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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung eines Generators.
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Stand der Technik
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Elektrische Generatoren, insbesondere Kraftfahrzeuggeneratoren, sind bereits bekannt. Sie weisen eine Erregerwicklung und eine Statorwicklung auf. Die Statorwicklung umfasst beispielsweise drei oder mehr Phasenwicklungen, die dreieckförmig oder sternförmig miteinander verschaltet sind. Die beiden Anschlüsse der Erregerwicklung sind mit einem Generatorregler verbunden, der den Stromfluss durch die Erregerwicklung in jeweils gewünschter Weise steuert und regelt. Die Phasenanschlüsse der Statorwicklung sind mit einer Gleichrichteranordnung verbunden, welche zur Gleichrichtung der an den Phasenanschlüssen vorliegenden Wechselspannung vorgesehen ist. Die Gleichrichteranordnung weist in der Regel Dioden oder aktive Halbleiterschaltungen, beispielsweise Feldeffekttransistoren, auf. Der Generatorregler weist meist eine als ASIC realisierte Steuerund Regeleinheit auf, welche Schalter ansteuert, die mit der Erregerwicklung des Generators zusammenwirken.
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Es ist bereits bekannt, zum Zwecke einer Temperaturregelung eines Generators die ASIC-Temperatur des Generatorreglers zu erfassen und im Fall einer zu hohen ASIC-Temperatur die vom Generator abgegebene Leistung zu reduzieren.
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Des Weiteren ist es bereits bekannt, mittels eines oder mehrerer Temperatursensoren von Bauteilen des Generators oder der Generatorumgebung Temperaturwerte abzuleiten und beim Vorliegen von zu hohen Temperaturen die Ausgangsleistung des Generators abzusenken. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung der Erregerwicklung erfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Verfahren zur Temperaturregelung eines Generators, der mit einem Generatorregler und einem Halbleiterelemente aufweisenden Gleichrichter verbunden ist, bei welchem eine oder mehrere Halbleiterspannungen gemessen werden, die gemessenen Halbleiterspannungen vom Generatorregler ausgewertet werden und der Generatorregler die Temperaturregelung des Generators in Abhängigkeit von den gemessenen Halbleiterspannungen vornimmt, hat demgegenüber den Vorteil, dass die Generatorregelung derart erfolgt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung zumindest der Halbleiterelemente, deren Spannungen vom Generatorregler ausgewertet werden, reduziert ist. Dadurch wird die Lebensdauer dieser Halbleiterelemente und damit auch die Lebensdauer des Generators erhöht. Ferner wird erreicht, dass in vielen Fällen die zulässige Umgebungstemperatur erhöht ist.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Zeichnung. Es zeigt
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1 ein Schaltbild einer Generatorvorrichtung zur Erläuterung eines Verfahren zur Temperaturregelung eines Generators,
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2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Diodenflussspannung und dem Diodenstrom für verschiedene Umdrehungszahlen des Generators und
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3 ein Diagramm, in welchem der Verlauf der maximal zulässigen Diodenflussspannung in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl des Generators aufgetragen ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden bei einem Verfahren zur Temperaturregelung eines Generators, der mit einem Generatorregler und einem Halbleiterelemente aufweisenden Gleichrichter verbunden ist, eine oder mehrere Halbleiterspannungen gemessen und vom Generatorregler ausgewertet. Der Generatorregler nimmt die Temperaturregelung des Generators in Abhängigkeit von den gemessenen Halbleiterspannungen vor.
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Die 1 zeigt ein Schaltbild einer Generatorvorrichtung zur Erläuterung eines derartigen Verfahrens. Die dargestellte Generatorvorrichtung weist einen Generator 1, einen mit dem Generator verbundenen Gleichrichter 2 und einen zur Regelung des Generators vorgesehenen Generatorregler 3 auf.
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Zum Generator 1 gehört eine Erregerwicklung 4 und eine Ständerwicklung, welche beim gezeigten Ausführungsbeispiel drei Phasenwicklungen 5, 6 und 7 umfasst. Diese Phasenwicklungen sind dreieckförmig miteinander verschaltet.
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Der mit dem Generator 1 verbundene Gleichrichter 2 weist insgesamt sechs Dioden 8, 9, 10, 11, 12, 13 auf. Die Dioden 11 und 8, 12 und 9 sowie 13 und 10 bilden jeweils eine Reihenschaltung, wobei diese Reihenschaltungen parallel zueinander angeordnet sind. Die Anode der Dioden 11, 12 und 13 sind jeweils mit dem negativen Bezugspotential B– bzw. GND verbunden. Die Kathoden der Dioden 8, 9 und 10 sind jeweils mit dem positiven Bezugspotential B+ verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden 8 und 11 ist mit dem zwischen den Phasenwicklungen 5 und 6 vorgesehenen Phasenanschluss des Generators 1 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden 9 und 12 ist mit dem zwischen den Phasenwicklungen 6 und 7 vorgesehenen Phasenanschluss des Generators 1 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden 10 und 13 ist mit dem zwischen den Phasenwicklungen 5 und 7 vorgesehenen Phasenanschluss des Generators 1 verbunden.
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Das positive Bezugspotential B+ liegt auch an einem Verbraucheranschluss A7 und an einem Versorgungsspannungsanschluss A1 des Generatorreglers 3 an. Das negative Bezugspotential B– liegt auch an einem Verbraucheranschluss A8 und an einem ersten Masseanschluss A4 bzw. GND des Generatorreglers 3 an.
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Die Erregerwicklung 4 des Generators 1 ist mit ihrem oberen Anschluss mit dem DF-Anschluss A2 des Generatorreglers 3 verbunden und mit ihrem unteren Anschluss mit einem zweiten Masseanschluss A3 bzw. GND des Generatorreglers 3 verbunden.
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Der Generatorregler 3 weist eine in Form eines ASICs realisierte Steuer- und Regeleinheit 14, einen ersten Feldeffekttransistor 15, einen zweiten Feldeffekt- transistor 16 und eine Diode 17 auf. Die Steuer- und Regeleinheit 14 hat Anschlüsse a bis f. Der Anschluss a ist mit einem Anschluss A6 des Generatorreglers 3, der Anschluss b an den Versorgungsspannungsanschluss A1 des Generatorreglers 3, der Anschluss c an das Gate des ersten Feldeffekttransistors 15, der Anschluss d an das Gate des zweiten Feldeffekttransistors 16 und der Anschluss e an die Masseanschlüsse A3 und A4 des Generatorreglers 3 angeschlossen. Bei dem Anschluss f der Steuer- und Regeleinheit 14 handelt es sich um einen Messeingang, welcher ebenso wie die ohnehin vorhandenen Anschlüsse b und e zur Messung von Diodenflussspannungen verwendet wird, wie noch unten erläutert wird.
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Über den Anschluss c nimmt die Steuer- und Regeleinheit 14 eine Ansteuerung des ersten Feldeffekttransistors 15 in dem Sinne vor, dass dieser bei Bedarf leitend wird. Dies hat zur Folge, dass ein gewünschter Stromfluss durch die Erregerwicklung 4 erfolgt, um am Ausgang des Generators 1 eine Wechselspannung gewünschter Höhe bereitzustellen, die vom Gleichrichter 2 in eine zur Versorgung der Verbraucher geeignete Gleichspannung umgesetzt wird.
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Über den Anschluss d nimmt die Steuer- und Regeleinheit 14 eine Ansteuerung des zweiten Feldeffekttransistor 16 vor. Die Aufgabe des zweiten Feldeffekttransistors 16 und der mit diesem verbundenen Diode 17 besteht darin, bei einem Abschalten des Feldeffekttransistors 15 Restinduktivitäten der Erregerspule 4 abzubauen, um entstehende Spannungsspitzen zu vermeiden.
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Der Anschluss a der Steuer- und Regeleinheit 14 dient zur Kommunikation (Austausch von Daten) zwischen dem ASIC 14 und einem Bordnetzsteuergerät.
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Bei der in der 1 gezeigten Vorrichtung erfolgt eine Temperaturregelung des Generators 1 dadurch, dass die Flussspannungen einer oder mehrerer der Dioden 8, 9, 10, 11, 12, 13 gemessen werden, die gemessenen Diodenflussspannungen UF in der Steuer- und Regeleinheit 14 des Generatorreglers 3 ausgewertet werden und der Generatorregler in Abhängigkeit von den gemessenen Diodenflussspannungen UF eine Temperaturregelung des Generators durchführt. Dabei wird davon Gebrauch gemacht, dass ein gemessener Wert einer Diodenflussspannung UF jeweils einem bestimmten Temperaturwert fest zugeordnet ist. Die Steuer- und Regeleinheit 14 weist einen Speicher 14a auf, in welchem einer Vielzahl von möglichen Diodenflussspannungen jeweils ein Temperaturwert zugeordnet ist. Der jeweils gemessene Wert der Diodenflussspannung wird demnach zur Adressierung des Speichers 14a verwendet, um aus diesem Speicher 14a einen der gemessenen Diodenflussspannung zugehörigen Temperaturwert auszulesen. Dieser Temperaturwert wird mit einem vorgegebenen Temperaturschwellenwert verglichen. Überschreitet der Temperaturwert den vorgegebenen Temperaturschwellenwert, der einem maximal zulässigen Temperaturwert entspricht, dann steuert die Steuer- und Regeleinheit 14 den ersten Feldeffekttransistor 15 derart an, dass die vom Generator bereitgestellte Leistung reduziert wird. Dadurch tritt eine Abkühlung der Dioden des Gleichrichters 2 und auch eine Abkühlung der Bauteile des Generators 1 ein.
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Alternativ zu dem vorstehend ausgeführten Beispiel kann aus der bzw. den gemessenen Diodenflussspannungen UF durch einen Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert für die Diodenflussspannung, d. h. einem kritischen Wert für die Diodenflussspannung (negativer Temperaturkoeffizient), auch direkt geschlossen werden, ob es einer Reduzierung der vom Generator bereitgestellten Leistung bedarf.
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Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Messung der Flussspannungen der Dioden 13 und 10. Der Messsignalpfad für eine Messung der Flussspannung der Diode 13 verläuft ausgehend vom Anschluss A4 des Generatorreglers 3 über die Diode 13 zum Messanschluss A5 des Generatorreglers. Der Messsignalpfad für eine Messung der Flussspannung der Diode 10 verläuft ausgehend vom Messanschluss A5 des Generatorreglers 3 über die Diode 10 zum Anschluss A1 des Generatorreglers.
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Zusätzlich oder alternativ dazu können auch die Diodenflussspannungen der Dioden 8, 9, 10 und/oder 11 gemessen und ausgewertet werden.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung besteht darin, im Gleichrichter 2 anstelle von Dioden aktive Bauelemente zu verwenden, beispielsweise Feldeffekttransistoren. Bei dieser alternativen Ausführungsform werden die an einem oder mehreren der Feldeffekttransistoren anliegenden Halbleiterspannungen gemessen und im Generatorregler ausgewertet, wobei der Generatorregler die Temperaturregelung des Generators in Abhängigkeit von den gemessenen Halb- leiterspannungen vornimmt. Insbesondere sorgt der Generatorregler ebenso wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dafür, dass die maximale Temperatur, die an den Halbleiterelementen auftritt, durch eine ggf. notwendige Leistungsreduzierung des Generators begrenzt wird.
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Um bei dem oben zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel unterschiedliche Diodenströme IF zu berücksichtigen, wird in vorteilhafter Weise für jede Umdrehungszahl des Generators ein maximal zulässiger Wert für die Diodenflussspannung vorgegeben. Dies ist in den 2 und 3 veranschaulicht.
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Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem der Zusammenhang zwischen der Diodenflussspannung UF und dem Diodenstrom IF für verschiedene Umdrehungszahlen des Generators dargestellt ist. Dabei entspricht die Kurve K1 einer Umdrehungszahl von 1000 U/min, die Kurve K2 einer Umdrehungszahl von 2000 U/min und die Kurve K3 einer Umdrehungszahl von 3000 U/min.
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Die 3 zeigt ein Diagramm, in welchem der Verlauf der maximal zulässigen Diodenflussspannung UF max in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl des Generators aufgetragen ist.
