DE19733212A1 - Verfahren zur Regelung eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generators - Google Patents

Verfahren zur Regelung eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generators

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Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generators, insbesonders eines Drehstromgenerators in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Zur Erzeugung der im Kraftfahrzeug benötigten elektrischen Energie werden heute üblicherweise Klauenpolgeneratoren eingesetzt. Diese Klauenpolgeneratoren sind Drehstromgeneratoren, deren Ausgangsstrom mit Hilfe einer Diodenbrücke gleichgerichtet wird und zur Versorgung der elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs sowie zur Ladung der Batterie verwendet wird. In Fig. 1 sind die wesentlichsten Bestandteile eines Drehstromgenerators dargestellt. Die Erregerspule 10, die auch als Feldspule bezeichnet wird, wird vom Erregerstrom bzw. Feldstrom IF durchflossen. Die Spannung an der Erregerspule 10 ist die Feldspannung UF.
Aufgrund des durch die Erregerspule 10 fließenden Stromes wird in den Statorspulen 11, 12, 13 ein Magnetfeld induziert. In den Statorspulen entsteht durch die Flußänderung eine induzierte Spannung, die einen Strom IS durch die Dioden 14 bis 19 in das Bordnetz treibt. Dieser Strom wird zur Versorgung der Verbraucher 20 sowie der Batterie 21 verwendet. Die Batteriespannung ist mit UB bezeichnet. Der Stromfluß durch die Feldwicklung 10 wird üblicherweise mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Spannungsreglers geregelt, so daß sich am Ausgang des Generators die gewünschte Spannung einstellt. Als Generator 34 wird üblicherweise das Gesamtsystem mit der Erregerspule 10 und den Statorspulen 11 bis 13 bezeichnet.
Mit einem Generator sowie der zugehörigen Gleichrichterschaltung wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, beginnt eine Leistungsabgabe erst nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl. Diese Drehzahl ist von der Dimensionierung des Generators, insbesonders von den Ausgestaltungen der Statorspulen abhängig. Die Drehzahl, ab der der Generator Leistung abgibt, bzw. die Drehzahl, bei der ein Stromfluß einsetzt, ist die sogenannte Einschaltdrehzahl nE.
Der Zusammenhang zwischen der vom Generator abgegebenen Leistung Pe in kW und der Generatordrehzahl n in Umdrehungen pro Minute ist in Fig. 3 für einen herkömmlichen Generator dargestellt. Die untere (durchgezogene) Kurve gilt für eine Ausgangsspannung von 14 V, die obere (gestrichelte) für eine Ausgangsspannung von 28 V. Zusätzlich ist die sogenannte Tangentengerade TG eingetragen. Der Tangentenpunkt liegt bei 14 V Ausgangsspannung bei einer Generatordrehzahl von n1 gleich ca. 1500/min. Die Berechnung der Leistungsabgabe in Abhängigkeit von der Drehzahl für die Ausgangsspannungen 14 V und 28 V, die in Fig. 3 angegeben sind, wurden mit konstanten Parametern durchgeführt. Im einzelnen wurden folgende Parameter gewählt:
Stator Streuinduktivität: 19 µH
Stator Querinduktivität: 47 µH
Stator Längsinduktivität: 77 µH
Stator Widerstand: 12 mΩ
Erregerstrom: 3,5 A.
Die Dioden und Schalter wurden n als ideale Bauelement vorausgesetzt. Alle Berechnungen wurden an Zeigerdiagrammen durchgeführt.
Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, liefert ein herkömmlicher Drehstromgenerator bei Drehzahlen, die unter 1500 Umdrehungen pro Minute liegen, nur eine geringe Leistung. Bei solch kleinen Drehzahlen kann der Generator nur einen sehr geringen Strom abgeben. Damit ein Stromfluß einsetzt, müssen die Augenblickswerte der gleichgerichteten Generatorspannung größer sein als die Bordnetzspannung. Nur unter dieser Voraussetzung kann der Generator überhaupt einen (nennenswerten) Strom liefern. Mit zunehmender Drehzahl steigt die von der Erregerspule 10 in den Statorwicklungen 11, 12 und 13 induzierte Spannung, die als Polradspannung bezeichnet wird, an. Entsprechend nimmt mit zunehmender Drehzahl auch der Generatorstrom zu. Bei hoher Drehzahl ist die Klemmenspannung, die am Ausgang der Statorspulen entsteht, gegenüber der Polradspannung sehr klein, so daß der Generator nahezu im Kurzschluß betrieben wird. Die Leistungsabgabe ist aus diesen Gründen mit zunehmender Drehzahl nur noch unwesentlich steigerbar.
Im Kurzschlußpunkt kann die Leistungsabgabe des Generators beträchtlich erhöht werden, indem die Bordnetzspannung angehoben wird. Die Leistungsabgabe bei verdoppelter Spannung, also bei 28 V Ausgangsspannung am Generator ist für hohe Drehzahlen etwa doppelt so hoch wie bei 14 V Generatorspannung. Die Verdoppelung der abgegebenen Leistung wird erzielt, da wieder der Kurzschlußstrom erreicht wird. Anstelle einer Verdoppelung der Generatorspannung führt auch eine Halbierung der Windungszahl zu einer Verdoppelung des abgegebenen Stromes und damit zur Leistungsverdoppelung. Magnetisch ergeben sich im Generator durch die beiden Verfahren gleiche Zustände. Es sollen daher die im folgenden angestellten Betrachtungen nur für ein Verfahren erläutert werden, nämlich für die Spannungsverdoppelung bei ungeänderter Windungszahl.
Wie bereits ausgeführt, führt eine Verdoppelung der Generatorspannung bei hohen Drehzahlen zu einer beträchtlichen Leistungssteigerung. Bei kleinen Generatordrehzahlen führt die Spannungserhöhung jedoch zu einem Nachteil. Die Einschaltdrehzahl, ab der Strom abgegeben wird, nE ist proportional zur Batteriespannung. Bei Erhöhung der Batteriespannung wird sich demzufolge auch die Einschaltdrehzahl erhöhen und bei kleinen Generatordrehzahlen wird keine Leistung abgegeben. Da herkömmliche Generatoren für Drehzahlen von ca. 1800 bis 6000 Umdrehungen/min auszulegen sind, können sich im unteren Drehzahlbereich Probleme ergeben. Der Tangentenpunkt ergibt sich als Berührungspunkt der Generatorkennlinie, darunter versteht man die Kennlinie Generatorleistung über Generatordrehzahl, mit einer möglichst steilen Ursprungsgeraden. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, liegt der Tangentenpunkt bei einfacher Batteriespannung bei etwa 1500 Umdrehungen/min. Da die Tangentenpunkte für verschiedene Batteriespannungen auf einer Geraden liegen, ergibt sich, daß bei doppelter Batteriespannung der Tangentenpunkt bei einer doppelt so hohen Drehzahl n2 erreicht wird. Bei der Drehzahl n1 ist die Leistungsabgabe dieses Generators bei 28 V gleich Null (siehe Fig. 3).
Da teilweise sogar noch kleinere Drehzahlen als 1800 Umdrehungen/min als Generatorbetriebsdrehzahl zugelassen werden sollen, müßte die Batteriespannung abgesenkt werden, um den Tangentenpunkt zu niedrigeren Drehzahlen zu verschieben. Alternativ könnte auch die Windungszahl erhöht werden. In beiden Fällen sinkt jedoch die maximale Generatorleistung, daher sind solche Generatoränderungen nicht möglich. Im Gegensatz dazu sollten künftige Generatoren mehr Leistung bringen. Bei geforderten Leistungen von über 5 kW müßten die Generatoren vergrößert werden. Da die Klauengeometrie jedoch wegen der Drehzahlfestigkeit keine Verlängerung der Klauen zuläßt und auch eine Steigerung des Statorbohrungsdurchmessers nicht möglich ist, wird derzeit vorgeschlagen, Doppelgeneratoren einzusetzen, die aber aufwendig sind und den Nachteil eines relativ hohen Trägheitsmomentes aufweisen.
Eine andere bekannte Möglichkeit zur Leistungssteigerung besteht darin, die Klemmenspannung des Generators jeweils an die Erfordernisse anzupassen. Dieser Weg wird auch als Generatorbetrieb bei freier Spannung bezeichnet. Der Generator arbeitet dann auf einen Kondensator und ein Gleichspannungswandler transformiert die Leistung in das Bordnetz und stabilisiert dabei dessen Spannung auf beispielsweise 14 V. Durch Wahl einer geeigneten Spannung für die jeweilige Drehzahl kann der Generator bei jeder Drehzahl am Tangentenpunkt arbeiten. Für Drehzahlen, die größer sind als die Drehzahl am Tangentenpunkt n1 bei 14 V bzw. n2 bei 28 V ist die Kondensatorspannung größer als die Bordnetzspannung zu wählen. Der Gleichspannungswandler, der die Kondensatorspannung in die Bordnetzspannung wandelt, muß also als Tiefsetzsteller arbeiten und die Spannung von höheren zu tieferen Werten wandeln. Für Drehzahlen, die deiner sind als die jeweilige Drehzahl n1 bzw. n2 müßte der Gleichspannungswandler als Hochsetzsteller arbeiten. Es ist also ein Gleichspannungswandler einzusetzen, der die kleine Kondensatorspannung in die höhere Bordnetzspannung wandelt.
Diese bekannte Lösung mit der variablen Generatorspannung vereint die Vorteile der beiden Batteriespannungen nach Fig. 3, da beide Tangentenpunkte angefahren werden können. Bei hoher Drehzahl erreicht man also eine hohe Leistungsabgabe, während bei der Drehzahl n1 auch noch nennenswerte Leistung abgegeben werden kann.
Ein Generator, bei dem mit höherer Spannung gearbeitet werden kann und der einen Kondensator aufweist, dessen Spannung mit Hilfe eines Spannungswandlers verändert werden kann, ist aus der DE-P 196 46 043 bekannt. Der Nachteil einer solchen Lösung, die mit einem Generator, einem Zwischenkreiskondensator und einem Spannungswandler arbeitet, ist die Verkettung der Wirkungsgrade, die zu einer Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades des Systems führt. Beispielsweise muß der Tiefsetzsteller für einen weiten Spannungsbereich ausgelegt werden, wodurch die Optimierung erschwert wird. 90% Wirkungsgrad stellen eine obere Grenze dar. Der Generator kann in einem solchen Betrieb Wirkungsgrade bis zu 80% erreichen, der Gesamtwirkungsgrad liegt somit nur noch bei 70%. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung ist, daß der Tiefsetzsteller groß, teuer und schwer ist, da er mehrere Leistungsschalter sowie Kondensatoren und eine Spule umfaßt.
Ein solches bekanntes System ist im übrigen in Fig. 5 dargestellt. Es weist neben den Bestandteilen des Systems nach Fig. 1 noch zusätzlich den Gleichspannungswandler 23 sowie den Kondensator 24 auf. Die aus der DE-P 196 46 043 bekannte Vorrichtung zur Spannungsversorgung hat anstelle einer rein passiven Diodengleichrichterbrücke einen Pulswechselrichter mit 6 Pulswechselrichterelementen, die mit Hilfe einer elektronischen Einrichtung ansteuerbar sind. Bezüglich der Steuer- bzw. Regelstrategie werden in der DE-P 196 46 043 lediglich Hinweise gegeben, daß die Spannung auch im Generatorbetrieb in gewissen Grenzen an die Erfordernisse anpaßbar ist, indem geeignete Ansteuerungen der Pulswechselrichter erfolgen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Generators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen den Vorteil, daß die Leistungsabgabe des Generators im Bereich kleiner Drehzahlen deutlich erhöht wird, ohne daß die Leistungsfähigkeit bei höheren Drehzahlen beeinträchtigt wird.
Erzielt wird dieser Vorteil, indem bei einem Drehstromgenerator mit Erregerspule und Statorspulen der Statorstrom nach Betrag und Phase abhängig von wählbaren Größen einprägbar ist, wobei die Stromeinprägung mit Hilfe von Pulswechselrichtern erfolgt, die von einer Regeleinrichtung angesteuert werden. Die Stromeinprägung nach Betrag und Phase gegenüber dem Erregerstrom ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine Betriebsweise, die erlaubt, daß mit Hilfe der Ansteuerung der Pulswechselrichter die Klemmenspannung des Generators frei einstellbar ist, wobei diese Einstellung zwischen der maximal möglichen Klemmenspannung und Null erfolgen kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Merkmale. Ein entscheidender Vorteil ist, daß bei höheren Spannungen, beispielsweise bei Spannungen, die der doppelten Batteriespannung entsprechen, im Bereich kleiner Drehzahlen besondere Leistungssteigerungen möglich sind. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Einschaltdrehzahl, die sich bei Spannungsverdoppelung ebenfalls verdoppeln würde, soweit reduziert, daß der Generator beim Betrieb am Pulswechselrichter entlang der sogenannten Momentengerade erfolgen kann. Die magnetischen Eigenschaften des Generators werden dabei in vorteilhafter Weise nicht beeinflußt.
Als Pulswechselrichter werden in vorteilhafter Weise Leistungs-MOSFETs oder ähnliche Schalter eingesetzt. Diese Bauteile haben vorteilhafterweise eine Inversdiode bereits integriert oder werden für den Gleichrichterbetrieb rückwärts betrieben. Die Erzeugung der Ansteuerimpulse kann in vorteilhafter Weise in einer Regeleinrichtung erfolgen, die mikroprozessorgesteuert arbeitet und auch den Erregerstrom beeinflußt. Der Erregerstrom wird in vorteilhafter Weise aus dem Bordnetz, insbesonders aus der Batterie entnommen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel sowie der Stand der Technik ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine bekannte Schaltung eines Generators, der Gleichrichterbrücke und wesentlicher Bestandteile des Bordnetzes, in Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Generator einschließlich der Pulswechselrichter dargestellt. Fig. 3 zeigt einen Zusammenhang zwischen Ausgangsleistung des Generators und Generatordrehzahl für zwei verschiedene Ausgangsspannungen und Fig. 4 zeigt denselben Sachverhalt für zwei verschiedene Ausgangsspannungen, wobei Kennlinien für einen Generator mit passiver Diodenbrücke und für einen Generator mit Wechselrichtern für verschiedene Ausgangsspannungen dargestellt sind. Fig. 5 zeigt eine an sich bekannte Schaltungsanordnung eines Drehstromgenerators, wobei zusätzlich ein Zwischenkreiskondensator und ein Gleichspannungswandler vorhanden sind.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 2 ist ein Generator sowie die zugehörige Ansteuerschaltung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der Generator 34 umfaßt wiederum die Erregerspule 10, Statorspulen 11, 12 und 13. Durch die Erreger- bzw. Feldspule 10 fließt der Feldstrom IF. Die an der Erregerspule liegende Spannung ist mit UF bezeichnet.
Der Generator 34 wird von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben. Die Brennkraftmaschine übt dabei das Moment M aus, das zur Generatordrehzahl n führt. Bei rotierendem Generator geben die Statorspulen den Strom IS ab. Zwischen den Generatorklemmen stellt sich die Klemmenspannung UKL ein, die mit Hilfe des Pulswechselrichters 22 einstellbar ist. Der Pulswechselrichter 22 umfaßt sechs Pulswechselrichterelemente 24 bis 29, die beispielsweise als MOSFET-Schalter ausgestaltet sind. Bei rotierendem Generator wird der für das Bordnetz benötigte Bordnetzstrom IB abgegeben. Die sich einstellende Spannung wird in einem Kondensator 30 zwischengespeichert und gelangt von dort zu den Verbrauchern 20 sowie zur Batterie 21 des Bordnetzes 31.
Die Ansteuerung der Pulswechselrichterelemente 24 bis 29 sowie die Regelung des Feldstromes IF durch die Feld- bzw. Erregerwicklung 10 wird von einer Regeleinrichtung 32 durchgeführt, die beispielsweise einen Mikroprozessor umfaßt, der zugeführte Informationen, zum Beispiel Signale eines Drehzahlsensors 33 auswertet und geeignete Ansteuersignale, zum Beispiel für den Pulswechselrichter abgibt. Über die Regeleinrichtung 32 kann die Batteriespannung UB bzw. eine von der Regeleinrichtung 32 bestimmbare, aus der Batteriespannung UB abgeleitete Spannung UF der Erregerwicklung 10 zugeführt werden. Die Regelstrategie wird im folgenden näher erläutert.
Die Verwendung eines Pulswechselrichters 22 anstatt eines rein passiven Diodengleichrichters ermöglicht, falls die Bordnetzspannung angehoben oder die Windungsdrehzahl reduziert wird, die gleiche Leistungserhöhung wie ein Generatorbetrieb bei freier Spannung. Es wird jedoch ein besserer Wirkungsgrad und eine erheblich höhere Leistungsausbeute bei kleiner Generatordrehzahl erzielt.
Bei Verwendung von Dioden in der Gleichrichterbrücke stellt sich der in den Ständerwicklungen fließende Ständerstrom IS und sein Winkel gegenüber dem Erreger- bzw. Feldstrom IF so ein, daß die Klemmenspannung UKL der umgerechneten Bordnetzspannung entspricht. Es gibt jedoch noch eine große Schar anderer Ströme und Winkel, die diese Beziehung ebenfalls erfüllen. Jeder Strom und sein zugehöriger Winkel legen eine bestimmte Klemmenleistung fest. Die Verwendung eines Pulswechselrichters 22 bzw. einer Brückenschaltung aus den Pulswechselrichterelementen 24 bis 29 erlaubt eine Stromeinprägung nach Betrag und Phase, wodurch die erfindungsgemäße Betriebsweise ermöglicht wird. Diese neue Betriebsweise erlaubt es, daß der Pulswechselrichter 22 die Klemmenspannung UKL zwischen der maximal möglichen Klemmenspannung nun frei einstellen kann. Die maximal mögliche Klemmenspannung beträgt bei einem herkömmlichen Bordnetz beispielsweise 14 V.Π/3.
Wird vorausgesetzt, daß der maximal fließende Strangstrom IS bei jeder Drehzahl in den Generator eingeprägt wird, lassen sich folgende Überlegungen bzw. Rechnungen durchführen: Bei sehr kleiner Drehzahl ist die Spannung noch klein, wodurch der Strom so eingeprägt werden kann, daß das für diesen Strom maximale Drehmoment entsteht. Bei symmetrischen Maschinen müssen Feldstrom IF und Statorstrom IS senkrecht aufeinander stehen (90°), bei unsymmetrischen Maschinen ergibt sich das Maximum bei leicht versetzten Winkeln, beispielsweise bei 74°. Das entstehende Drehmoment beträgt 18 Nm und ist doppelt so groß wie das Moment am Tangentenpunkt. Dieser Strom wird in der Phasenlage aufrechterhalten, bis die Klemmenspannung ihren Maximalwert erreicht. Der Maximalwert wird am Ende des Grunddrehzahlbereichs, bei Beginn des Feldschwächbereichs erreicht, dies ist beispielsweise bei etwa 770 Umdrehungen/min der Fall. Bei weiterer Drehzahlerhöhung muß der Phasenwinkel des Ständerstroms gegenüber dem Erregerstrom IF erhöht werden, wodurch sich die entstehenden Flüsse gegenseitig aufheben. Die induzierte Spannung kann so konstant gehalten werden. Bei der Drehzahl n1 gibt der Generator dann ca. 1,6 kW ab anstatt 1,2 kW bei Diodenbetrieb. Je höher die Drehzahl wird, desto mehr gleichen sich die Arbeitspunkte zwischen Diodenbetrieb und Pulswechselrichterbetrieb an. Fig. 4 zeigt die entsprechenden Kennlinien, wobei jeweils die Leistung Pe [kW] über der Drehzahl n[1/min] aufgetragen ist, für zwei verschiedene Spannungen und für Betrieb mit Dioden sowie für Betrieb mit Wechselrichtern. Zusätzlich ist die Momentengerade MG und die Tangentengerade TG eingetragen und die Drehzahlen n1, bzw. n2 die die Tangentengerade charakterisieren.
Wie in Fig. 4 deutlich wird, ergeben sich beim Betrieb mit Pulswechselrichtern besonders bei kleinen Drehzahlen entscheidende Verbesserungen in der Leistungsabgabe. Die Leistungserhöhung wird besonders deutlich, wenn die Kennlinien bei doppelter Batteriespannung verglichen werden. Im Diodenbetrieb an fester Spannung verdoppelt sich die Einschaltdrehzahl nE, bei der Drehzahl n1 kann der Generator keine Leistung abgeben. Beim Betrieb mit freier Spannung kann entlang der Tangentengerade TG gearbeitet werden. Die maximale Leistungsabgabe bei n1 beträgt 1,2 kW. Die Erfindung ermöglicht einen Betrieb entlang der Momentengerade MG. Bei der Drehzahl n1 kann der Generator dann fast 2,5 kW abgeben. Für die drei Betriebsweisen ist jeweils derselbe Generator vorausgesetzt. Wie oben erwähnt kann der Effekt einer Leistungssteigerung durch Batteriespannungserhöhung genauso an einfacher Batteriespannung durch Verringerung der Windungsdrehzahl erzielt werden.
Damit das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ist es erforderlich, daß ein Lage- und Drehzahlgeber 33 vorhanden ist, der die Drehzahl des Generators und/oder der den Generator antreibenden Brennkraftmaschine ermittelt. Diese Drehzahl wird dann in der Regeleinrichtung 32 ausgewertet und bei der Festlegung der Ansteuersignale berücksichtigt. Eine Begrenzung des thermisch zulässigen Maximalstroms dürfte ähnlich sein wie bei herkömmlichen Generatoren. Bei Drehzahlen über 6000 Umdrehungen/min kann gegebenenfalls auf eine herkömmliche Regelung übergegangen werden, da es dann nicht erforderlich ist, den Strom mit dem Pulswechselrichter einzuprägen. In diesem Fall kann durch entsprechende Ansteuerung der Pulswechselrichter auf klassischen Diodenbetrieb übergegangen werden und die Leistung nur durch Beeinflussung des Erregerstroms geregelt werden.
Wie beim Betrieb mit freier Spannung kann der Generator bei ausreichend hoher Betriebsspannung einen Wirkungsgrad von bis zu 80% erreichen. Der Wirkungsgrad des Pulswechselrichters wird vornehmlich durch die Schalter bestimmt. Zusammen mit gegebenenfalls auftretenden Leitverlusten in den Schaltern dürfte ein Gesamtwirkungsgrad von deutlich über 70% erreichbar sein. Durch die Pulswechselrichter wird die Spannung stabilisiert, so daß eine weitere Elektronikstufe zur Spannungskonstanthaltung bzw. Spannungswandlung nicht erforderlich ist und damit auch zu keinen weiteren Verlusten führt. Bei hohen Drehzahlen kann der Pulswechselrichter ohnehin als Diodenbrücke betrieben werden, wodurch sich dann die Verluste auf die Diodenleitverluste reduzieren.
Da der beschriebene Generator mit Pulswechselrichtern funktionell einem hochdynamischen Servoantrieb entspricht, kann die Leistung auch hochdynamisch beeinflußt werden. Eine entsprechende Reglerauslegung der Regeleinrichtung, die die Pulswechselrichterelemente ansteuert, wird es ermöglichen, den Lastabwurf mit deutlich kleineren Überspannungen zu bewältigen als dies bei herkömmlichen Generatoren sowie herkömmlichen Spannungsreglern der Fall ist.
Durch den Einsatz des Pulswechselrichterkonzepts wird auch ein Motorbetrieb ermöglicht, es kann also der Generator als Motor, beispielsweise Startermotor eingesetzt werden. Das oben genannte Moment von 18 Nm kann genauso im Motorbetrieb erzeugt werden. Bei kurzzeitigem Überstrom ist eine Überlastung von 50 bis 100% erreichbar. Ein solches Drehmoment kann als Synchronisierhilfe beim Schalten von Getrieben oder bei entsprechender Übersetzung auch zum Starten von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.
Ebenso können ein Generatorbetrieb durch kurzzeitige Überlastung auch Betriebspunkte auf Geraden erreicht werden, die noch steiler als die Momentengerade für Dauerkurzschlußstrom sind. Diese Überlastung kann den Ständer wie auch den Erregerkreis betreffen. Bei Betrieb im Überlastzustand könnten Temperaturmessungen an besonders kritischen Stellen des Gesamtsystems durchgeführt werden und eine Beendigung der Überlastung beim Erreichen kritischer Temperaturen durch Abgabe geeigneter Ansteuersignale von der Regeleinrichtung ausgelöst werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Regelung eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generators, insbesonders eines Drehstromgenerators in einem Kraftfahrzeug, mit einer Erregerspule, durch die der regelbare Erregerstrom (IE) fließt, zur Erzeugung des Erregerfeldes und mit Ständerspulen, in denen durch Flußänderungen eine Wechselspannung induziert wird und die Ständerspulen über wenigstens einen Pulswechselrichter mit den Verbrauchern in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerströme durch eine von einer Regeleinrichtung erzeugte Ansteuerung des Pulswechselrichters nach Betrag und Phase abhängig von wählbaren Größen einprägbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägung der Ständerströme nach Betrag und Phase bezogen auf den Erregerstrom erfolgt und der Erregerstrom von der Regeleinrichtung abgegeben und in der Höhe geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromeinprägung so erfolgt, daß die Klemmenspannung zwischen einer maximal möglichen Klemmenspannung und Null frei einstellbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die Stromeinprägung abhängig von zuführbaren Größen festlegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Pulswechselrichter zur Stromeinprägung so erfolgt, daß sich eine Generatorspannung einstellt, die etwa 14 Volt oder 28 Volt beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom eingeprägt wird, der das für diesen Strom maximale Drehmoment unter Berücksichtigung der maximalen Spannung liefert und bei höheren Drehzahlen, insbesonders nachdem die Klemmenspannung ihren Maximalwert erreicht, ein Strom eingeprägt wird, der zu einer Feldschwächung führt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Pulswechselrichter oberhalb einer vorgebbaren Drehzahl so erfolgt, daß die Wirkung der Pulswechselrichterelemente der Wirkung von Dioden entspricht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Pulswechselrichters zumindest zeitweilig so erfolgt, daß der Generator im Motorbetrieb arbeitet, wobei er ein Drehmoment erzeugt und zum Starten von Verbrennungsmotoren oder als Synchronisierhilfe beim Schalten von Getrieben oder als Servoantrieb einsetzbar ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulswechselrichter als ansteuerbare Elemente Leistungs- MOSFETs umfaßt, die mit der Regeleinrichtung in Verbindung stehen und eine integrierte Inversdiode umfassen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung Bestandteil des Steuergerätes der Brennkraftmaschine oder eines Spannungsreglers ist und wenigstens einen Mikroprozessor umfaßt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine kurzzeitige Überlastung im Motor oder im Generatorbetrieb zugelassen wird, wobei die Regeleinrichtung entsprechende Ansteuersignale an den Pulswechselrichter abgibt, die zu einem Überstrom führen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb im überlasteten Bereich von der Regeleinrichtung beendet wird, sofern kritische Betriebszustände, insbesonders eine thermische Überlastung möglich ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator zumindest zeitweilig als Motor betrieben wird, wobei das erforderliche Motormoment durch Ansteuerung des Pulswechselrichters erzeugt wird.
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