ausschaltgrenzwerten ergänzt werden, um den Antrieb in unterschiedlichen Leistungsstufen, aber bei konstanter Drehzahl betreiben zu können.

[0013] Der Antrieb für den Synchrongenerator kann als Verbrennungskraftmaschine mit einer an die maximale Generatorleistung angepassten maximalen Leistung ausgebildet sein. Unterschiedliche Leistungsanforderungen an die Energiequelle können somit im Ausmaß der Leistungsfähigkeit des Antriebs erfüllt werden, und zwar unabhängig von der Verbraucherleistung, also auch bei Überlast.

[0014] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0015] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektri schen Verbrauchers in einem Inselbetrieb in einem schematischen Blockschaltbild, [0016] Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, [0017] Fig. 3 Kennlinien für die Leerlaufspannung des fremderregten Synchrongenera tors in Abhängigkeit von der Drehzahl bei unterschiedlichen Erregerströmen, [0018] Fig. 4 den Generatorstrom über der Drehzahl für unterschiedliche Kennlinien der

Leerlaufspannung des Synchrongenerators, [0019] Fig. 5 den zeitlichen Verlauf einer an den Batterieklemmen eines Fahrzeugs mit einem über eine Batterie gespeisten Elektromotor abgegriffenen Spannung für einen vorgegebenen Belastungsverlauf ohne und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung, [0020] Fig. 6 einen zeitlichen Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeugs mit einem von einer Batterie gespeisten Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung, [0021] Fig. 7 den Leistungsbedarf des Elektromotors eines Fahrzeugs für den Ge schwindigkeitsverlauf nach der Fig. 5 und die über den Synchrongenerator zur Verfügung gestellte Leistung, [0022] Fig. 8 den an den Batterieklemmen abgegriffenen zeitlichen Spannungsverlauf in Form der Spannungsdifferenz zwischen der Leerlaufspannung der Batterie und der Verbraucherspannung ohne und mit zugeschaltetem Synchrongenerator, [0023] Fig. 9 ein weiteres Beispiel eines Leistungsbedarfs eines Verbrauchers über der

Zeitachse im Vergleich zum Leistungsangebot einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung ohne Batterieeinsatz, [0024] Fig. 10 den zeitlichen Verlauf der Verbraucherspannung in Form der Differenz spannung zu einer Sollspannung, [0025] Fig. 11 den zeitlichen Verlauf der Stellgröße für die Leistungsregelung der Ver brennungskraftmaschine zur Bereitstellung der benötigten Verbraucherleistung beispielsweise anhand einer Drosselklappenverstellung, [0026] Fig. 12 den Drehzahlverlauf bei einer erfindungsgemäßen Drehzahlregelung des

Synchrongenerators für einen Leistungsbedarf gemäß der Fig. 9 und [0027] Fig. 13 den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms für eine Drehzahlregelung ge mäß der Fig. 12.

[0028] Die Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers 1 im Inselbetrieb weist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 einen fremderregten Synchronge- nerator 2 auf, der von einem Antrieb 3, vorzugsweise einer Verbrennungskraftmaschine, zum Beispiel einem Zweitaktmotor, angetrieben wird. Zur Erregung des Synchrongenerators 2 ist eine Hilfserregermaschine 4 vorgesehen, die die Erregerwicklung 5 über einen Gleichrichter 6 speist. Der Erregerstrom wird über eine Steuereinrichtung 7 gesteuert, die einen PID-Regler 8 umfasst, der mit einer Soll-Istwertdifferenz der Drehzahl beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck sind ein Istwertgeber 9 sowie eine Sollwertvorgabe 10 für die Drehzahl vorgesehen, die somit über den Erregerstrom als Stellgröße auf einen konstanten Wert geregelt werden kann.

[0029] Der Leistungsbedarf des Verbrauchers 1 muss durch die Leistung des bei einer vorteilhaften Auslegedrehzahl betriebenen Antriebs 3 abgedeckt werden, was einer entsprechenden Leistungsregelung des Antriebs 3 über eine Steuereinrichtung 11 bedarf. Diese Steuereinrichtung 11 steuert einen Stelltrieb 12 beispielsweise einer Drosselklappe oder einer Einspritzpumpe für die den Antrieb 3 bildende Verbrennungskraftmaschine. Als Maß für den Leistungsverbrauch kann die jeweilige Verbraucherspannung herangezogen werden, mit der die Steuereinrichtung 11 beaufschlagt wird, um den Stelltrieb 12 in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung des Verbrauchers 1 ansteuern zu können. Es können daher die Vorteile einer konstanten Drehzahl für den Wirkungsgrad, die Geräuschausbildung und -Wahrnehmung sowie das Schwingungsverhalten vorteilhaft genützt werden, und zwar bei einfachen Regelungsbedingungen.

[0030] Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach der Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Verbraucher 1 an eine Batterie 13 angeschlossen ist, die vom Synchrongenerator 2 bei Bedarf geladen wird. Dementsprechend ist zwischen der Batterie 13 und dem Synchrongenerator 2 ein Gleichrichter 14 vorgesehen, über den auch die Erregerwicklung 5 angespeist werden kann. Der über die Steuereinrichtung 7 in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz der Drehzahl angesteuerte Erregerstrom dient wiederum als Stellgröße für die Drehzahlregelung, sodass sich hinsichtlich der Steuerung des Synchrongenerators 2 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 nichts ändert. Der Antrieb 3 braucht allerdings wegen der Batterie 13 nicht die volle Verbraucherleistung abzudecken, was wesentlich einfachere Steuerbedingungen für den Antrieb 3 ermöglicht, weil im einfachsten Fall der Antrieb bei einer vorgegebenen Leistungsstufe lediglich in Abhängigkeit vom Unterschreiten eines unteren und Überschreiten eines oberen Grenzwerts der Batteriespannung ein- und ausgeschaltet zu werden braucht, sodass die Batterie 13 in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand durch den Synchrongenerator 2 geladen wird.

[0031] Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, in der die Generatorleerlaufspannung Ug0 über der Drehzahl n des Synchrongenerators 2 aufgetragen ist, ergibt sich zwischen der Generatorleerlaufspannung Ugo und der Drehzahl n ein linearer Zusammenhang, wobei die Steigung der Kennlinien von der Größe des jeweiligen Erregerstroms le abhängt. Die Kennlinien 15 und 16 zeigen den Verlauf der Generatorleerlaufspannung U g0 für den niedrigsten und den höchsten Erregerstrom le, während die Kennlinie 17 einem mittleren Erregerstrom le entspricht. Je nach der gewählten Kennlinie 15, 16, 17 der Generatorleerlaufspannung Ug0 wird somit die Leerlaufspannung Ub0 der Batterie 13 bei unterschiedlichen Drehzahlen n des Synchrongenerators 2 erreicht, was beim Überschreiten dieser Leerlaufspannung Ub0 einen Generatorstrom lg zur Folge hat, wie dies die Kennlinien 18, 19 und 20 der Fig. 4 zeigen, die sich aus den Kennlinien 15, 16 und 17 für die Generatorleerlaufspannung ableiten. Legt man die Drehzahl n, bei der die Generatorleerlaufspannung Ug0 beim unteren Grenzwert für den Erregerstrom le gemäß der Kennlinie 15 der Leerlaufspannung Ub0 der Batterie 13 entspricht, als Nenndrehzahl nn fest, so kann für unterschiedliche Generatorströme lg und damit für unterschiedliche Belastungszustände die Nenndrehzahl durch eine entsprechende Änderung des Erregerstroms le zwischen den Kennlinien 18 und 19 eingestellt werden. Dies bedeutet, dass mit dem Erregerstrom le als Stellgröße die Drehzahl n des Synchrongenerators 2 auf einen konstanten Wert nn geregelt werden kann. Dies gilt selbstverständlich auch für Synchrongeneratoren 2, deren Erregerstrom nur zum Teil veränderbar ist, weil ein Teil des Erregerstroms durch eine Permanenterregung zur Verfügung gestellt wird.

[0032] In der Fig. 5 ist die an der Batterie 13 während eines zeitlichen Leistungsbedarfs des

Verbrauchers 1 abgreifbare Spannung Uv dargestellt, die zur Steuerung des Antriebs 3 dient. Dieser Antrieb 3 wird bei einer unteren Grenzspannung Uein ein- und bei einer oberen Grenzspannung Uaus wieder ausgeschaltet. Außerdem sind zwei Leistungsstufen für den Antrieb 3 vorgesehen, wobei beim Überschreiten eines oberen Schwellwertes Uu der Verbraucherspannung Uv die Antriebsleistung über die Steuereinrichtung 11 auf eine geringere Leistungsstufe und beim Unterschreiten eines unteren Schwellwerts UL2 wieder auf die höhere Leistungsstufe umgeschaltet wird. Aus der Kennlinie 21 der Fig. 5 ergibt sich, dass aufgrund des Leistungsbedarfs des Verbrauchers 1 die Batterie 13 entladen wird, was sich an der abfallenden Verbraucherspannung Uv erkennen lässt. Würde keine Energieversorgung über den Synchrongenerator 2 erfolgen, so ergäbe sich der strichliert gezeichnete Spannungsverlauf. An diesem Spannungsverlauf ist auffallend, dass sich zwischen den Zeitpunkten L und t2 ein Spannungsanstieg ergibt, was auf eine kurzfristige Energierückführung vom Verbraucher 1 zur Batterie 13, beispielsweise zufolge der Rückgewinnung von Bremsenergie, schließen lässt.

[0033] Da sich die Verbraucherspannung Uv unter den unteren Grenzwert Uein absenkt, wird jedoch der Antrieb 3 über die Steuereinrichtung 11 eingeschaltet, was in diesem Ausführungsbeispiel zu einem Spannungsanstieg und damit zu einem Laden der Batterie 13 führt. Da zufolge dieses Spannungsanstiegs der obere Schwellwert Uu der Verbraucherspannung Uv überschritten wird, wird der Antrieb 3 in der geringeren Leistungsstufe betrieben, was sich in einem flacheren Anstieg des Spannungsverlaufs bemerkbar macht. Da im weiteren Verlauf der untere Schwellwert UL2 unterschritten wird, wird der Antrieb wieder in der höheren Leistungsstufe angesteuert, bis der obere Schwellwert Uu neuerlich überschritten wird, was einen flacheren Anstieg der Spannungskurve 21 mit sich bringt, bevor der Antrieb 3 beim Erreichen des oberen Grenzwerts Uaus abgeschaltet wird. Wird unmittelbar nach dem Einschalten des Antriebs 3 der Verbraucher 1 abgeschaltet, so ergibt sich an den Batterieklemmen ein Spannungsverlauf entsprechend der strichpunktiert dargestellten Kennlinie 22, die ein Laden der Batterie 13 bedingt.

[0034] Die Fig. 6 bis 8 veranschaulichen die Erfindung anhand eines von einem batteriegespeisten Elektromotor angetriebenen Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung. In der Fig. 6 ist ein Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs dargestellt, das zunächst auf eine Geschwindigkeit beschleunigt und dann auf eine Geschwindigkeit v2 abgebremst wird, bevor das Fahrzeug angehalten wird. In der Fig. 7 ist der Leistungsbedarf Pv für diese Fahrt in vollen Linien durch die Kennlinie 23 dargestellt.

[0035] Aus der Fig. 8, die den Spannungsverlauf an den Batterieklemmen anhand der an den Batterieklemmen abgegriffenen Verbraucherspannung Uv im Vergleich zur Leerlaufspannung Ub0 der Batterie 13 zeigt, ergibt sich der an den Batterieklemmen abgreifbare Spannungsverlauf ohne Zuschaltung des Synchrongenerators 2 durch die in vollen Linien dargestellte Kennlinie 24. Die bei den Bremsungen des Fahrzeugs zu den Zeitpunkten L und t2 zurückgewonnene Bremsenergie bedingt einen Anstieg der Verbraucherspannung Uv. Aus den in der Fig. 8 eingezeichneten oberen und unteren Grenzwerten Uein und Uaus sowie den Schwellwerten Uu und UL2 für die Ansteuerung des Antriebs 3 ergibt sich, dass beim Unterschreiten des unteren Grenzwerts Uem der Antrieb 3 für den Synchrongenerator 2 eingeschaltet und bei einer höheren Leistungsstufe betrieben wird, wie dies die strichliert gezeichnete Kennlinie 25 in der Fig. 7 erkennen lässt. Die durch den Synchrongenerator 2 gemäß der Kennlinie 25 abgegebene Leistung Pg bedingt einen Anstieg der Verbraucherspannung Uv entsprechend der strichlierten Kennlinie 26 der Fig. 8. Mit der zum Zeitpunkt L rückgewonnen Bremsenergie übersteigt die Verbraucherspannung Uv den Schwellwert Uu mit der Folge, dass der Antrieb 3 in einer niedrigeren Leistungsstufe betrieben wird. Die vom Synchrongenerator 2 abgegebene Leistung Pg sinkt daher gemäß Fig. 7 auf die Kennlinie 27 ab, was einen Verlauf 28 der Verbraucherspannung Uv bewirkt. Nach dem zum Zeitpunkt t2 eingeleiteten Stillstand des Fahrzeugs bleibt allerdings der Antrieb 3 noch solange eingeschaltet, bis die Spannung Uv den oberen Grenzwert Uaus erreicht.

[0036] In den Fig. 9 bis 13 sind die Bedingungen der Energieversorgung eines Verbrauchers 1 gemäß der Fig. 1 ohne Batterieeinsatz veranschaulicht. Die vom Verbraucher 1 benötigte Leis- tung Pv ist durch die strichlierte Kennlinie 29 dargestellt, während die über den Synchrongenerator 2 abgegebene Leistung Pg in einer vollen Linie 30 eingezeichnet ist. Um diese Leistung Pg zur Verfügung stellen zu können, muss der Antrieb 3, eine Verbrennungskraftmaschine, entsprechend angesteuert werden, was im gewählten Ausführungsbeispiel durch eine Verstellung der Drosselklappe über den Stelltrieb 12 erfolgt. In der Fig. 11 ist der jeweilige Drosselklappenwinkel α aus der Kennlinie 31 zu entnehmen. Im Ausführungsbeispiel übersteigt die Verbraucherlast Pv die vom Synchrongenerator 2 abgebbare Leistung Pg ab dem Zeitpunkt L. Dies bedeutet, dass zur Konstanthaltung der Drehzahl n auf dem Wert nn gemäß der Fig. 12, der Erregerstrom le über die Steuereinrichtung 7 gegenüber der zur Drehzahlanpassung an die geänderte Last erforderlichen Änderung abgesenkt wird, wie dies der Fig. 13 zu entnehmen ist. Die Überlast führt daher zu keinem Einbruch der Drehzahl n. Es wird lediglich die Verbraucherspannung Uv gemäß Fig. 10 abgesenkt.

[0037] Sobald die Generatorleistung Pg gemäß der Fig. 9 die Verbraucherleistung Pv im Zeitpunkt t2 wieder übersteigt, was sich in einer Drehzahlerhöhung bemerkbar macht, wird der Erregerstrom le entsprechend der Fig. 13 angehoben, um die Drehzahl n konstant zu halten. Bei konstanter Drehzahl n tritt somit bei einer Überlast lediglich eine Spannungsabsenkung auf.

Claims (8)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers (1) in einem Inselbetrieb mit einem über seinen Erregerstrom (le) steuerbaren Synchrongenerator (2) und mit einem Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2), wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit vom Energiebedarf des Verbrauchers (1) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des Synchrongenerators (2) durch eine Steuerung des Erregerstroms (le) konstant gehalten wird und dass der Antrieb (3) in Abhängigkeit von der am Verbraucher (1) anliegenden elektrischen Spannung (Uv) angesteuert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorsehen einer an den Verbraucher (1) angeschlossenen, durch den Synchrongenerator (2) aufladbaren Batterie (13) der Antrieb durch seine Steuereinrichtung (11) in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung (Uv) ein- und ausgeschaltet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung (Uv) in wenigstens zwei Leistungsstufen betrieben wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchrongenerator (2) durch eine Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung (Uv) angetrieben wird.
5. 5. Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers (1) in einem Inselbetrieb mit einem fremderregten Synchrongenerator (2), mit einem Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2) und mit einer Steuereinrichtung (7, 11) einerseits für den Synchrongera-tor (2) und anderseits für den Antrieb (3), dadurch gekennzeichnet, dass die an einen Drehzahlgeber (9) angeschlossene Steuereinrichtung (7) für den Synchrongenerator (2) den Erregerstrom (le) in Abhängigkeit von einer Soll-Istwertdifferenz der Drehzahl (n) des Synchrongenerators (2) steuert und die Steuereinrichtung (11) für den Antrieb (3) des Synchrongenerators (2) den Antrieb (3) in Abhängigkeit von der am Verbraucher (1) anliegenden elektrischen Spannung (Uv) ansteuert.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (1) an eine durch den Synchrongenerator (2) ladbare Batterie (13) angeschlossen ist und dass der Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2) durch die mit der Verbraucherspannung (Uv) beaufschlagbaren Steuereinrichtung (11) in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung (Uv) ein-und ausschaltbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2) durch die Steuereinrichtung (11) in wenigstens zwei Leistungsstufen betreibbar ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2) als Verbrennungskraftmaschine mit einer an die maximale Generatorleistung angepassten maximalen Leistung ausgebildet ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen