DE19518428A1 - Stromversorgungsvorrichtung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Stromversorgungsvorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie Verfahren zur Steuerung der Verbindung und Trennung einer Vielzahl von Lasten innerhalb einer Stromversorgungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Derartige Stromversorgungsvorrichtungen kommen vorwiegend, jedoch nicht aussch­ ließlich in der Avionik zum Einsatz.

Bei einer Wechselstromversorgungsvorrichtung für ein Flugzeug können die Gene­ ratoren des Flugzeugs nur eine begrenzte Stromstärke erzeugen. Induktive Lasten wie Ventilatoren und Pumpen ziehen in der Regel hohe Ströme, kurz nachdem sie angeschaltet wurden und bevor sich ein niedrigerer Dauerstromverbrauch einstellt. Wenn mehrere dieser Lasten zur gleichen Zeit angeschaltet werden, können hohe und zerstörende Ströme entstehen, wenn nicht geeignete Maßnahmen getroffen werden, um dies zu verhindern. Eine Möglichkeit der Herabsetzung des Beschädigungsri­ sikos besteht darin, die Generatorkapazität zu erhöhen, was jedoch auch zu einer Erhöhung in der Größe, im Gewicht und in den Kosten des Generators führt. Alter­ nativ hierzu kann die Vorrichtung so ausgelegt werden, daß große und insbesondere große induktive Lasten wie Hydraulikpumpen zeitlich versetzt gestartet werden.

Herkömmliche Vorrichtungen weisen fixierte Zeitverzögerungsrelais auf, welche den hochinduktiven Lasten zugeordnet sind. Jede Verzögerungszeit ist unterschiedlich, wobei die Lasten mit der höchsten Priorität die geringste Verzögerung aufweisen. Wenn bei einer solchen Vorrichtung alle Lasten gleichzeitig einzuschalten wären, würden die wichtigsten Lasten zuerst gestartet und die weniger wichtigen Lasten zu verschiedenen Zeitpunkten danach. Das Problem bei derartigen Anordnungen be­ steht darin, daß beim Einschalten einer Last mit geringer Priorität eine unnötig lange Zeit verstreicht, bevor Strom an diese Last angelegt wird. Die Anordnung schließt auch das Risiko nicht vollständig aus, daß Strom gleichzeitig mehreren großen Lasten zugeführt wird. Beispielsweise könnten drei Hydraulikpumpen A, B und C verschie­ dene Zeitkonstanten zugeordnet sein, wodurch beim gleichzeitigen Einschalten der diesen drei Pumpen zugeordneten Schaltern Strom zunächst der Pumpe A, dann der Pumpe B und schließlich der Pumpe C zugeführt würde. Wenn die entsprechen­ den Schalter allerdings zu verschiedenen Zeitpunkten nacheinander in Reihenfolge C, B, A eingeschaltet würden, würde dies die Verzögerungszeit zwischen den Strom­ zuführungen zu den einzelnen Pumpen verringern und könnte zu einer Überlastung des Generators führen.

Auch wenn die Stromquelle zur gering belastet ist, kann es notwendig sein, die Lasten versetzt zu schalten. Wenn innerhalb des Systems beispielsweise eine Strom­ quelle ausgefallen ist, ist es üblicherweise nötig, das Anschalten von Lasten auf der verbleibenden Stromquelle zeitlich versetzt auszuführen, wenngleich dies bei gleich­ zeitigem Betrieb beider Stromquellen nicht notwendig ist. Bekannte Systeme sind jedoch nicht ausreichend anpaßbar und schalten die Lasten auch dann versetzt, wenn dies nicht notwendig ist.

Es besteht daher die Aufgabe, eine derartige Stromversorgungsvorrichtung so wei­ terzubilden, daß eine Überlastung der Generatoren zuverlässig vermieden wird.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Verfahren zur Steuerung der Verbindung und Trennung einer Vielzahl von Lasten innerhalb einer Stromversorgungsvorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Flugzeug gemäß der vorliegenden Erfin­ dung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtung.

Die Stromversorgungsvorrichtung weist zwei Wechselstromgeneratoren 10 und 20 auf, welche an entsprechende Stromleitungen 11 und 21 angeschlossen sind. Die Stromleitungen 11 und 21 sind elektrisch voneinander isoliert, können jedoch über eine Querverbindung 1 und einen Schalter 2 miteinander verbunden werden.

Die Anordnung weist außerdem verschiedene Lasten in Form elektrischer Verbrau­ cher auf, von denen nur zwölf dargestellt sind, wobei die sechs Verbraucher 101 bis 106 an die linke Stromleitung 11 und die anderen sechs Verbraucher 201 bis 206 an die rechte Stromleitung 21 angeschlossen sind. Jeder Verbraucher ist mit seiner entsprechenden Stromleitung 11 bzw. 21 über ein Relais oder einen anderen fernbedienbaren Schalter 111 bis 116 bzw. 211 bis 216 verbunden. Jedes Relais ist mit einer Prozessoreinheit 3 verbunden, welche die Relais kontrolliert und je nach Anforderung öffnet oder schließt. Die Prozessoreinheit 3 ist über eine Leitung 30 auch mit dem Schalter 2 der Querverbindung verbünden, um diesen Schalter zu steuern. Die Prozessoreinheit 3 erhält verschiedene Eingangssignale, beispielsweise von Stromüberwachungsvorrichtungen 31 und 32, welche an die Stromleitungen 11 bzw. 21 angeschlossen sind und von manuell betätigbaren Schaltern 33 und 34.

Bei zusätzlicher Bezugnahme auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Prozessoreinheit 3 einen 4 : 1-Multiplexer 35 aufweist, welcher ein Ausgangssignal von den Stromüber­ wachungsvorrichtungen 31 oder 32 und drei Eingangssignale von der eingebauten Testvorrichtung (built-in test equipment = BITE) 36 erhält. Die Stromüberwa­ chungsvorrichtungen 31 und 32 sind so ausgestaltet, daß sie eine Ausgangsspannung erzeugen, welche dem auf der Stromleitung fließenden Strom proportional ist. Der Multiplexer 35 erhält auch Modemauswahleingänge auf den Leitungen 37 von einer Software, welche durch die Bezugszahl 38 gekennzeichnet ist. Die Eingänge auf den Leitungen 37 instruieren den Multiplexer 35, einen der Eingänge von den Stromüber­ wachungsvorrichtungen oder BITEs einem Komparator 39 zuzuführen. Der Kom­ parator 39 erhält auch ein Eingangssignal aus einer Spannungsreferenzquelle 40 und erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 41, welches angibt, ob Strom erhältlich ist oder nicht. Das Ausgangssignal auf Leitung 41 wird über ein Statusregister 42 der Software 38 und dem Steuereingang eines 2 : 1-Multiplexers 43 zugeführt. Der Multiplexer 43 erhält zwei Eingangssignale, von denen eines ein OFF-Signal auf Leitung 44 ist und das andere der Ausgang eines Softwarekommandoregisters 45, welches Instruktionen enthält, die ihm von der Software 38 zugeführt wurden.

Der Ausgang des Multiplexers 43 wird über die Leitung 46 einer Ausgangstreiber­ einheit 47 zugeführt, welche die Relais 111 bis 116 sowie 211 bis 216 steuert.

Während des Normalbetriebs sind alle Relais 111 bis 116 und 211 bis 216 so geschal­ tet, daß alle elektrischen Verbraucher unter Strom stehen und eingeschaltet werden können. Tatsächlich muß die Stromversorgung des Flugzeugs nicht so groß dimen­ sioniert sein, um alle Verbraucher mit Strom zu versorgen, weil nicht alle Verbrau­ cher gleichzeitig betrieben werden müssen. Unter diesen Umständen detektieren die Stromüberwachungsvorrichtungen 31 und 32, daß der von den betriebenen Lasten gezogene Strom sich unterhalb der Maximalkapazität befindet und der Komparator 39 erzeugt auf der Leitung 41 ein Ausgangssignal, welches angibt, daß Strom für zusätzliche Lasten zur Verfügung stünde. Hierdurch gibt der Multiplexer 42 den Ausgang des Softwarekommandoregisters 45 auf den Ausgangstreiber 47, welcher alle Relais einschaltet.

Während des Normalbetriebs werden alle hochinduktiven Lasten, beispielsweise Hy­ draulikpumpen, mit einer durch Software einstellbaren Verzögerung zwischen jedem Start zeitlich versetzt gestartet. Bevor die erste Last unter Strom gesetzt wird, erfolgt eine anfängliche Zeitverzögerung, um andere Lasten geringerer Priorität ge­ gebenenfalls abzuschalten, um zu vermeiden, daß die Generatoren überlastet werden. Die Prozessoreinheit 3 bewertet ständig die in dem System verfügbare Strommenge und bestimmt, ob genügend Strom erhältlich ist, sobald ein Benutzer eine weitere Last einzuschalten wünscht, beispielsweise indem er einen der Schalter 33 oder 34 betätigt. Falls nicht genügend Strom vorhanden ist, ermöglicht es die Zeitverzöge­ rung dem System, Lasten geringerer Priorität abzuschalten, bevor die neue Last unter Strom gesetzt wird. Falls genügend Strom auch für die neue Last vorhanden ist, ist die Zeitverzögerung für deren Aktivierung gleich Null. Die zweite Last wird mit einer Zeitverzögerung nach der Aktivierung der ersten Last aktiviert. Das Pro­ zessorsystem berechnet diese Zeitverzögerung unter Berücksichtigung der induktiven Eigenschaften der einzelnen Lasten, so daß die Zeitverzögerung minimal ist, jedoch genügend Zeit für das Absinken des Stroms nach dem Starten verbleibt. Die Zeit­ verzögerung für jede Last variiert danach, welche Lastenkombination mit Strom zu versorgen ist. Wenn beispielsweise drei identische induktive Lasten A, B und C zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, könnte die Sequenz typischerweise lauten: A-1ms nach dem Einschalten, B-2ms nach dem Einschalten, und C-3ms nach dem Einschal­ ten. Wenn jedoch die Lasten durch die Betätigung von diesen Lasten zugeordneten Schaltern in der Abfolge C, B, A eingeschaltet würden, könnten die Verzögerungs­ zeiten lauten: C-1ms nach dem Einschalten, B-1ms nach dem Einschalten, und A-1ms nach dem Einschalten. Auf diese Weise sind die Zeitverzögerungen minimal, ohne daß das Risiko eines zu hohen Stromverbrauchs besteht.

Im Falle einer Unterbrechung der Stromversorgung, beispielsweise in Folge Ausfalls eines der Generatoren 10 oder 20, ändert sich das Ausgangssignal des Kompara­ tors 39 und zeigt an, daß kein Strom mehr zur Verfügung steht. Die Änderung des Ausgangssignals auf Leitung 41 führt somit dazu, daß der Multiplexer 43 das OFF- Signal an die Ausgangstreibereinheit 47 anlegt. Diese schaltet diejenigen Relais 111 bis 116 und 211 bis 216 ab, welche den Verbrauchern geringer Priorität zugeordnet sind, also den Verbrauchern, welche abgeschaltet werden können, ohne daß damit die Flugsicherheit beeinträchtigt wird. Nach Auftreten des Stromausfalls nimmt die Hardware den Strom sofort von der Last, wodurch die bei Softwaresteuerung un­ vermeidlichen Zeitverzögerungen vermieden werden. Wenn die Unterbrechung nur kurz ist, wird dies von der Hardware in der Prozessoreinheit 3 detektiert und der Software 38 durch ein kurzes pulsförmiges Eingangssignal indiziert. Dieser Puls wird an der Hardware-Software-Schnittstelle so lange gespeichert, bis er von der Soft­ ware gelesen und gelöscht wird. Das Statusregister 42 ändert sich auch und indiziert der Software 38, daß eine Unterbrechung der Stromversorgung stattgefunden hat. Die Software 38 reagiert hierauf durch erneutes Laden des Softwarekommandoregi­ sters 45 mit einem Versetzungsstartprogramm für die zeitlich versetzte Abfolge des zur Verfügung stehenden Stroms. Es bedarf keiner Zeitverzögerung nach dem Ein­ schalten des Stroms an eine nichtinduktive Last, weil diese einen zeitlich konstanten Strom zieht und keinen anfänglich hohen Strom.

Falls der ausgefallene Generator später wieder funktioniert, signalisiert der Kompa­ rator 39, daß Strom erhältlich ist und schaltet den Multiplexer 43 so, daß der Inhalt des Softwarekommandoregisters 45 der Ausgangstreibereinheit 47 zugeführt wird. Diejenigen Verbraucher, welche vorher unter Strom standen, werden dann zeitlich versetzt gestartet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Starten von Lasten mit einer minimalen Zeitverzögerung und vermeidet gleichzeitig das Risiko des gleichzeiti­ gen Startens verschiedener induktiver Lasten ohne ausreichende dazwischenliegende Zeitverzögerung.

Wenn genügend Strom für die angefragten und anzuschließenden Lasten vorhanden ist, ohne daß deren Anschluß versetzt stattfinden muß, ist die Vorrichtung in der Lage dies zu erkennen und verbindet alle angefragten Lasten gleichzeitig, wodurch die Zeit der nicht angeschlossenen Lasten minimiert wird.

Claims (10)

1. Stromversorgungsvorrichtung mit mindestens einer Stromquelle (10, 20), einer Vielzahl von Lasten (101-106, 201-206), einer Vielzahl von Schaltern (111- 116, 211-216), welche jeweils eine der Lasten mit der Stromquelle verbinden und die Schalter (111-116, 211-216) steuernden Prozessor (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (3) das Schließen der Schalter (111-116, 211-216) zeitlich verzögern kann, wenn mehreren Lasten (101-106, 201-206) Strom zuzuführen ist, wodurch zwischen der Stromversorgung verschie­ dener Lasten (101-106, 201-206) eine Zeitverzögerung entsteht, welche für jede Last variabel ist und von der Kombination der mit Strom zu versorgenden Lasten abhängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Strom­ überwachungsvorrichtung (31, 32) aufweist, welche den von den Lasten (101-106, 201-206) verbrauchten Strom überwacht, der Prozessor (3) bestimmt, wann der verbrauchte Strom die Kapazität der Stromquelle (10, 20) überschrei­ tet und die Vorrichtung Hardware (39, 43, 47) aufweist, welche in diesem Fall eine Last von der Stromversorgung trennt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (3) mit einem Softwarespeicher (45) in Verbindung steht, um den Wiederanschluß einer Last (101-106, 201-206) zu steuern, sobald der Strom­ verbraucher geringer ist als die Kapazität der Stromquelle.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Software­ speicher (45) mit Software beschrieben ist, welche die Stromzuführung an alle Lasten gleichzeitig ermöglicht oder mit Software, welche einen zeitlich versetz­ ten Wiederanschluß der Lasten bewirkt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Software die Last ohne Zeitverzögerung wiederanschließt, sobald genügend Stromversorgungskapazität zur Verfügung steht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (3) ein Softwarekommandoregister (45) aufweist, welches Softwareinformation zur Steuerung des Wiederanschlusses der Last enthält, sowie eine Ausgangstreibereinheit (47) und einen Multiplexer (43) mit zwei Eingängen, daß ein Eingang des Multiplexers (43) an einen Ausgang des Soft­ warekommandoregisters (45) angeschlossen ist, daß ein weiterer Eingang mit einem OFF-Signal-Eingang (44) verbunden ist, und daß der Multiplexer (43) das OFF-Signal der Ausgangstreibereinheit (47) zur Abschaltung einer Last (101-106, 201-206) zuführt, sobald der Stromverbrauch die Kapazität der Stromquelle (10, 20) überschreitet und die Softwareinformation auf die Aus­ gangstreibereinheit (47) schaltet, wenn die Last wieder anzulegen ist.

7. Verfahren zur Steuerung der Verbindung und Trennung einer Vielzahl von La­ sten innerhalb einer Stromversorgungsvorrichtung in Abhängigkeit von Ände­ rungen des Verhältnisses des Stromverbrauchs und der Kapazität der Strom­ quelle der Vorrichtung, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte der Überwachung des Stromverbrauchs innerhalb der Vorrichtung, der Detektion, wann der Stromverbrauch die Kapazität der Stromquelle überschreitet, der Abtrennung der Last (101-106, 201-206), falls der Verbrauch die Kapa­ zität überschreitet, des Wiederanschließens der Last, sobald die Kapazität den Stromverbrauch überschreitet und der Einfügung einer variablen Zeitverzöge­ rung nach dem Anschluß einer induktiven Last, bevor eine weitere Last ange­ schlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzöge­ rung gemäß der induktiven Eigenschaften der Lasten (101-106, 201-206) variiert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kapazität übersteigender Stromverbrauch von einer Hardware (39) detektiert wird, so daß die Last schnell abgetrennt werden kann und daß die Verzögerungszeit des Anschließens einer Last nach dem Anschließen einer in­ duktiven Last durch eine Software (38) bestimmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten einer mit Strom zu versorgenden Last (101-106, 201-206) die Stromversorgung dieser Last erst nach einer ausreichenden Zeit­ verzögerung bewirkt, um das Trennen einer anderen Last mit geringerer Pri­ orität zu ermöglichen, wenn der zur Verfügung stehende Strom nicht ausrei­ chend ist.