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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorreglers sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Zur Regelung der Bordnetzspannung in Kraftfahrzeugen können fremderregte Synchronmaschinen verwendet werden. Ein Generatorregler einer entsprechenden Maschine regelt den durch den Läufer der Maschine fließenden Erregerstrom in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung.
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Ist nachfolgend von einem Generator oder einer (elektrischen) Maschine die Rede, handelt es sich um eine derartige fremderregte Synchronmaschine. Diese ist zumindest generatorisch betreibbar, ein motorischer Betrieb kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, beispielsweise bei einem sogenannten Startergenerator. Die Erfindung eignet sich beispielsweise für Generatoren in Klauenpolbauweise, aber auch für elektrische Maschinen in anderer Bauart. Solch ein Generator ist beispielsweise auch aus der
DE 103 59 486 A1 bekannt.
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Der elektrischen Maschine ist typischerweise ein Brückenstromrichter zugeordnet, der im generatorischen Betrieb als Gleichrichter betrieben wird. Ist ein motorischer Betrieb vorgesehen, kann der Brückenstromrichter auch als Wechselrichter betrieben werden. Ist nachfolgend von einem Brückengleichrichter oder verkürzt einem Gleichrichter die Rede, wird daher hierunter ein Brückenstromrichter verstanden, der zumindest als Gleichrichter betrieben werden kann.
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In Personenkraftwagen werden in Entsprechung zu den üblicherweise verbauten drei-, vier- oder fünfphasigen Generatoren üblicherweise Brückengleichrichter in sechs-, acht- oder zehnpulsiger Ausführung verwendet. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für Brückengleichrichter für andere Phasenzahlen. Grundsätzlich können in einem Kraftfahrzeug passive oder aktive Gleichrichter eingesetzt werden. Die Erfindung bezieht sich jedoch überwiegend auf aktive Gleichrichter, also Gleichrichter mit ansteuerbaren Halbleiterstromventilen, beispielsweise Transistoren, insbesondere MOS-Transistoren, in den Halbbrücken. Aktive Gleichrichter sind beispielsweise aus der
DE 10 2015 202 440 A1 bekannt. Sie eignet sich jedoch grundsätzlich auch für passive Gleichrichter.
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Ein Lastsprung im Bordnetz, beispielsweise durch eine Abschaltung von Verbrauchern oder durch einen Lastabwurf (engl. Load Dump), führt zu einem Lastsprung an der elektrischen Maschine. Die zuvor ausgeregelte Last im Bordnetz wird dabei vollständig oder zum Teil abgeworfen, was, aufgrund der im Läufer der elektrischen Maschine gespeicherten magnetischen Energie, zu einer Überspannung am Ausgang des Generators bzw. des Gleichrichters führt.
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Wird die Gleichrichtung aktiv ausgeführt, beispielsweise durch die bereits erwähnten MOS-Transistoren, können in solchen Fällen die Phasenspannungen des Generators durch diese Halbleiterstromventile gegen Generatormasse kurzgeschlossen werden, um die überhöhte Generatorspannung über die noch wirksamen Kapazitäten am Generatorausgang wieder reduzieren zu können. Diese Phasenkurzschlüsse werden möglichst derart geschaltet, dass die Generatorspannung ein definiertes Spannungsband nicht verlässt. Mit anderen Worten wird bei der Überschreitung eines oberen Spannungsschwellwerts ein entsprechender Kurzschluss durch gleichzeitiges Ansteuern der Halbleiterstromventile des entsprechenden Zweigs eingeleitet und bei Unterschreiten eines unteren Spannungsschwellwerts durch Beendigung der gleichzeitigen Ansteuerung und Übergang in die reguläre Gleichrichtung wieder aufgehoben.
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Da die Überspannung des Generators auch zum Schutz der Generatorkomponenten schnellstmöglich reduziert werden muss, muss auch der Generatorregler die Überspannung erkennen und entsprechend mit sperrender Erregerendstufe reagieren. In herkömmlichen Regelungskonzepten wird deshalb die Generatorspannung überwacht. Oberhalb eines Spannungsschwellwerts, der oberhalb des Regelbereichs des Generatorreglers liegt, wird die Erregerendstufe übergeordnet gesperrt gehalten. Die erwähnte Erregerendstufe ist ein ansteuerbares Halbleiterstromventil, das im regulären Betrieb zur Bestromung der Erregerwicklung, typischerweise durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung (PWM) eingesetzt wird. Es können auch mehrere Halbleiterstromventile verwendet werden. Ist nachfolgend davon die Rede, dass dieses Halbleiterstromventil bzw. ein entsprechendes Schaltelement gesperrt gehalten wird, wird hierunter eine schaltungstechnische Maßnahme verstanden, die eingesetzt wird, um eine Bestromung der Erregerwicklung zu verhindern. Erst nach dem Abklingen der Überspannung bzw. ausreichender Entregung kann und soll diese Sperrung aufgehoben werden.
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Ein Spannungsregler für einen von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generator, bei dem die Ansteuerung des Endstufentransistors zur Beeinflussung des Erregerstromes mit Hilfe eines Pulsweitenmodulators erfolgt, ist beispielsweise aus der gattungsgemäßen Druckschrift
DE 198 27 556 A1 bekannt. Der eingesetzte digitale Pulsweitenmodulator ist Bestandteil eines Regelkreises für den Erregerstrom, der als Istwert die Generatorspannung verwendet und das Pulsweitenverhältnis/Tastverhältnis abhängig von der erfassten Generatorspannung regelt, wobei zusätzlich eine Systembedämpfung durchgeführt wird, indem eine ganze Periode des Tastverhältnisses übergeordnet abgeschaltet werden kann. Diese übergeordnet abgeschaltete Periode kann in ihrer Dauer an das Tastverhältnis angepasst werden, wodurch sich eine Spannungsänderung unabhängig vom Tastverhältnis ergibt. Durch Begrenzung der maximalen Änderungsrate des Pulsweitenmodulators lässt sich somit die maximale Stromanstiegsrate begrenzen.
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Abhängig vom Generatorstrom, der Generatorrestlast (also der nach dem Lastabwurf bzw. der Lastabschaltung verbleibenden Last) und der noch wirksamen Kapazitäten am Generatoranschluss, hält sich die Generatorspannung bei repetierenden Phasenkurzschlüssen des Gleichrichters aber gegebenenfalls so lange im Regelbereich des Generatorreglers auf, dass eine einfache Überwachung der Generatorspannung nicht mehr für eine Erkennung einer weiterhin vorhandenen Überspannung ausreicht. Mit anderen Worten wird der erwähnte Spannungsschwellwert, der oberhalb des Regelbereichs des Generatorreglers liegt, nicht erreicht oder verlassen, so dass der Generatorregler keine Überspannung erkennt, obwohl diese weiterhin vorhanden ist.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die erläuterten Nachteile zu beheben und will insbesondere eine Lösung schaffen, die es erlaubt, in einem Generatorregler Überspannungen besser zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorreglers sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, zur Erkennung einer Überspannung, der im Gleichrichter mit Phasenkurzschlüssen entgegengewirkt wird, im Generatorregler zusätzlich die Phasenspannung auszuwerten. Ein wichtiger Vorteil dieses Vorgehens ist der, dass es nun möglich ist, dass im Falle repetierender Phasenkurzschlüsse die zu regelnde Generatorspannung bis zum Abklingen der Überspannung sich regelmäßig im Regelbereich des Generatorreglers befinden kann, ohne dass vom Generatorregler (fälschlicherweise) ein Ende der Überspannung erkannt wird. Dadurch kann die Überspannung während eines entsprechenden Ereignisses vom Generatorregler, unabhängig davon, ob der Gleichrichter als aktiver oder passiver Gleichrichter ausgebildet ist, in einfacher und zuverlässiger Weise detektiert werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, anhand der vorhandenen Eingangssignale des Generatorreglers eine Überspannung derart zu detektieren, dass auch ein Lastabwurf bzw. eine Lastabschaltung, welche bei aktiver Gleichrichtung gegebenenfalls Phasenkurzschlüsse zur Folge hat, so lange als Überspannung klassifiziert werden kann, bis die Erregung im Generator ausreichend weit genug abgeklungen ist. Die Erfindung ermöglicht es, auch dann, wenn sich die Generatorspannung bei repetierenden Phasenkurzschlüssen des Gleichrichters im Regelbereich des Generatorreglers bewegt und ein entsprechender Spannungsschwellwert gemäß dem Stand der Technik nicht mehr erreicht würde, eine weiterhin vorhandene Überspannung zu erkennen.
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Unter dem Begriff der Generatorspannung wird hier die zwischen den Gleichspannungsanschlüssen des Gleichrichters anliegende Spannung verstanden. Einer der Gleichspannungsanschlüsse kann dabei auf Masse liegen. Eine Phasenspannung bezeichnet hingegen die zwischen einem Wechselspannungsanschluss und einem Bezugspotential anliegende Spannung, also eine der Spannungen zu deren Gleichrichtung der Gleichrichter vorgesehen ist.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorreglers einer in einem Kraftfahrzeug mit einem Brückengleichrichter verbundenen, generatorisch betriebenen, fremderregten Synchronmaschine, der zum Freigeben und Sperren eines für eine Bestromung einer Erregerwicklung eines Rotors der Synchronmaschine verwendeten Schaltelements eingerichtet ist, vor. Wie eingangs erläutert, nimmt ein Generatorregler eine entsprechende Sperrung in einer übergeordneten Regelung vor, wenn eine Überspannung erkannt wird, zusätzlich zur Bekämpfung der Überspannung durch die repetitiven Kurzschlüsse im Gleichrichter. Das Schaltelement wurde oben ausführlich erläutert.
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Wie insoweit üblich, weist der Brückengleichrichter eine Anzahl an Wechselspannungsanschlüssen und zwei Gleichspannungsanschlüsse auf. Der Generatorregler wertet eine Spannung zwischen den Gleichspannungsanschlüssen, hier auch als Generatorspannung bezeichnet, aus. Diese kann einer Tiefpassfilterung unterzogen werden, wodurch ein eine entsprechende tiefpassgefilterte Spannung kennzeichnender erster Spannungswert erhalten wird. Ferner wird ein eine Spannung zwischen einem der Wechselspannungsanschlüsse und einem Bezugspotential kennzeichnender zweiter Spannungswert durch den Generatorregler erfasst, wie dies herkömmlicherweise beispielsweise zur Ermittlung einer Generatordrehzahl in einem Generatorregler erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Generatorregler mehrfach, beispielsweise fortwährend oder in einer bestimmten Zeittaktung, überprüft, ob der erste Spannungswert geringer als ein erster Spannungsschwellwert ist, der erste Spannungswert über die Zeit abfällt, und ob der zweite Spannungswert höher als ein zweiter Spannungsschwellwert ist. Ist diese Überprüfung nicht in sämtlichen Fällen positiv, wird das zum Freigeben und Sperren des für die Bestromung der Erregerwicklung des Rotors der Synchronmaschine verwendete Schaltelement gesperrt gehalten, wenn dieses zuvor gesperrt wurde. Das Schaltelement wird hingegen freigegeben, die Sperrung also wieder aufgehoben, wenn die Überprüfung in sämtlichen Fällen positiv ist. Nach der Aufhebung der Sperrung erfolgt wieder eine reguläre Bestromung der Erregerwicklung.
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Wie auch unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 erläutert, erfolgt die Überprüfung, ob der erste Spannungswert geringer als ein erster Spannungsschwellwert ist, auch in nicht erfindungsgemäßen Verfahren. Hierdurch kann jedoch ggf. kein Ende einer Überspannungsphase detektiert werden. Der Abfall des ersten Spannungswerts über die Zeit bedeutet beispielsweise, dass der erste Spannungswert zu einem momentanen Überprüfungszeitpunkt geringer als zu einem vorangegangenen Überprüfungszeitpunkt ist. Trendauswerteverfahren, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls eingesetzt werden können, sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Signalverarbeitung bekannt.
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Zu Beginn einer entsprechenden Überspannungsphase sperrt der Generatorregler vorzugsweise das zum Freigeben und Sperren des für die Bestromung der Erregerwicklung des Rotors der Synchronmaschine verwendete Schaltelement, sobald der erste Spannungswert den ersten Spannungsschwellwert überschreitet, wenn dieses nicht bereits gesperrt ist. Eine Einleitung des Sperrzeitraums erfolgt daher grundsätzlich wie im Stand der Technik. Wie bekannt, kann als erster Spannungsschwellwert eine Spannung verwendet werden, die oberhalb eines Regelbereichs des Generatorreglers in einem Normalbetrieb liegt.
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Der zweite Spannungsschwellwert liegt vorteilhafterweise bei einem Spannungswert, der oberhalb einer Spannung liegt, die der zweite Spannungswert aufweist, wenn die Wechselspannungsanschlüsse kurzgeschlossen sind. Weil ein entsprechender Kurzschluss vom Gleichrichter nur dann ausgeführt wird, wenn eine Überspannung vorliegt, kann der Generatorregler durch einen entsprechenden Vergleich eine derartige Überspannung erkennen, indem er indirekt erkennt, dass der Gleichrichter bzw. dessen Steuerung eine entsprechende Maßnahme zur Überspannungsbekämpfung eingeleitet hat.
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In einem entsprechenden Verfahren wird vorteilhafterweise ein eine Spannung zwischen den Gleichspannungsanschlüssen kennzeichnender dritter Spannungswert, also beispielsweise ein ungefilterter oder jedenfalls nicht in der Weise wie der erste Spannungswert gefilterter Spannungswert, ermittelt, wobei die Wechselspannungsanschlüsse kurzgeschlossen werden, sobald dieser dritte Spannungswert einen oberhalb des ersten Spannungsschwellwerts liegenden dritten Spannungsschwellwert überschreitet, und wobei der Kurzschluss beibehalten wird, bis dieser dritte Spannungswert danach einen unterhalb des ersten Spannungsschwellwerts liegenden vierten Spannungsschwellwert unterschreitet.
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Details zu einem entsprechenden Vorgehen wurden zuvor erläutert. Der dritte Spannungsschwellwert liegt dabei bei einer Spannung oberhalb eines regulären Spannungsbereichs eines Bordnetzes, das die Synchronmaschine und der Brückengleichrichter in dem Kraftfahrzeug versorgt. Der dritte und vierte Spannungsschwellwert definieren das zuvor erwähnte Spannungsband.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Generatorregler, ist, insbesondere programmtechnisch und/oder durch einen entsprechenden integrierten Schaltkreis, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Energieversorgungseinheit eines Kraftfahrzeugs, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betrieben werden kann.
- 2 veranschaulicht in einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Strom- und Spannungswerte und entsprechende Spannungsschwellwerte.
- 3 veranschaulicht in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden verwendete Strom- und Spannungswerte und entsprechende Spannungsschwellwerte.
- 4 veranschaulicht in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden verwendete Strom- und Spannungswerte und entsprechende Spannungsschwellwerte.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Energieversorgungseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine 10 und einem an die elektrische Maschine 10 angeschlossenen aktiven Gleichrichter 20 schematisch veranschaulicht.
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Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Generatorregler 11, der eine nicht gesondert bezeichnete Erregerwicklung eines Rotors 12 der elektrischen Maschine 10 bestromt. Ein Stator 13 der elektrischen Maschine ist im dargestellten Beispiel fünfphasig ausgebildet und mit in Drudenfußschaltung verbundenen, nicht gesondert bezeichneten Statorwicklungen versehen.
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Die elektrische Maschine 10 weist fünf Phasenanschlüsse U bis Y auf, die in dem Gleichrichter 20 jeweils über ein erstes Halbleiterstromventil 21 an den ersten Gleichspannungsanschluss B+ und über ein zweites Halbleiterstromventil 22 an den zweiten Gleichspannungsanschluss B- angebunden sind. Die Halbleiterstromventile 21 und 22 sind in 1 jeweils als Schalter mit parallel angeordneter Diode veranschaulicht. Die Halbleiterstromventile 21 bilden einen ersten (Highside-)Zweig, die Halbleiterstromventile 22 einen zweiten (Lowside-)Zweig des Gleichrichters 10. Die Halbleiterstromventile 21 und 22 bilden jeweils eine Halbbrücke. Beispielsweise können als Halbleiterstromventile 21 und 22 MOS-Transistoren zum Einsatz kommen. In diesem Fall symbolisieren die in 1 veranschaulichten Dioden jeweils die Body-Dioden entsprechender MOS-Transistoren. Wie erläutert, kann die vorliegende Erfindung aber grundsätzlich auch mit passiven Gleichrichtern verwendet werden. In diesem Fall sind lediglich Dioden, insbesondere Zener-Dioden, vorhanden.
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Die Halbleiterstromventile 21 und 22 einer Halbbrücke sind jeweils durch eine dezentrale Steuereinrichtung 23, wie hier mit gestrichelten Ansteuerpfeilen veranschaulicht, ansteuerbar. Auch eine zentrale Ansteuerung der Halbleiterstromventile 21 und 22 aller Halbbrücken kann vorgesehen sein.
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Sind ansteuerbare Halbleiterstromventile 22 vorhanden, können durch ein gleichzeitiges Ansteuern der Halbleiterstromventile 22 die fünf Phasenanschlüsse U bis Y miteinander gegen den zweiten Gleichspannungsanschluss B- bzw., falls dieser auf Masse liegt, Masse, kurzgeschlossen werden. Dies wird immer dann durchgeführt, wenn, beispielsweise durch die dezentralen Steuereinrichtungen 23 bzw. eine entsprechende zentrale Steuereinrichtung, erkannt wird, dass zwischen den zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss B+ und dem zweiten Gleichspannungsanschluss B- des Gleichrichters 20 eine übermäßig hohe Spannung, d.h. insbesondere eine Spannung oberhalb eines oberen Schwellwerts (zuvor als dritter Schwellwert bezeichnet), anliegt. Die gleichzeitige Ansteuerung, und damit ein entsprechender Kurzschluss, wird typischerweise dann aufgehoben, wenn die Spannung einen unteren Schwellwert (zuvor als vierter Schwellwert bezeichnet) unterschreitet. Auf diese Weise pendelt die Spannung zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert, bis beispielsweise die Erregerwicklung des Rotors 12 ausreichend entregt bzw. die Überspannung durch den Generatorregler 11 ausgeregelt wurde.
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Der Generatorregler 11 wertet, wie insoweit bekannt, eine Spannung, hier auch als Generatorspannung bezeichnet, zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss B+ und einem zweiten Gleichspannungsanschluss B- des Gleichrichters 20 aus. Hierzu sind Leitungen 14 und 15 vorgesehen. Der zweite Gleichspannungsanschluss B- kann auch auf Masse oder einem Bezugspotential liegen. Daher kann die Leitung 15 auch an Masse bzw. dasselbe Bezugspotential angeschlossen sein. Auf Grundlage der Auswertung regelt der Generatorregler 11 im Normalbetrieb die Ausgangsleistung der elektrischen Maschine 10.
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Der Generatorregler ist ferner über eine Leitung 16 mit einer der Phasen, hier Phase Y, verbunden. Herkömmlicherweise kann der Generatorregler 11 auf Grundlage einer über die Leitung 16 erfassten Phasenspannung eine Drehzahl des Generators 10 bzw. dessen Rotors 12 ermitteln. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stellt der Generatorregler, wie erläutert, durch die Auswertung der Phasenspannung zusätzlich zur Auswertung der Generatorspannung, also der zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss B+ und dem zweiten Gleichspannungsanschluss B- des Gleichrichters 20 anliegenden Spannung eine Überspannung fest, selbst wenn die Generatorspannung in einem Regelbereich des Generatorreglers 11 liegen sollte.
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In 2 ist ein herkömmliches Verfahren, das bei einem Auftreten einer Überspannung, beispielsweise infolge eines Lastabwurfs bzw. einer Lastabschaltung eingesetzt wird, anhand eines Diagramms 200 veranschaulicht. Das Diagramm 200 umfasst fünf Teildiagramme 210, 220, 230, 240 und 250, in denen jeweils Ströme bzw. Spannungen auf der Ordinate gegenüber einer gemeinsamen Zeitachse auf der Abszisse aufgetragen sind. Die Darstellung in 2 und den nachfolgenden Figuren betrifft einen dreiphasigen Generator, die Erläuterungen gelten jedoch in derselben Weise beispielsweise für einen fünfphasigen Generator 10, wie er in 1 gezeigt ist.
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Bei einer Überspannung, beispielsweise infolge eines Lastabwurfs bzw. einer Lastabschaltung, wird die Generatorspannung, also die zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss B+ und dem zweiten Gleichspannungsanschluss B-des Gleichrichters 20 anliegende Spannung, wie erläutert ggf. durch repetierende Phasenkurzschlüsse des aktiven Gleichrichters 20 mittels der Halbleiterstromventile 22 zwischen einem oberen und einem unteren Schwellwert geregelt. Dies ist in Teildiagramm 210 veranschaulicht, wo der Verlauf einer entsprechenden Generatorspannung mit 211 bezeichnet ist. Der obere Schwellwert (zuvor als dritter Schwellwert bezeichnet) ist mit VH, der untere Schwellwert (zuvor als vierter Schwellwert bezeichnet) mit VL bezeichnet.
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Bis zu einem Zeitpunkt T1 liegt ein Normalbetrieb mit regulärer Gleichrichtung vor. Zu dem Zeitpunkt T1 erfolgt eine Lastabschaltung bzw. tritt ein Lastabwurf ein, aufgrund dessen die Generatorspannung 211 bis zu dem oberen Spannungsschwellwert VH ansteigt. Bei Erreichen bzw. Überschreiten des oberen Spannungsschwellwert VH zu einem Zeitpunkt T2 wird ein Phasenkurzschluss eingeleitet. Aufgrund des Phasenkurzschlusses sinkt die Generatorspannung 211 ab, bis sie zu einem Zeitpunkt T3 den unteren Spannungsschwellwert T3 erreicht bzw. unterschreitet. Zu dem Zeitpunkt T3 wird der Kurzschluss wieder aufgehoben, zu einem Zeitpunkt T4 erneut eingeleitet, zu einem Zeitpunkt T5 wieder aufgehoben usw., bis die Überspannung abgebaut ist und der obere Spannungsschwellwert VH durch die Generatorspannung 211 nicht mehr erreicht wird.
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Mit 212 ist der Verlauf der tiefpassgefilterten Generatorspannung 211 bezeichnet, wie sie bei herkömmlichen Konzepten zur Überspannungsbehandlung im Generatorregler anhand eines einfachen Vergleichs mit einem definierten Spannungsschwellwert, hier mit VG bezeichnet (zuvor als erster Spannungsschwellwert bezeichnet), ausgewertet wird. Zur Erkennung des Beginns der Überspannungsphase, hier zu einem Zeitpunkt T6, ist deshalb diese Variante auch in Verbindung mit Phasenkurzschlüssen ausreichend; nicht aber zur Erkennung des Endes der Überspannungsphase. Da auch die gefilterte Generatorspannung 212 maßgeblich abhängig ist von dem unteren Spannungsschwellwert VL des aktiven Gleichrichters und die Generatorspannung 211 bzw. deren tiefpassgefilterter Wert 212 während des Lastabwurfs bzw. der Lastabschaltung in den Regelbereich des Generatorreglers abtauchen kann, hier zu einem Zeitpunkt T7, und deshalb die Spannungsschwellwert VG schon weit unterschritten hat, obwohl die Überspannung noch nicht abgebaut ist, scheitern diese herkömmlichen Konzepte der Überspannungserkennung an der Behandlung dieser Art von Lastabwurf bzw. Lastabschaltung.
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Mit 221 ist in dem Teildiagramm 220 der Generatorstromverlauf bezeichnet. Der Generator wird ab dem Lastabwurfsereignis abgeschaltet. Mit 231, 241 und 251 der Teildiagramme 230, 240 und 250 sind die Verläufe der Phasenspannungen bezeichnet. Diese verringern sich während der Kurzschlussphasen zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 sowie T4 und T5 auf Null bzw. einen entsprechenden Minimalwert, weil die entsprechenden Phasen kurzgeschlossen sind. Mit 232, 242 und 252 sind die Verläufe der Phasenspannungen bezeichnet, die sich ohne Überspannungen und entsprechende Kurzschlüsse ergeben würden.
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In 3 ist ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das bei einem Auftreten einer Überspannung, beispielsweise infolge eines Lastabwurfs bzw. einer Lastabschaltung eingesetzt werden kann, anhand eines Diagramms 300 veranschaulicht. Das Diagramm 300 umfasst fünf Teildiagramme 310, 320, 330, 340 und 350, in denen jeweils Ströme bzw. Spannungen auf der Ordinate gegenüber einer gemeinsamen Zeitachse auf der Abszisse aufgetragen sind. Dem Diagramm 200 der 2 entsprechende Verläufe, Diagramme, Schwellwerte usw. sind identisch oder mit um 100 inkrementierten Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Die 3 veranschaulicht das Ende einer Überspannung. Zwischen den Zeitpunkten T8 und T9 wird letztmalig ein Phasenkurzschluss durchgeführt. Zum Zeitpunkt T10 erreicht die Generatorspannung den oberen Schwellwert VH nicht mehr, es wird daher kein erneuter Phasenkurzschluss eingeleitet.
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Das hier veranschaulichte Konzept kombiniert zur Erkennung des Endes einer Überspannung Bedingungen aus Phasen- und Generatorspannung. Wie bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert, steht mindestens eine Phasenspannung dem Generatorregler zur Drehzahlmessung zur Verfügung. Eine Überspannung, einschließlich im Falle eines Lastabwurfs oder einer Lastabschaltung mit aktivem Gleichrichter, ist dann beendet bzw. die Erregung soweit reduziert, dass die restliche Generatorlast ohne Überspannung geregelt werden kann, wenn (a) die gefilterte Generatorspannung 312 (bzw. 412, siehe 4) kleiner als der entsprechende Schwellwert VG ist (insoweit entspricht die Erfindung dem Bekannten), zusätzlich (b) die Generatorspannung 312, 412 fallend ist, und (c) außerdem die jeweils betrachtete Phasenspannung, hier beispielsweise die Phasenspannung 251 (bzw. 451, siehe 4) oberhalb eines weiteren, hierfür definierten Schwellwerts, in 3 und 4 mit VP bezeichnet (und zuvor als zweiter Schwellwert bezeichnet), liegt.
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Zwischen den Zeitpunkten T8 und T9 liegt ein Phasenkurzschluss vor, weshalb, obwohl die Bedingungen (a) und (b) ab einem Zeitpunkt T11 erfüllt wären, die Bedingung (c) nicht erfüllt ist. Erst zu einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt T10, wenn die Generatorspannung den Spannungsschwellwert VG unterschreiten wird, wird auch die Bedingung (c) erfüllt werden. Auf diese Weise kann eine Beendigung eines Überspannungsereignisses sicher detektiert werden. Es versteht sich, dass der Spannungsschwellwert VP oberhalb des (ggf. auch von Null abweichenden und von unterschiedlichen Faktoren wie Restströmen abhängenden) Spannungswerts liegen muss, der in Zeiträumen eines Phasenkurzschlusses maximal erreicht werden kann, um eine falschpositive Detektion zu verhindern.
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Während in den 2 und 3 Situationen veranschaulicht sind, in denen eine Restlast an den Gleichrichter angebunden ist, zeigt 4 eine Situation ohne eine entsprechende Restlast bzw. mit sehr kleiner Restlast bzw. geringen puffernden Kapazitäten am ersten Gleichspannungsanschluss des Gleichrichters. Die 2 und 3 veranschaulichen beispielsweise einen Lastabwurf von 75% auf 10% Last, die 4 einen Lastabwuf von 50% auf 0% Last.
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In 4 ist ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das bei einem Auftreten einer Überspannung, beispielsweise infolge eines Lastabwurfs bzw. einer Lastabschaltung auf eine entsprechend geringe Restlast eingesetzt werden kann, anhand eines Diagramms 400 veranschaulicht. Das Diagramm 400 umfasst auch hier fünf Teildiagramme 410, 420, 430, 440 und 450, in denen jeweils Ströme bzw. Spannungen auf der Ordinate gegenüber einer gemeinsamen Zeitachse auf der Abszisse aufgetragen sind. Den Diagrammen 200 und 300 der 2 und 3 entsprechende Verläufe, Diagramme, Schwellwerte usw. sind auch hier identisch oder mit um 100 inkrementierten Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
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Bis zu einem Zeitpunkt T12 liegt ein Normalbetrieb vor. Zu dem Zeitpunkt T12 erfolgt eine Lastabschaltung bzw. tritt ein Lastabwurf ein, aufgrund dessen die Generatorspannung 411 sofort stark ansteigt, bis eine weitere Klammerfunktion greift. Da die Generatorspannung im Fall einer Lastabschaltung auf 0% (z.B. duch Kabelbruch o.ä.) äußerst schnell sehr stark ansteigt, verfügen aktive Gleichrichter z.b. über zusätzliche Klammerelemente (z.B. Zenderdioden) oder die Schaltelemente haben eine solche Klammerfunktion bereits integriert, sodass eine noch höhere Überspannung zumindest bis zur Einleitung der Phasenkurzschlüsse geklammert werden kann. Nach kurzer Zeit wird zu einem Zeitpunkt T13 ein Phasenkurzschluss eingeleitet. Aufgrund des Phasenkurzschlusses sinkt die Generatorspannung 411 ab, bis sie zu einem Zeitpunkt T14 den unteren Spannungsschwellwert VL erreicht bzw. unterschreitet. Dies setzt sich periodisch fort, bis zu dem Zeitpunkt T18 der obere Schwellwert VH nicht mehr erreicht wird. Erst zu einem Zeitpunkt T19 sind sämtliche der vorgenannten Bedingungen (a) bis (c) erfüllt.
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Auch bei Lastabschaltungen im Normalbetrieb mit oder ohne Batterie, welche zu Überspannung führen, ist dieses Konzept zielführend. Die Erfindung ist ebenso bei passiv ausgeführten Gleichrichtern wirksam.
