DE2007993C3 - Anordnung zur Steuerung, Überwachung und Prüfung von Bordnetzen in Luft- und Raumfahrzeugen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung, Überwachung und Prüfung von Bordnetzen in Luft- und Raumfahrzeugen mit zwei Konstantfrequenzdrehstromquellen im Parallelbetrieb mit Sensoren und logischen Schaltkreisen zur Fehlererkennung und deren Selektion.

Solche Anordnungen sind an sich bekannt, lassen sich jedoch nicht für alle Systeme verwenden und sind in der Fehlererkennung nicht ausreichend selektiv.

Die meisten zum Stand der Technik zählenden Anordnungen (beispielsweise DT-OS 15 13 431) dienen zur Steuerung und Überwachung von unter Spannung stehenden Netzen, bei denen es nicht möglich ist, sogenannte »gesunde« Anlagente'te von der Fehlerquellenabschaltung sicher auszunehmen.

Die schweizerische Patentschrift 4 53 473 offenbart eine Anordnung, bei der die automatische Zuschaltung eines zusätzlichen Generators nach vorheriger Synchronisation von Spannung und Frequenz erläutert ist. Stimmt in diesem Falle der Wert eines Teils des Netzes nicht und kann dieser Wert auch nicht hergestellt werden, so erfolgt überhaupt keine Zuschaltung des Generators. Dies ist aber in der Luft- und Raumfahrt sehr bedenklich und nicht tragbar.

Die deutsche Patentschrift 10 30 914 offenbart eine Anordnung, bei der ein Maschennetz mit Vielfachspeisung eine selektive Abschaltung von gestörten Netzteilen durchführt. Die Fehlererkennung beschränkt sich nur auf Kurzschlußströme, während andere Fehler, wie beispielsweise Über- oder Untererregung sowie Frequenzfehler, nicht erkannt und entsprechend abgeschaltet werden können.

Durch die Brown Boveri Mitteilungen, Band 55 (JuI 1968) Nr. 7, S. 359 bis 364 ist eine zentrale Netzüberwa chung bekannt, die sich nur auf Netzbelastungen be schränkt Sie vermeidet durch Umschaltung die Überla stung gewisser Netzteile und damit einen Netzzusam menbruch. Allein schon von der Aufgabe her ist diese Anordnung nicht für Bordnetze von Luft- und Raumfahrzeugen sinnvoll, denn hier ist von vornherein eine für alle Belastungsfälle ausreichende Generatorkapazi tat sichergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine An Ordnung zu schaffen, die Fehlabschaltungen intakter Anlagenteile eines Bordnetzes vermindert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedem Dreh stromgenerator eines elektrischen Bordnetzes je eine Kontrolleinheit zugeordnet ist, deren Ausgangssignale eine zentrale Bordnetzsteuereinheit aus an Vieh bekannten Nand-Gattem, Signalinvertern, Zeitverzögerungsgliedern, Flip-Flops und Speicherelementen zur Schützenauswahl ansteuern, und daß vier verschiedene Gleichstromquellen redundante und unabhängige Gleichspannungspegel für die logischen Elemente, Schaltschützhilfskontakte und die Ausgangsverstärker der Bordnetzsteuereinheit erzeugen, wovon drei der Gleichstromquellen in allen möglichen Kombinationen jeweils paarweise mittels Dioden koppelbar sind. Diese Maßnahmen erlauben, wie nachfolgend noch einge hend erläutert, eine eingehende Analyse aller im Sy stern möglichen Fehler und ihrer Auswirkungen, vor allem für eine Fehlererkennung noch vor dem Start, wobei jedoch nur die fehlerhaften Anlageteile erkann und abgeschaltet werden und keinerlei Umschaltungen zur Fehlerorterkennung notwendig sind.

Außerdem wird vorgeschlagen, daß zur Vorflugprü fung ein weiteres Logiksystem aus Nand-Gattem und Speichern angeordnet ist. Durch diese Maßnahmen ist es zusätzlich zur Steuerung möglich, das elektrische Bordnetz zu überprüfen, ob eine Störung an den elek trischen Elementen während des Anlaufens vorliegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorge schlagen, daß in den beiden Kontrolleinheiten den Ge neratorschaltschützen in an sich bekannter Weise eine Verriegelungsanordnung zugeordnet ist, welche die Generatorschaltschütze bei Übererregungs- bzw. Un tererregungsanzeige sperrt und ein Schütz für die Trennung des Gesamtsystems angeordnet ist.

Die Erfindung ist am Ausführungsbeispiel eines Flug zeugbordnetzes näher beschrieben, erläutert und ge zeichnet. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild des beschriebenen Ausfüh rungsbeispiels eines Flugzeugbordnetzes mit der erfin dungsgemäßen Anordnung,

F i g. 2 das Logikdiagramm der Generatorkontroll einheit in der Anordnung gemäß F i g. 1,

F i g. 3 das Logikdiagramm der erfindungsgemäßer Bordnetzeinheit,

F i g. 4 das Logikdiagramm des Vorflugprüfsystemi in der Anordnung gemäß F i g. 3.

Die F i g. 1 zeigt den gesamten Aufbau des als Aus fiihrungsbeispiel beschriebenen Flugzeugbordnetzes Die Wechselstromversorgung erfolgt durch die Dreh Stromgeneratoren 10,11. Jedem dieser Generatoren isi eine Generatorkontrolleinheit 12,13 zugeordnet, derer

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Stromversorgung von zwei verschiedenen Quellen erfolgt, nämlich von einem Dauermagnetgenerator, der sich mit im Drehstromgenerator befindet und von der Vorrang-Gleichstromsammelschiene 30. Da die Logikschaiikreisc der Gcneratorkontrolieinheiten 12,13 einander gleich sind, wird nachfolgend nur auf die Einheit 12 eingegangen.

Für die innere Stromversorgung der Generatorkontrolleinheit 12 dienen zwei Gleischstromspannungspegel, wovon der eiüc für die mikrominiaturisierten Logikelemente eine Nennspannung von 5VoIt aufweist und der andere für die Schützhilfskontakte und die Ausgangsverstärker eine Nennspannung von 28 Volt besitzt.

Die F i g. 2 zeigt nun das Logikdiagramm der Generatorkontrolleinheit 12, wobei allerdings hier der Stromkreis für die Spannungsregulierung, die Aufteilung von Wirk- und Blindlast sowie die Stromversorgung und die automatische Testeinrichtung der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden sind. Durch den Schalter 15 erhält das Relais 14 bzw. 14a über das Gatter 16 das Schließsignal. Gleichzeitig werden die Schaltkreise zum Schutz gegen Überspannung 20, 21, 22, Überfrequenz 18, 19, Unterspannung 23, 24, 25 und Differentialstrom 26,27,28 nach jeweils einer Inversion auf die Speichereinheit 17 gegeben, die das Relais 14 wieder öffnet

Der zweite Speicher 40 wird durch Signale des Überstromschutz-Kreises 38, 42, 43, 44 angesteuert, wobei im Falle des Auftretens eines Überstromes an der Drehstromhauptschiene 31 der vorgenannte Stromschutzkreis eine inverse Zeitverzögerung aktiviert, solange kein Blindstrom festgestellt wird. Die Signale 87a und 87fc werden zur Bordnetzsteuereinheit 60 geführt. Dadurch ist es möglich, zwischen einer Überlast und einem von Generator U, 12 zu Generator 12, 11 fließenden Blindstrom zu unterscheiden.

Die positiven Ausgänge der Speicher 17, 40 werden zum Gatter 16 geleitet und betätigen zusammen mit dem positiven Signal vom Generatorschaker 15 den Generatorkontrollrelaisverstärker 29. Die Löschung der Speicher 17, 40 erfolgt durch ein Null-Impulssignal von einem Multivibrator 32, wenn der Generatorschalter 15 geschlossen wird. Das Generatorschaltschütz 41 erhält sein Schließsignal vom Schalter 15 und dem Kontrollrelais 14 durch die Gatter 42,43. Die automatische öffnung des Generatorschaltschützes 41 erfolgt u. a. durch die Speicher 17, 40 und 55. Der Speicher 55 wird lediglich durch ein positives Signal 47a, 47b, 48a, 48i> der Über- und Untererregungsmischstromkreise 47, 48 des Generators 10 durch die Gatter 45, 46 und zwei Zeitverzögerungsglieder 49, 50 angesteuert. Der Ausgang des Speichers 55 wird zusammen mit dem Signal des automatischen Parallelschaltdetektors 5t und dem Signal des inversen Parallellaufsperrschaitkreises 52 durch das Gatter 53 zum Gatter 54 geführt. Wenn beide Generatorkontrolleinheiten 12, 13 gleichzeitig Über- oder Untererregung ihrer Generatoren oder einen Differenzstrom zwischen ihnen feststellen, so erzeugt der Parallellaufsperrschaltkreis der erfindungsgemäßen Bordnetzsteuereinheit 60 (Fig.3) ein Signal zum öffnen des Generatorschaltschützes 41.

Diese erfindungsgemäße Bordnetzsteuereinheit 60 bildet die zentrale Steuerungsanlage des elektrischen Bordnetzes. Mit Ausnahme der Generatorschaltschütze *>5 41, 54 wählt die Bordnetzsteuereinheit 60 alle anderen Schütze aus, erregt und entregt sie, entsprechend des Netzbetriebes. Hierfür liefern die Generatorkontrolleinheiten 12, 13 die Ausgangssignale, wovon die Über- und Untererregungssignale auch von der jeweilig anderen Generatorkontrolleinheit 13, 12 benützt werden. Die Stromversorgung der Bordnets Steuereinheit 60 übernehmen zwei Gleichspannungspegei, und zwar einer mit einer niedrigen Spannung von 5 Volt für die mikrominiaturisierten logischen Elemente und einer mit einer höheren Spannung von 28 Volt für die Aufnehmerkreise der Schaltschützhilfskontakte und die Ausgangsverstärker. Diese Pegel werden redundant und unabhängig von vier verschiedenen Stromquellen erzeugt und zwar:

a) von der Drehstromaußenbordversorgung ein umgewandelter 28-Volt-Gleichstrom,

b) ein vom Permanentmagnetgenerator 10 und der Gleichstrom-Vorrangsammelschiene 30 für die Generatorkontrolleinheit 12 gelieferter 28-Volt-Gleichstrom,

c) ein vom Permanentmagnetgenerator 11 und der Gleichstrom-Vorrangsammelschiene 30 für die Generatorkontrolleinheit 30 gelieferter 28-Volt-Gleichstrom,

d) ein von der Gleichstrom-Vorrangsaminelschiene 30 und der Batterie 70 über die Batterie-Sammelschiene 71 gelieferter Gleichstrom von 28 Volt.

Der Gleichstromspannungspegel von 5 Volt wird von dem Pegel in der Bordnetzsteuereinheit 60 durch eine Impulsschaltung hergestellt. Die Gleichstromquelle zu a) wird lediglich für die Außenbordanschlußüberwachung einschließlich der Meßstromkreise, dem GPC-Verstärker und den logischen Elementen benützt. Die Gleichstromquellen zu b), c) und d) können in drei Kombinationen verwendet werden, indem zwei von ihnen mittels Dioden gekoppelt werden. Dadurch wird erreicht, daß ein Kurschluß in einer Versorgung nicht den völligen Ausfall des Systems verursacht. Sinkt die Steuerspannung für die Logikschaltung infolge einer Störung, so ist jedes Schaltschütz geschlossen. Aufbau und Funktion der einzelenen Elemente der Bordnetzsteuereinheit 60 wird nachfolgend beschrieben:

Das Nand-Gatter 80, das den GPC-Verstärker (ground-power-contactor) 81 steuert, muß, um den Verstärker 81 mit einem Nullsignal zu aktivieren, fünf positive Eingangssignale haben. Das Signal des Außenbordanschlusses 82 ist dann positiv, wenn die Phasendrehung richtig ist und keine Über- bzw. Unterspannung und keine Über- bzw. Unterfrequenz der Außenbordstromquelle gemessen wird. Die vier anderen Signale von 83,84,41,54 werden invertiert, ehe sie an das Gatter 80 angelegt werden. Es müssen daher beide Generatorschaltschütze 41, 54 offen sein und beide Einschaltbereitschaftssignale 83, 84 »Null« anzeigen, womit gleichzeitig die Information gegeben ist, daß die Generatoren 10, 11 außer Betrieb sind, ehe sie mit den Sammelschienen 31, 37 verbunden werden. Sind die Generatoren dann in Betrieb, so öffnet das Einschaltbereitschaf tssignal 81, wodurch die Generatorkontrolleinheit 12, 13 das Generatorschaltschütz 41 bzw. 54 ohne Zeitverzögerung schließt.

Die logischen Stromkreise zur Steuerung der Vorlangsammelschienenschütze 85, 86 sind identisch und haben korrelative Eingangssignale. Das Gatter 61, das den Verstärker 62 des Schützes 85 steuert, benötigt drei positive Signale zur Aktivierung des Verstärkers 62 — beim zweiten Schütz des Verstärkers 62a — durch ein Nullsignal. Eines dieser positiven Signale wird durch das Gatter 63 infolge des offenen Zustands des Sammelschienenschützes 86 erzeugt. Ist das Ver-

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stärkereingangssignal positiv, so wird durch seine Inversion oder durch das Schützsignal selbst ein Nullsignal an das Gatter 63 gelegt, welches dann das positive Signal erzeugt. Das zweite positive Signal wird durch das Gatter 64 vom invertierten Signal der Drehstromsammelschiene 31 oder dem invergierten Überstromsignal erzeugt. Beide Signale haben keinerlei Zeitverzögerung. Das Überstromsignal ist erforderlich, damit die Vorrangsammeischiene nicht sofort wegen eines erforderlich, um den Verstärker 111 durch ein Nullsignal zu aktivieren. Das eine Signal, das auch den Schaltschütz 101 steuert, gewährleistet die Schließung der Schütze 109, 101, wenn eine Stromquelle an das System angeschlossen ist.

Das zweite positive Signal wird durch das Gatter 115 von einem Nullsignal eines der Transformatorgleichrichter 116, 117 geliefert und gewährleistet, daß sich das Schaltschütz 109 schließt, wenn einer der Gleich-

mit dem Überstrom verbundenen möglichen Span- io richter 116, 117 ausfällt. Sind letztere in normalem Zu-

nungszusammenbruchs abgetrennt wird.

Das dritte positive Signal wird vom Speicher 65 erzeugt, sobald er gelöscht ist. Dies wiederum wird durch einen von drei Nullimpulsen erzieli, der durch das stand, so ist das Signal »Null« und damit das Schaltschütz 109 offen.

In der erfindungsgemäßen Bordnetzsteuereinheit ist auch ein sogenanntes Vorflugprüfsystem (F i g. 4) ein-

Schließen von dem Generatorkontrollrelais 14 oder 35 15 gebaut, das lediglich das elektrische Bordnetz prüft und

oder durch den Anschluß einer Außenbordversorgung entsteht. Jeder dieser drei Nullimpulse erzeugt durch das Gatter 66 und den nachfolgenden Inverter 67 einen einzigen Nullimpuls. Diese Impulse löschen auch die Speicher 68,69.

Ein Überstrom an der Drehstrom-Vorrangsammeischiene 150 setzt mittels des Signals 87 nach einer inversen Zeitverzögerung durch das Zeitverzögerungsglied 88 den Speicher 65, wodurch sich beide Schütze nicht steuert. Dieses Prüfsystem zeigt also nur an, wenn eine Störung an einer elektrischen Einheit während des Anlaufens festgestellt wird. Eine sogenannte »Gehtnicht-Lampe« 121 leuchtet so lange auf, bis das elektrisehe Bordnetz in Ordnung ist.

Das Logiksystem des Vorflugprüfsystems ist in F i g. 4 gezeigt. Zur Prüfung des Hilfsaggregat-Anlaufs und der Batterieversorgung der Gleichstrom-Vorrangschiene 30 dient das Gatter 120. Jedes der vorgeschrie-

85. 86 öffnen. Das Eingangssignal für den vorbeschrie- 25 benen Nullsignale wird über Inverter 122 durch das

benen Schaltkreis liefern die Stromwandler an der Vorrangsammelschiene 150.

Das Gatter 100, das den Verstärker 110 des Schaltschützes 101 auf der Sammelschienenseite steuert, be Nand-Gatter 120 im Speicher 123 gespeichert und dabei dessen Ausgang von »Null« in positiv geändert. Durch Schließen des Schalters 138 wird die Batterie-Sammelschiene 71 mit der Gleichstrom-Vorrangschie-

nötiet zur Aktivierung des Verstärkers 110 durch ein 30 ne 30 verbunden und so das Prüfsystem unter Strom

Nullsignal fünf positive Signale.

Das erste Signal liefert der Schalter 36, der normalerweise geschlossen ist und nur bei speziellen Wartungsbedingungen geöffnet wird und seinerseits dann das Schaltschütz 101 öffnet.

Das zweite positive Signal wird durch das Gatter 102 von einem Nullsignal eines offenen Generatorschaltschützes 41 bzw. 54 erzeugt oder aber von einem Nullsignal, welches beim Betrieb mit beiden Generatoren 10,11 durch das Gatter 103 erzeugt wird. Das positive Signal des Parallellaufsperrschaltkreises bzw. Speichers 68 an das Gatter 103 zeigt an, daß während des Parallelbetriebes keine Störungen auftreten. Das zweite Signal wird durch das Gatter 104 von einem der invertierten automatischen Parallelschaltsignale aus den Gliedern 105 bzw. 106 erzeugt

Das dritte positive Signal für das Gatter 100 wird durch den Inverter 107 qnd die entsprechenden Gatter 108,109.112 und 113 von den nicht verzögerten Überstromsignalen der Generatorkontrolleinheiten 12, 13 und dem Rückkopplungssignal des Verstärkersteuersignals erzeugt Im allgemeinen sind alle diese drei Signale »Null«.

Das vierte positive Signal für das Verstärkersteuergesetzt Der Schalter 125 betätigt den Starter 126 zum Anlassen des Hilfsaggregates 127. Der Schalter 128 setzt das Vorflugprüfsystem in Gang, indem er den Thyristor 145 zündet. Ein Multivibrator 151 löscht durch einen Nullimpuls sofort alle Speicher. Die Überprüfung der Generatoren 10, 11 wird mit dem — beiden Aggregaten gemeinsamen — Haupt-Nand-Gatter 130 und dem gemeinsamen Speicher 131 durchgeführt, wobei die den beiden Generatoren gemeinsamen Signale direkt an das Gatter 130 gelegt werden, während die verschiedenartigen Signale an die Gatter 132 bzw. 133 gegeben werden, von wo sie zum Gatter 134 geleitet werden, das im gegebenen Fall ein positives Signal an das Hauptgatter 130 abgibt Arbeitet der Generator 10 ordnungsmäßig, so sind die Schütze 101, 85, 41 geschlossen. Das Schaltschütz 109 schließt sich nur für die Zeit, bis beide Transformatorgleichrichter 116,117 den erforderlichen Zustand eingenommen haben. Zur Aufladung der Batterie 70 durch das Ladegerät 137 öffnet sich das Schaltschütz 135. Der Batterieschalter ist in der Zeichnung mit 138 bezeichnet Das Gatter 136 erzeugt ein positives Signal für das Hauptgatter 130, wenn ein Nullsignal der Schaltschütze 85,86 an seinen Eingang gelegt wird. Liegt nirgends ein Fehler vor, so

gatter 100 wird durch die Löschung des Überstrom- 55 wird durch das Hauptgatter 130 der Speicher 131 mit speichere 69 erzeugt Die zeitverzögerten Uberstromsignale werden von den Generatorkontrolleinheiten 12,
13 geliefert und zeigen den Überstrom an einer der
Drehstrom-Hauptschienen 31,37.

einem Nullsignal gespeichert wobei sich der Speicherausgang von »Null« in positiv ändert Zur Überprüfung des Parallelbetriebes beider Generatoren 10, 11 dienl sowohl das Gatter 136 als auch das Hauptgatter 140

Das fünfte positive Signal schließt über das Gatter 60 welches bei ordnungsmäßigem Parallelbetrieb über ein

118 das Schaltschütz 101, sobald eine Stromquelle an Zeitverzögerungsglied 141 den Speicher 142 belegt

das System angeschlossen wird. Die Relais 14 der Ge- Die Ausgänge der Speicher 123,131,142 werden an das

neratorkontrolleinheiten 12, 13 sind geschlossen, falls Gatter 143 gelegt das dann ein Nullsignal erzeugt

nicht die Außenbordversorgung an das Flugzeug ange- wenn die Vorprüfung keine Fehlerquelle ermittelt hat

schlossen wird. ^6s Ober den Verstärker 144 wird der Thyristor 145 ge

Zur Steuerung des Verstärkers 111 des Schaltschüt- löscht und damit gleichzeitig die Lampe 121. zes 109 sind zwei positive Signale für das Gatter 114

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

20 07S93 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung, Überwachung und Prüfung von Bordnetzen in Luft- und Raumfahrzeugen mit zwei Konstantfrequenzdrehstromquellen

im Parallelbetrieb mit Sensoren und logischen Schaltkreisen zur Fehlererkennung und deren Selektion, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Drehstromgenerator (10,11) eines elektrischen Bordnetzes je eine Kontrolleinheit (12,13) zugeordnet ist, deren Ausgangssignale eine zentrale Bordnetzsteuereinheit (60) aus an sich bekannten Nand-Gattern, Signalinvertern, Zeitverzögerungsgliederri, Flip-Fiops und Speicherelementen zur Schützenpuswahl ansteuern, und daß vier verschiedene Gleichstromquellen (82; 10, 30; 11, 30; 30, 70) redundante und unabhängige GJeichspannungspegel für die logischen Elemente, Schaltschützhilfskontakte und die Ausgangsverstärker der Bordnetzsteuereinheit (60) erzeugen, wovon drei der Gleichstromquellen (10, 30; 11,30; und 30, 70) in allen möglichen Kombinationen jeweils paarweise mittels Dioden koppelbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorflugpi üfung ein weiteres Logiksystem aus Nand-Gattem (120, 130, 140) und Speichern (123,131,142) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Kontrolleinheiten (12,13) den Generatorschaltschützen (41, 54) in an sich bekannter Weise eine Verriegelungsanordnung (45,46) zugeordnet ist, welche die Generatorschaltschütze (41, 54) be« Übererregungs- (48a, 48b) oder Untererregungsanzeige (47a, 476) sperrt, und daß ein Schütz (101) für die Trennung des Gesamtsystems vorgesehen ist.