DE19515859A1 - Stromversorgungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Stromversorgungssystem bei Flugzeugen. Bei Flugzeugen werden mindestens zwei elektrische Generatoren verwendet, so daß ein sicherer Flugbetrieb auch dann aufrechterhalten werden kann, falls einer der Gene­ ratoren ausfällt. Bei den meisten Flugzeugen sind die Generatoren in der Lage, alle Stromverbraucher kontinuierlich mit Strom zu versorgen, selbst wenn alle Verbrau­ cher ihre maximale Leistungsaufnahme aufweisen. Da die elektrischen Ausrüstungen bei einem Flugzeug selten alle ihren maximalen Stromverbrauch aufweisen, ist die Leistungskapazität des Generators üblicherweise höher als für die meisten Situa­ tionen benötigt. Dies resultiert darin, daß das Gewicht der Generatoren und die elektrische Verkabelung stärker ausgelegt sind, als dies strenggenommen notwen­ dig wäre, womit jedoch das Flugzeuggewicht in unerwünschter Weise erhöht wird. Bislang war es bei den bekannten Stromversorgungssystemen nicht möglich, die Ge­ neratorenleistung zu vermindern, ohne daß die Gefahr eines Kompromisses bezüglich der Sicherheit bestand.

Elektrische Stromversorgungssysteme finden außer bei Flugzeugen auch in ande­ ren Anwendungsfällen Verwendung, die, wenn sichergestellt sein soll, daß ein kon­ tinuierlicher sicherer Betriebszustand aufrechterhalten werden soll, auch wenn alle Verbraucher ihren maximalen Stromverbrauch aufweisen, dies dann zu sehr hohen Kapazitäten und Kosten führt.

Es besteht die Aufgabe, das Stromversorgungssystem so auszubilden, daß ein Betrieb bei Überlast für eine bestimmte Zeitdauer möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Ansprüchen entnehmbar.

Ein Stromversorgungssystem für ein Flugzeug und die Art seines Betriebs werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems; und

Fig. 2 eine Darstellung der Arbeitsweise des Systems.

Das Stromversorgungssystem umfaßt zwei Stromgeneratoren 10 und 20, welche beide für einen kontinuierlichen Betrieb bei 120 kVA ausgelegt sind. Die Generatoren 10 und 20 können beide über einen beschränkten Zeitraum überlastet werden. Zwischen 120 und 135 kVA arbeiten beide Generatoren sicher für fünf Minuten, zwischen 135 und 180 kVA jeweils beide sicher für fünf Sekunden. Die Generatoren sollten nicht für mehr als fünf ms oberhalb von 180 kVA betrieben werden.

Der linksseitige Generator 10 ist mit dem linken Strombus 11 verbunden, während der rechte Generator 20 mit dem rechten Strombus 21 verbunden ist. Beide Busse 11 und 21 sind voneinander elektrisch isoliert, können jedoch über die Querver­ bindungsleitung 3 und einen Verbindungsschalter 4 miteinander verbunden werden, falls einer der Generatoren ausfällt, so daß der andere Generator Strom dem Bus des nicht arbeitenden Generators zuführt.

Verschiedene Arten von elektrischen Geräten oder andere Lasten 110 bis 115 sind mit dem linksseitigen Bus 11 jeweils über ein Relais 120 bis 125 verbunden. In gleicher Weise sind die Lasten 210 bis 215 über Relais 220 bis 225 mit dem rechten Bus 21 verbindbar.

Das System umfaßt eine Steuermonitoreinheit 30 mit einer Ausgangsstufe 32, durch welche die Arbeitsweise der Relais 120 bis 125 und 220 bis 225 gesteuert wird und mit welcher die Relais verbunden sind. Die Monitoreinheit 30 steuert weiterhin die Ar­ beitsweise des Verbindungsschalters 4. Die Einheit 30 umfaßt einen Speicher 31, in welchem Informationen über die von den Generatoren 10 und 20 sicher erzeugte Lei­ stung gespeichert ist und die Zeitdauer, über welche die erzeugte Leistung geliefert werden kann. Beide Generatoren 10 und 20 umfassen jeweils einen Leistungssen­ sor 18 und 28, welcher die von den Generatoren erzeugte Leistung erfassen. Diese Information wird der Steuereinheit 30 über die Leitungen 18′ und 28′ zugeführt.

Der Speicher 31 speichert weiterhin Informationen über die Arbeitsgeschichte der Generatoren 10 und 20, insbesondere die von jedem Generator erzeugte Leistung und die Zeit, während diese Leistung jeweils erzeugt wurde. Diese Information kann kontinuierlich gespeichert werden oder lediglich, wenn die Generatoren im Überlast­ betrieb arbeiten. Der Speicher 31 enthält weiterhin Informationen über den Betrieb der Generatoren und insbesondere Informationen über die thermoelektrischen Lei­ stungsdaten der Generatoren, das heißt wie schnell sie bei einer Überlastung aufge­ heizt werden und wie schnell sie abkühlen, wenn der Leistungsbedarf sich verringert.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Überlastung eines Generators. Der linksseitige Teil der durchgezogenen Linie zeigt ein Anwachsen der von einem der Generatoren 10 oder 20 erzeugten Leistung von ursprünglich weniger als 120 kVA auf eine Ampli­ tude von etwa 123 kVA. Wird der Leistungsgrenzwert von 120 kVA für mehr als fünf Minuten überschritten, dann bewirkt die Steuereinheit 30 ein fort schreiten­ des Abschalten von Lasten, um die Leistungsabgabe unter den Wert von 120 kVA zu reduzieren. Dies wird erreicht durch Öffnen von ausgewählten Relais 120 bis 125 und 220 bis 225, an welche weniger wichtige elektrische Ausrüstungen ange­ schlossen sind, wie beispielsweise die Bordküche, welche somit vom Bus 11 oder 21 abgetrennt wird. Es werden hierbei ausreichend viele elektrische Ausrüstungen ab­ getrennt, um zu sichern, daß die Leistungsaufnahme der übrigen, noch an die Busse angeschlossenen Geräte unter den Sicherheitswert von 120 kVA fällt, wie dies durch die abnehmende ausgezogene Linie dargestellt ist. Die von dem jeweiligen Genera­ tor erzeugte Leistung fällt somit unter den Sicherheitspegel. Die gestrichelte Linie jedoch zeigt das thermische Verhalten des Generators. Es ist ersichtlich, daß die Temperatur der Spulen des Generators wesentlich langsamer auf einen vorgegebe­ nen Sicherheitswert abfallen, als dies bei der vom Generator erzeugten Leistung der Fall ist. Zwischen dem Leistungsabfall und dem Temperaturabfall tritt also eine Verzögerung auf. Würden die Lasten von neuem den Generatoren 10 und 20 zuge­ schaltet unmittelbar nachdem die Gesamtlast unter den Sicherheitswert abgefallen ist, würde dies bedeuten, daß die Temperatur der Spulen des Generators sich noch oberhalb der Sicherheitstemperatur befinden und eine zusätzlich zugeschaltete Last dann bewirken würde, daß in Folge der noch vorhandenen Hitze der Spulen deren Temperatur auf einen Wert anwächst, der über dem sicheren Temperaturgrenzwert liegt, obwohl die erzeugte Leistung unter den Sicherheitswert gefallen ist. Die Steuer­ einheit 30 verwendet die historischen Informationen und die Informationen über das thermoelektrische Verhalten der Generatoren zur Bestimmung, wann eine zusätzli­ che Last ohne Schaden und mit Sicherheit mit dem Generator verbunden werden kann, was durch den Punkt A dargestellt ist. Dieser Punkt A zeigt die Temperatur der Generatorspulen bei einer Konstantlast von 120 kVA an. Ab dem Punkt A können dann weitere Lasten mit dem Bus 11 bzw. 21 verbunden werden.

Der rechte Teil der Fig. 2 stellt die Verhältnisse dar, bei der die erzeugte Leistung über 135 kVA angestiegen ist. Die gestrichelte Linie zeigt den Temperaturabfall der Spulen nach einer Verminderung des Leistungsbedarfs unter 120 kVA an. In diesem Fall kann eine zusätzliche Last sicher dann zugeschaltet werden, wenn der Punkt B erreicht ist.

Vorstehend wird also die Kenntnis über die Betriebsweise der Generatoren 10 und 20 und die Kenntnis der von den Generatoren über eine bestimmte Zeit hinweg erzeugte Last dazu verwendet, um den zeitlichen Temperaturabfall der Generator­ spulen vorherzusagen. Alternativ dazu ist es möglich, daß die Generatoren jeweils einen Spulentemperatursensor 16 und 26 besitzen, der ein Ausgangssignal entspre­ chend der Spulentemperatur erzeugt, wobei eine Lastzuschaltung nur dann erfolgt, falls die gemessene Temperatur unter einem Sicherheitswert abgefallen ist.

Obwohl bei früheren Systemen es ebenfalls möglich war, einem Überlastbetrieb des Generators durch Lastabschaltungen zu begegnen, so war es jedoch nicht bekannt, den Betrieb während der Überlastperiode fortzusetzen, wenn der Generator eine solche Überlast für eine vorgegebene Zeitdauer sicher aushält. Bei den bekannten System resultierte dies in unnötigen Lastabschaltungen. Zusätzlich war es bei den bekannten System nicht bekannt, Lasten wieder zuzuschalten, wenn ausreichend Leistung wieder zur Verfügung stand. Falls beispielsweise ein Generator für eine kurze Zeitdauer abschaltete, resultierte dies z. B. im Abschalten der Bordküche, die jedoch während des gesamten Flugs abgeschaltet blieb, obwohl nach einigen Minuten ausreichend Leistung zur Verfügung stand. Gemäß dem vorliegenden System werden jedoch Verbraucher wieder zugeschaltet, sobald ausreichend Leistung zur Verfügung steht und dies ohne Risiko von Beschädigungen.

Claims (9)

1. Stromversorgungssystem mit mindestens einem Generator und einem Monitor zur Überwachung des Betriebs des Generators, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor (30) die vom Generator (10, 20) erzeugte Leistung und die Zeitdauer der erzeugten Leistung überwacht, der Monitor (30) einen Spei­ cher (31) aufweist, in welchem Informationen über die vom Generator (10, 20) erzeugbaren Leistungen und die Zeitdauer, über die diese Leistungen ohne Schaden erzeugt werden können, gespeichert sind, daß der Monitor (30) die Arbeitsgeschichte des Generators (10, 20) speichert, daß der Monitor (30) La­ sten vom Generator (10, 20) abschaltet, wenn die vom Generator (10, 20) erzeugte Leistung über eine Zeitdauer hinweg einen im Speicher (31) gespei­ cherten Sicherheitswert überschreitet und der Monitor (30) mindestens eine Last wieder zuschaltet, wenn die vom Generator (10, 20) erzeugte Leistung und die Arbeitsgeschichte anzeigen, daß ein sicherer Betriebszustand möglich ist.

2. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor (30) Informationen über das thermo-elektrische Verhalten des Gene­ rators (10, 20) speichert und daß der Monitor (30) mindestens eine Last wieder zuschaltet, wenn diese Informationen anzeigen, daß die Temperatur des Gene­ rators auf einen Sicherheitswert abgenommen hat.

3. Stromversorgungssystem mit mindestens einem Generator und einem Monitor zur Überwachung des Betriebs des Generators, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor (30) die vom Generator (10, 20) erzeugte Leistung und die Zeitdauer der erzeugten Leistung überwacht, ein Temperatursensor (16, 26) die Temperatur des Generators (10, 20) überwacht, daß der Monitor (30) In­ formationen über die vom Generator (10, 20) erzeugbaren Leistungen und die Zeitdauer, über die diese Leistungen ohne Schaden erzeugt werden können, speichert, daß der Monitor (30) Lasten vom Generator (10, 20) abschaltet, wenn die vom Generator (10, 20) erzeugte Leistung für eine Zeitdauer einem im Speicher (31) gespeicherten Sicherheitswert überschreitet und der Monitor (30) mindestens eine Last wieder zuschaltet, wenn die abgetastete Temperatur anzeigt, daß ein sicherer Betriebszustand möglich ist.

4. Stromversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Generatoren (10, 20) vorgesehen sind, jeder Gene­ rator (10, 20) mit einem Versorgungsbus (11, 21) verbunden ist und mindestens eine Last (110 bis 115) mit dem einen Bus (11) und eine andere Last (210 bis 215) mit dem anderen Bus (21) verbunden ist.

5. Stromversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den beiden Bussen (11, 21) eine Querverbindung (3) vorgesehen ist, in die ein Schalter (4) zwischengeschaltet ist und daß der Monitor (30) diesen Schalter (4) schließt, wenn er einen Ausfall von einem der Generatoren (10, 20) erfaßt, so daß die Lasten (110 bis 115 oder 210 bis 215), die mit dem Bus (11 oder 21) verbunden sind, der an den ausgefallenen Generator (10 oder 20) angeschlossen ist, Strom vom anderen Generator (20 oder 10) erhalten.

6. Stromversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Last (110 bis 115, 210 bis 215) mit dem oder den Generatoren (10, 20) über ein Relais (120 bis 125, 220 bis 225) verbindbar sind und das Öffnen und Schließen der Relais vom Monitor (30) gesteuert wird, mit dem diese Relais verbunden sind.

7. Stromversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Monitor (30) die vom Generator (10, 20) erzeugte Leistung gemessen wird, die erzeugte Leistung verglichen wird mit im Spei­ cher (31) gespeicherten Werten von Leistungen, die einem sicheren Betrieb des Generators (10, 20) zugeordnet sind, die Zeit gemessen wird, während der die erzeugte Leistung einen Leistungswert übersteigt, der einem sicheren Betrieb zugeordnet ist, diese Zeit verglichen wird mit einem gespeicherten Zeitwert, der anzeigt, wie lange bei der erzeugten Leistung der sichere Leistungswert überschritten werden kann, der Monitor (30) an den Generator (10, 20) an­ geschlossene Lasten (110 bis 115, 210 bis 215) von diesem abschaltet, wenn die Zeit den gespeicherten Zeitwert übersteigt, der Monitor (30) einen Wert ableitet, der repräsentativ ist für die zeitlich verzögerte Temperaturabnahme des Generators (10, 20) nach Lastabschaltung und der Monitor (30) minde­ stens eine Last wieder zuschaltet, wenn sowohl die erzeugte Leistung als auch der für die Temperatur repräsentative Wert unter Werte abgefallen sind, die einem sicheren Betriebszustand entsprechen.

8. Stromversorgungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert, welcher repräsentativ ist für die zeitlich verzögerte Temperaturabnahme vom Speicher (31) abgeleitet wird, welcher Informationen über das thermo­ elektrische Verhalten des Generators (10, 20) enthält.

9. Stromversorgungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert, welcher repräsentativ ist für die zeitlich verzögerte Temperaturabnahme abgeleitet wird von einem Temperatursensor (16, 26), der die augenblickliche Temperatur des Generators (10, 20) erfaßt.