DE19849239A1

DE19849239A1 - Regulating generator involves driving inverter bridge switches so additional currents are superimposed in generator connectors, charging generator inductance with magnetic energy

Info

Publication number: DE19849239A1
Application number: DE19849239A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Henneberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-04-27
Also published as: JP2002529041A; EP1051789A2; KR20010033548A; WO2000025408A2; WO2000025408A3; BR9907060A

Abstract

The method involves driving the switching elements (15-20) of an inverter bridge (11) associated with the generator (10) so that additional currents are superimposed in the generator connectors, leading to charging up of the generator inductance with magnetic energy, whereby the energy is acquired by a capacitor or battery.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung eines Generators, insbesonders eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Klauenpolgenerators, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a control method a generator, especially one from one Internal combustion engine driven claw pole generator, after the genus of the main claim.

State of the art

In Kraftfahrzeugen werden zur Bereitstellung der elektrischen Energie für das Fahrzeugbordnetz Klauenpolgeneratoren eingesetzt. Solche Drehstromgeneratoren sind über eine Diodengleichrichterbrücke mit dem Gleichspannungsnetz des Fahrzeugs verbunden. Die Leistungsabgabe eines Generators beginnt, sobald seine induzierte Spannung die Netzspannung überschreitet. Die Leistungsabgabe des Generators wird über die Stärke des Erregerstromes geregelt. Als Regelgröße wird hierzu üblicherweise die Netzspannung bzw. die Ausgangsspannung des Generators herangezogen.In motor vehicles are used to provide the electrical energy for the vehicle electrical system Claw pole generators used. Such three-phase generators are connected to the via a diode rectifier bridge DC network of the vehicle connected. The Power output of a generator begins as soon as its induced voltage exceeds the mains voltage. The Power output of the generator is based on the strength of the Excitation current regulated. This is used as a control variable usually the mains voltage or the output voltage of the generator.

Um den Kraftstoffverbrauch zu senken wird bei neueren Kraftfahrzeugen die Leerlaufdrehzahl des Motors möglichst gering gehalten. Eine geringe Motordrehzahl wirkt sich auch auf die Generatordrehzahl aus, da der Generator vom Motor angetrieben wird. Damit der Generator auch bei Leerlauf des Motors an das Bordnetz noch genügend elektrische Energie abgeben kann und ein Nachladen der Batterie möglich ist, ist an den Generator die Forderung zu stellen, auch bei kleinen Generatordrehzahlen Energie zu liefern. Weiterhin soll der Generator bei üblichen Drehzahlen möglichst viel Energie abgeben. Eine optimale Generatorregelung soll daher zum einen eine generelle Leistungssteigerung und zum anderen eine Senkung der Angehdrehzahl, also eine Senkung der Drehzahl, ab der der Generator Leistung abgeben kann, ermöglichen.To reduce fuel consumption, newer Motor vehicles the idle speed of the engine as possible kept low. A low engine speed also affects on the generator speed because the generator is off the engine is driven. So that the generator even when the Motors still enough electrical energy to the electrical system can give up and the battery can be recharged, the generator has to be requested, also at to deliver energy at low generator speeds. Farther the generator should be as much as possible at normal speeds Give up energy. An optimal generator control should therefore on the one hand a general increase in performance and on the other others a reduction in the starting speed, i.e. a reduction the speed from which the generator can deliver power, enable.

Ein Drehstromgenerator für ein Kraftfahrzeug, der gegenüber herkömmlichen Generatoren eine verbesserte Ausgangsleistung abgibt, ist aus der EP 0 762 596 A1 bekannt. Dieser Drehstromgenerator weist anstelle einer üblichen Gleichrichterbrücke eine vollwellengesteuerte Gleichrichterbrücke auf, die sechs gesteuerte Schalter umfaßt. Durch geeignete Ansteuerung der Schalter der Brücke, die z. B. schaltbare Halbleiterelemente umfassen, kann eine Phasenregelung durchgeführt werden, bei der die Phasenspannungen des Generators relativ zu den Phasenströmen verschoben werden. Dies hat zur Folge, daß zusätzliche Ströme in den Statorwicklungen fließen, die zu einer Erhöhung der Ausgangsleistung des Drehstromgenerators gegenüber einem Drehstromgenerator mit einer einfachen Diodenbrücke führen.A three-phase generator for a motor vehicle, the opposite conventional generators an improved output power is known from EP 0 762 596 A1. This Three-phase generator instead of a conventional one Rectifier bridge a full wave controlled Rectifier bridge on, the six controlled switches includes. By suitable control of the switches Bridge that z. B. include switchable semiconductor elements, can be carried out a phase control, in which the Phase voltages of the generator relative to the Phase currents are shifted. This has the consequence that additional currents flow in the stator windings, which too an increase in the output power of the alternator compared to a three-phase generator with a simple Lead diode bridge.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Generators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Generator eine höhere Ausgangsleistung liefert und daß er insbesonders bei kleinen Drehzahlen eine höhere Ausgangsleistung liefert. Besonders vorteilhaft ist, daß die sogenannte Angehdrehzahl des Generators, also die Drehzahl, ab der eine Leistungsabgabe überhaupt möglich ist, gegenüber herkömmlichen Generatoren abgesenkt wird.The inventive method for controlling a Generator with the features of claim 1 has the Advantage that the generator has a higher output delivers and that he especially at low speeds delivers higher output power. It is particularly advantageous that the so-called starting speed of the generator, that is Speed from which a power output is even possible is lowered compared to conventional generators.

Erzielt werden diese Vorteile mit Hilfe des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens. Dieses Verfahren ist einsetzbar, da dem Generator eine Umrichterbrücke mit Schaltelementen anstelle von herkömmlichen Dioden zugeordnet wird. Durch die richtige Ansteuerung dieser Schaltelemente ist es möglich, die Generatorklemmen unabhängig von den natürlichen Zündzeitpunkten einer Diodenbrücke mit dem Pluspol oder dem Minuspol der Batterie zu verbinden. Durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente lassen sich Zusatzströme in die Generatorklemmen einprägen und die abgegebene Leistung des Generators kann gesteigert werden. Diese Zusatzströme werden zunächst aus der Batterie oder gegebenenfalls einem Zwischenkreiskondensator bezogen und über die Schaltelemente dem Generator zugeführt. Die Zeitpunkte der Einspeisung in die Generatorstränge werden in vorteilhafter Weise so gewählt, daß sie in Abschnitten liegen, in denen der Strangstrom bei Diodenbetrieb gering ist bzw. verschwindet (lückt). Die Leistungssteigerung des Generators durch die Gleichstrompulsung ist mit einer erhöhten Welligkeit des Abgabestromes verbunden. Diese Welligkeit setzt sich aus dem Generatorabgabestrom und der Entnahme der Strompulse zusammen. Mit Hilfe eines zusätzlichen Kondensators läßt sich jedoch in vorteilhafter Weise wiederum eine Glättung erzielen.These advantages are achieved with the help of claim 1 specified procedure. This method can be used because the generator a converter bridge with switching elements instead of conventional diodes. By it is the correct control of these switching elements possible to connect the generator terminals independently of the natural ignition timing of a diode bridge with the To connect the positive pole or the negative pole of the battery. By suitable control of the switching elements can be Impress additional currents in the generator terminals and the output of the generator can be increased. These additional currents are initially from the battery or optionally related to an intermediate circuit capacitor and fed to the generator via the switching elements. The The times of feeding into the generator strings are advantageously chosen so that it is in sections lie in which the phase current is low during diode operation is or disappears. The performance increase of the Generator by the DC pulsing is with a increased ripple of the discharge current. This Ripple is made up of the generator output current and the Taking the current pulses together. With help of a additional capacitor can, however, be advantageous In turn, achieve smoothing.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. An embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 to 4 and is explained in more detail in the following description.

description

In Fig. 1 sind die erfindungswesentlichen Bestandteile eines Generators, beispielsweise eines Klauenpolgenerators 10 mit einer Umrichterbrücke 11 sowie der Last 12 dargestellt. Vom Klauenpolgenerator 10 sind symbolisch die drei Statorwicklungen 13, die Erregerwicklung 14 sowie der Erregerstrom Ierr angegeben. Die Umrichterbrücke 11 umfaßt die Schaltelemente 15 bis 20, die mit den Statorwicklungen 13 des Klauenpolgenerators 10 in üblicher Weise wie bei einer Diodenbrücke in Verbindung stehen. Die Schaltelemente 15 bis 20 stehen mit einem Kondensator 21 in Verbindung, an dem die Netzspannung UNetz abgreifbar ist, die der Last 12 zuführbar ist. Eine Batterie 21a, z. B. die Bordnetzbatterie kann den Kondensator ersetzen. Von der Last 12 ist lediglich ein variabler Widerstand 22 sowie ein Schalter 23 symbolisch dargestellt.In Fig. 1, the invention essential components of a generator, for example a claw pole 10 with a converter bridge 11 and the load 12 are shown. The three stator windings 13 , the excitation winding 14 and the excitation current Ierr are indicated symbolically by the claw-pole generator 10 . The converter bridge 11 comprises the switching elements 15 to 20 , which are connected to the stator windings 13 of the claw-pole generator 10 in the usual manner as in the case of a diode bridge. The switching elements 15 to 20 are connected to a capacitor 21 , from which the mains voltage UNetz can be tapped, which can be supplied to the load 12 . A battery 21 a, for. B. the on-board electrical system battery can replace the capacitor. Only a variable resistor 22 and a switch 23 of the load 12 are shown symbolically.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Generators durchführen. Durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente 15 bis 20 lassen sich Zusatzströme in die Generatorklemmen einprägen. Die Schaltelemente 15 bis 20 wirken als Stromventile und werden nachfolgend auch als Ventile bezeichnet. Im Einzelnen wird während eines sonst stromlosen Zeitabschnittes ein zusätzlicher Stromimpuls eingeprägt. Diese Stromimpulse führen zu einer Aufladung der Generatorinduktivität mit magnetischer Energie. Durch die Einspeisung von Gleichstrompulsen wird dem Generator zusätzlich induktive Blindleistung zugeführt, dies entspricht einem zusätzlichen Magnetisierungsstrom.With the circuit arrangement shown in Fig. 1, the inventive method for regulating the generator can be carried out. Additional currents can be impressed into the generator terminals by suitable control of the switching elements 15 to 20 . The switching elements 15 to 20 act as flow valves and are also referred to below as valves. In particular, an additional current pulse is impressed during an otherwise currentless period. These current pulses lead to the generator inductance being charged with magnetic energy. By feeding DC pulses, the generator is additionally supplied with inductive reactive power, which corresponds to an additional magnetizing current.

Die Leistungsabgabe des Generators kann gegenüber dem reinen Diodenbetrieb gesteigert werden, indem den Statorwicklungen ein zusätzlicher Magnetisierungsstrom angeboten wird. Die Phase, während der die Schaltelemente 15 bis 20 der Umrichterbrücke 11 leitend sind, ist dann insgesamt verschoben. Es kommt dabei zu einer Phasenverschiebung zwischen der Generatorspannung und dem Generatorstrom. Die Maschine nimmt dabei Blindleistung auf. Das bedeutet, sobald der Phasenstrom in einer der Ständerwicklungen einen Nulldurchgang besitzt und bei Diodenbetrieb eine Kommutierung erfolgen würde, wird die Kommutierung durch entsprechende Ansteuerung des oder der Schaltelemente verzögert. Das dabei geschlossene Schaltelement sorgt für eine weitere Verbindung mit der Batterie. Der Einschaltzeitpunkt und die längste Einschaltdauer eines Schaltelementes bzw. eines Schalters wird durch eine Logistik für die Ventilfreigabe festgelegt. Diese Zeit entspricht dem sonst stromlosen Zeitbereich eines Stranges.The power output of the generator can be increased compared to pure diode operation by offering the stator windings an additional magnetizing current. The phase during which the switching elements 15 to 20 of the converter bridge 11 are conductive is then shifted overall. There is a phase shift between the generator voltage and the generator current. The machine consumes reactive power. This means that as soon as the phase current in one of the stator windings has a zero crossing and commutation would take place during diode operation, the commutation is delayed by appropriate activation of the switching element or elements. The closed switching element ensures a further connection to the battery. The switch-on time and the longest switch-on time of a switching element or a switch is determined by logistics for the valve release. This time corresponds to the otherwise currentless time range of a string.

Für die Leistungsabgabe des Generators ist die Regelung des Ausschaltzeitpunktes, also des Kommutierungspunktes von Bedeutung. Diese Verschiebung zwischen Strom und Spannung kann nach verschiedenen Verfahren geregelt werden. Einige dieser Verfahren, die besonders einfache Möglichkeiten für eine Regelung bieten, werden in den in den Fig. 2 bis 4 angegebenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Die im folgenden beschriebenen Regelung sind so ausgeführt, daß die Schaltelemente nur in den sogenannten Lückphasen des Stromes angesteuert werden und abschalten sobald der gemessene Strom einen zulässigen Wert übersteigt.The regulation of the switch-off time, i.e. the commutation point, is important for the power output of the generator. This shift between current and voltage can be regulated using various methods. Some of these methods, which offer particularly simple options for regulation, are shown in the exemplary embodiments given in FIGS. 2 to 4. The control described below are designed so that the switching elements are only activated in the so-called gap phases of the current and switch off as soon as the measured current exceeds a permissible value.

Die Regelung der Höhe der Ausgangsspannung des Generators erfolgt in üblicher Weise mittels eines Spannungsreglers, der z. B. Bestandteil des in Fig. 1 mit 10 bezeichneten Klauenpolgenerators ist und den Erregerstrom so regelt, daß sich eine vorgebbare Spannungshöhe ergibt. The regulation of the level of the output voltage of the generator is carried out in the usual way by means of a voltage regulator which, for. B. is part of the claw pole generator designated in Fig. 1 with 10 and controls the excitation current so that there is a predetermined voltage level.

1. Control of the switch currents

In Fig. 2 ist eine Regelungsschaltung für einen Schalter bzw. ein Schaltelement (Ventil) dargestellt, mit der die Regelung der Schalterströme erläutert werden kann. Zu dieser Regelung werden die Ströme durch die Schaltelemente erfaßt und für die Regelung verwendet. Beispielsweise wird der Strom I durch das Schaltelement 15 mit Hilfe einer geeigneten Stromerfassung 24 erfaßt und als Stromistwert list einem Vergleicher 25 zugeführt. Diesem Vergleicher 25 wird zusätzlich ein Maximalwert für den Strom Imax zugeführt. Die Regelungsschaltung nach Fig. 2 umfaßt weiter ein UND-Gatter 26 sowie eine Logistik für die Ventilfreigabe 27, wobei das UND-Gatter 26 die Ausgänge des Vergleichers 25 und der Logistik für die Ventilfreigabe 27 miteinander verknüpft. Eine Ansteuerung für die Ventile mit Verriegelung gegen Wiedereinschalten 28 steuert beispielsweise das Ventil 15 in Abhängigkeit vom Ausgang des UND-Gatters 26 an.In FIG. 2, a control circuit for a switch or a switching element (valve) is shown by which the control of the switch currents can be illustrated. For this regulation, the currents through the switching elements are detected and used for the regulation. For example, the current I is detected by the switching element 15 with the aid of a suitable current detection 24 and supplied to a comparator 25 as the actual current value list. A maximum value for the current Imax is additionally fed to this comparator 25 . The control circuit of FIG. 2 further comprises an AND gate 26 and a logistics for the release valve 27, wherein the AND gates 26 27 combines the outputs of the comparator 25 and the logistics for the release valve with each other. A control for the valves with a lock against being switched on again 28 , for example, controls the valve 15 as a function of the output of the AND gate 26 .

Mit der in Fig. 2 dargestellten Regelungsschaltung wird die übergeordnete Spannungsregelung bzw. Leistungsregelung des Generators durchgeführt, wobei ein Maximalwert für die Schalterströme freigegeben wird. Überschreitet der Iststrom des betreffenden Schalters diesen Vorgabewert, wird das Ventil abgeschaltet. Der Strom kommutiert dabei in die komplementäre Diode des Brückenzweiges.The higher-level voltage control or power control of the generator is carried out with the control circuit shown in FIG. 2, a maximum value being released for the switch currents. If the actual current of the switch concerned exceeds this default value, the valve is switched off. The current commutates into the complementary diode of the bridge branch.

Für die einwandfreie Funktion ist eine Verriegelung des abgeschalteten Ventils erforderlich, da unmittelbar nach dem Abschalten des Ventils der Ventilstrom zu Null wird, wird der reine Stromvergleich zu einem erneuten Durchschalten des Ventils führen. Diese Funktion wird durch die in Fig. 2 dargestellte Logikschaltung realisiert. To ensure proper functioning, it is necessary to lock the switched-off valve, since immediately after the valve is switched off the valve current becomes zero, the pure current comparison will result in the valve being switched through again. This function is implemented by the logic circuit shown in FIG. 2.

2. Regulation of the phase currents

Da der Maximalwert des Gleichstromes identisch mit dem Maximalwert der Phasenströme ist, besteht eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Generatorleistung darin, die Schalter in Abhängigkeit der Phasenströme zu schalten. Hierzu werden statt der Schalterströme die Ströme durch die Phasenwicklungen U, V und W des Generators gemessen und der Regelung zugeführt. Ein Beispiel für eine solche Regelungsschaltung ist in Fig. 3 dargestellt.Since the maximum value of the direct current is identical to the maximum value of the phase currents, a further possibility for regulating the generator power is to switch the switches depending on the phase currents. For this purpose, instead of the switch currents, the currents through the phase windings U, V and W of the generator are measured and fed to the control. An example of such a control circuit is shown in FIG. 3.

Da bei dieser Regelung immer die beiden Schalter, z. B. 15 und 18 eines Umrichterzweiges eine Phase regeln, ist auch deren Ansteuerung zweckmäßigerweise in einer Regelung zusammengefaßt. Die Ansteuerung der Ventile ist in Fig. 3 mit 28a und 28b bezeichnet. Der Abschaltzeitpunkt des durchgeschalteten Ventils ist erreicht, sobald der zugehörende Phasenstrom den vorgebbaren Maximalwert überschritten hat.Since in this scheme the two switches, for. B. 15 and 18 of a converter branch regulate a phase, their control is also advantageously combined in a control. The control of the valves is designated in Fig. 3 with 28 a and 28 b. The switched-off valve is switched off as soon as the associated phase current has exceeded the predeterminable maximum value.

3. Regulation of the direct current

In Fig. 4 ist eine weitere Regelungsschaltung für ein Schaltelement bzw. Ventil dargestellt, mit der eine Regelung des Gleichstromes IG durchgeführt werden kann. Wird der Gleichstrom, d. h. der Abgabestrom des Generators zur Regelung herangezogen, ist lediglich die Messung eines Wertes notwendig, der dem Vergleicher zugeführt wird und mit einem Sollwert verglichen wird. Die in Fig. 4 dargestellte Regelschaltung entspricht der Schaltung nach Fig. 2, es wird jedoch nicht der Ventilstrom I, sondern der Gleichstrom IG des Generators für die Regelung zugrunde gelegt. In Fig. 4 shows a further control circuit for a switching element or valve is shown, can be carried out with the regulation of the direct current IG. If the direct current, that is to say the output current of the generator, is used for regulation, it is only necessary to measure a value which is fed to the comparator and is compared with a target value. The control circuit shown in FIG. 4 corresponds to the circuit according to FIG. 2, but it is not the valve current I but the direct current IG of the generator that is used as the basis for the control.

Auch eine kombinierte Regelung über den Gleichstrom und die Schalterströme läßt sich realisieren. Zur Reduzierung der Anzahl der Strommessungen können die Ventilströme auch aus dem gemessenen Gleichstrom abgeleitet werden.Also a combined regulation over the direct current and the Switch currents can be realized. To reduce the The valve currents can also measure the number of current measurements are derived from the measured direct current.

Claims

1. A method for controlling a generator, in particular a claw-pole generator driven by an internal combustion engine, to which a converter bridge with controllable switching elements is assigned, which are controlled by a control device, characterized in that the switching elements are controlled such that additional currents are impressed into the generator terminals and lead to a charging of the generator inductance with magnetic energy, the energy being taken from a capacitor or a battery.

2. The method according to claim 1, characterized in that the impressed current from a number of Current pulses composed, the times of the Current feed into the generator windings selected in this way be that the relevant strand current is a predetermined has minimal size.

3. A method for controlling a generator according to claim 1 or 2, characterized in that the switch-on time and the longest duty cycle of at least one Switching element of the converter bridge using logistics for the valve release.

4. Method for controlling a generator according to one of the preceding claims, characterized in that the Control of the switching elements depending on one in a comparison result determined by a comparator takes place, the comparator is an actual value of a current with a predeterminable maximum value compares.

5. A method for controlling a generator according to claim 4, characterized in that the actual value of the current measured by means of a measuring device 24 is through a switching element.

6. A method for controlling a generator according to claim 4, characterized in that the actual value using a Measuring device by at least one phase winding U, V, W of the generator is flowing current.

7. A method for controlling a generator according to claim 4, characterized in that the actual value using a Measuring device measured output current of the generator is.

8. Process for regulating a generator, thereby characterized in that the actual value is a combination of from Generator delivered electricity and current through at least a switch is used.

9. A method of controlling a generator, thereby characterized in that the excitation current by means of a Voltage regulator is also regulated so that the Output voltage of the generator to predefinable values sets.