DE2142221A1

DE2142221A1 - Kühlanlagen für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2142221A1
Application number: DE19712142221
Authority: DE
Inventors: Giovanni Terze SuI Brenta Vincenza Marchiorello (Italien)·
Original assignee: Officine di Cittadella S.p.A., Cittadella, Padua (Italien)
Priority date: 1970-08-21
Filing date: 1971-08-23
Publication date: 1972-02-24
Also published as: IT940179B; FR2102009A5; CH525105A; NL7014023A

Description

DR. EBICH NEUGEBAUER

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(NEBEN DEM DEUTSCHEN PATENTAMT) / ' 'TEIiEX 5-84477

25. August 1971

Besohrelbung zu der Patentanmeldung

OPPICINE DI CITTADELLA S.p_aA. Borgo Treviso 72, Cittadella (Padova) Italien

betreffend
Kühlanlagen für Kraftfahrzeuge

Die vorliegende Erfindung betrifft Anlagen für gekühlte Kraftfahrzeuge.

Es sind bereits Anlagen bekannt, Vielehe aus einem durch den Motor des Kraftfahrzeuges antreibbaren Wechselstromgenerator und aus einer Kühlanlage-Gruppe bestehen. Der Kompressor dieser Gruppe wird durch einen Wechselstrommotor angetrieben, welcher seinerseits durch den Generator oder bei stehendem Fahrzeug durch das Netz eingespeist wird.

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Bei derartigen Anlagen erfordert der Kompressor ein erhöhtes Anfahrmoment; folglich müssen sowohl der Generator als auch der Wechselstrommotor überdimensioniert werden, um das erforderliche Anfahrmoment erzeugen zu können.

Der Vorschlag, den Generator mit Übermaß zu bauen, führt zu Problemen des Raumbedarfs, da der zur Verfugung stehende Raum für die Kühlzelle benötigt wird und da der Generator normalerweise schlecht auszunutzen ist.

™ Um die Probleme der Überdimensionierung zu vermeiden,

wurde bereits ein kleindimensionierter Generator (Deutsche Patentschrift Nr. 1 232 170) vorgeschlagen, welcher in seinen Abmessungen auf dem normalen Leistungsbereich der Kühlanlagen-Gruppe abgestellt ist, wobei der Wechselstrommotor angefahren wird, indem man das Anfahrmoment momentan mit Hilfe einer Übererregung auslöst. Diese nur zeitlich begrenzte Übererregung des Generators wird erzielt, wenn man während des Anfahrens einen Widerstand ausschaltet, welcher normalerweise in Serie mit dem Erregerkreis liegt. Diese Übererregung kann auch mit Hilfe einer Hilfswicklung erzielt werden.

Die Anlagen dieser Art sind nicht nur von ziemlich komplexem Aufbau, sondern begrenzen auch die Möglichkeit des automatischen. Anfahrens der Gruppe motorisch betriebener Kompressoren, wenn man davon ausgeht, daß man notwen-

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digerweise den Elektromotor nur dann anläßt bzw. anfährt, wenn sich der Motor des Fahrzeuges mit niederer Leistung dreht. In der Tat liefert der unterdimensionierte Generator nur eine begrenzte Kraft, welche zum Anfahren nicht ausreicht und welche zu gering ist, um den Asynchron-Motor auf die erhöhten Werte der Einspeisefrequenz zu bringen.

Darüber hinaus kann die die Übererregungsenergie liefernde Batterie weder in der Spannung noch im Strom noch in der Zeitdauer einen gewissen Wert überschreiten, da im ersten Fall die im Kraftfahrzeug befindliche Batterie nicht ausreicht und beim zweiten Fall die Anlage einer sehr starken Belastung ausgesetzt wird. Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die Übererregung zu begrenzen, indem die Kühlanlagen-Gruppe nur dann angefahren wird, wenn der Motor des Kraftfahrzeuges gedrosselt bzw. verlangsamt wird.

Es ist zu erwähnen, daß die Schwierigkeiten beim Anfahren ausschließlich auf die fehlende Antriebskraft des Generators zurückzuführen sind. Wenn der Asynchron-Motor angehalten wird oder sieh mit einem Schlupf nahe zur Einheit dreht, dann ist die Last des Generators beträchtlich, während die Stärke des Stromes erhöht ist. Dies führt zu großen Spannungsabfall©!! im Inneren des Genera» tors. Die Spannung des unter Last befindliohen Ausgangs

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ist wesentlich geringer und reicht nicht aus, um den Motor in einem stabilen Arbeite- oder Leistungsbereich laufen zu lassen·

Polglich ist das Problem des Anfahrens des Asynchron-Motors nur ein Problem der Regulierung der Spannung am Ausgang des Generators. Falls eine derartige Spannung konstant wäre (wie dies der Fall ist bei einem am Außennetz fixiert angeschlossenen Motor), dann würde das Problem nicht existieren.

Das Problem der Spannungsregelung am Ausgang des Generators stellt sich nicht nur im Anfahrmoment des Asynchron-Motors, sondern auch dann, wenn am Ausgang des Generators die Ventilatoren angeschlossen werden.

Erfindungsgemäß werden die genannten Nachteile bei Verwendung einer Anlage beseitigt, welche einen durch den Motor des Fahrzeuges angetriebenen Generator und eine Kühlanlagen-Gruppe aufweist. Der Kompressor dieser Gruppe wird P durch einen Wechselstrommotor angetrieben, welcher durch den Generator oder durch das Wechselstromnetz eingespeist ist. Der Erregerstrom des Generators wird beim Anfahren des Motors zeitweise erhöht. Die Anlage gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, die Erregerwicklung des Generators an den Ausgang des Gleichrichtergerätes des in den An-

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kerwicklungen fließenden Stromes angeschlossen ist, und das Mittel zur Leerlauferregung und zum Einschalten des Motors der Kühlanlagen-Gruppe am Ausgang des Generators selbst vorgesehen sind.

Bei Verwendung einer derartigen Anlage ist der durch den Generator erzeugte Strom insgesamt oder teilweise weggenommen, .gleichgerichtet und wird verwendet, um den Generator selbst zu erregen; eine derartige Erregung ist nicht konstant, sondern verändert sich automatisch nach Maßgabe der Belastung, wodurch am Ausgang des Generators selbst eine von diesem unabhängige Spannung erzielt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Anordnung j

Fig. 2 das Schaltschema der Fig. 1 in vereinfachter Darstellung, und

Fig. 5 eine die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung in einer graphischen Darstellung.

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Wie die Zeichnung.zeigt, besteht die Anordnung aus einem Generator 2, welcher mechanisch mit dem Motor 5 des Fahrzeugs verbunden ist, wobei der Generator 2 einen Wechsels trom-Asynchron-Mo tor 6 mit Strom versorgt, welcher den nicht dargestellten Kompressor eines Kühlaggregates antreibt.

Der Generator 2 kann auch die Ventilatoren 7 mit Wechselstrom speisen·

In dem Generator 2 sind die Wicklungen 1, die im Stator oder Anker angeordnet sein können, zentral zu einem Stern mittels eines Stromkreises verbunden, der eine Dioden-Graetz-Schaltung darstellt, deren Ausgang mit dem Generator-Erregerstromkreis verbunden ist, dessen Gesamtwiderstand R ist.

In dem Generator-Erregerstromkreis 15 ist ein Unterbrecher 4 vorgesehen, der von einer Gruppe von Unterbrechern gebildet wird, die dazu bestimmt sind, die Umgebungsbedingunk gen bzw. -temperatur der Kühlzelle zu regulieren, wobei der Unterbrecher den Erregerstrom und den induzierten Strom des Generators unterbrechen kann.

Parallel zu dem den Widerstand R umfassenden Stromkreis ist ein Stromkreis geschaltet, der eine Gleichspannungsquelle B und einen variablen Widerstand R. umfaßt, wobei letzterer dazu dient, die Anordnung einzustellen. Die Spannungsquelle B kann eine Akkumulatorbatterie sein wie sie normalerweise bei einem Kraftfahrzeug vorhanden ist.

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Die Polungen sind so, daß der durch den Widerstand R fließende Strom infolge seines Eingangs in den Kreis der Gleichspannungsquelle B in der gleichen Richtung gerichtet ist, wie der Strom am Eingang der Graetz-Diodenschaltung.

Mit I_ ist der Erregerstrom bezeichnet, mit L. der Strom, welcher die die Dioden-Brücke und zwar im Verhältnis zur Last am Generator durchläuft, und mit I_n ist der Gleichstrom bezeichnet, welcher von der Gleichstromquelle B bei Leerlauf zum Erregerkreis geliefert wird. Die Anlage arbeitet wie folgt:

Im Moment des Einschaltens des Unterbrechers 4 erzeugt der Strom I„ bei Durchlaufen der Erregerwicklungen 15 des Generators eine elektromotorische Kraft E_Q, welche ihrerseits

einen Strom I_x in den Wicklungen 1 des Ankers und somit ι«

in der Last fließen läßt. Da der Motor noch nicht angefahren ist, entspricht sein Schlupf demjenigen der Baueinheit und stellt infolgedessen eine erhöhte Last dar, welche vom Generator einen erhöhten Strom L abfordert. Ein derartiger Strom löst einen beträchtlichen Spannungsabfall im Inneren des Generators 2 aus; aus diesem Grund ist die an der Last angelegte Spannung gering. Als Folge davon ist das Anfahrmoment des Asynchron-Motors 6 gleichfalls sehr niedrig.

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Der genannte, die Diodenbrücke durchlaufende gleich- ' gerichtete Strom I, wird vollständig odor teilweise in c-n Erregerkreis des Generators eingeleitet; er löst eine v-os tive Reaktion aus, welche die Neigung besitzt, die e^ ,romotorische Leerlauf kraft E_Q schnell ansteigen zu lasser.., und zwar derart, daß trotz der erhöhten inneren Spannungsabfälle die an Ausgang des Generators verfügbare Spannung Vj. ausreicht, den Motor 6 anzufahren.

_f Nach Maßgabe der sich erhöhenden Drehgeschwindigkeit des Motors verringern sich der Schlupf, die vorherrschende Last als auch der durch den Motor absorbierte bzw. aufgenommene Strom. Die Spannungsabfälle im Inneren des Generators verringern sich gleichfalls. Da der Erregerstrom I„ den Veränderungen des Stromes I- folgt, verringert sich die durch den Generator erzeugte elektromotorische Kra-'t 2. gleichfalls und zwar dergestalt, daß die Spannun., V^ am Ausgang des Generators im wesentlichen konstant ist.

In der Praxis ist es die Last (Belastung), .'eicht ~<?π« Generator eine elektromotorische Leerlaufkraft E^ auferlegt, um am Ausgang desselben eine Spannung Vr zu erzeufen. Diese ist selbst dann konstant, weil sich die Last (Belastung) verändert und 1st trotzdem in der Lage, den Asynchronmotor 6 anlaufen zu lassen.

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Im Gegensatz zu bislang verwendeten Anlagen, welche mit konstanter Übererregung arbeiten, arbeitet die Anlage nach der vorliegenden Erfindung mit einer variablen Übererregung, welche so wirksam ist, daß der Generator zu jedem Zeitpunkt die von der Last abgeforderte Kraft bzw. Spannung zur Verfügung hält.

Bei Einführung einiger vereinfachender Hypothesen kann das Regelsystem für die erfindungsgemäße Anlage unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 der Zeichnungen dargestellte Diagramm erläutert werden.

In diesem Diagramm ist die Fläche in vier Quadranten aufgeteilt:

Im ersten Quadranten sind die Veränderungen der Spannung V_R an den Klemmen des Widerstandes R als Funktion des Stromes I_ß der Konstant-Spannungsquelle bzw. Batterie B wiedergegeben;

im zweiten Quadranten sind die Veränderungen der Spannung V_n

als Funktion des Stromes Ij. in der Last dargestellt; im dritten Quadranten ist die Veränderung der Spannung Vj.

am Ausgang des Generators (und folglich an seiner Belastung, wobei die Spannungsabfälle in der Leitung vernachläßigt sind) nach Maßgabe des Stromes I- dargestellt; im vierten Quadranten ist die Erreger-Charakteristik wieder-

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gegeben, das heißt die Kurve, welche die Veränderung der elektromotorischen Kraft E_Q nach Maßgabe des ira Uiders strömenden Erregerstromes I_R wiedergibt. Wie aus dem Diagramm bzw. Schaubild ersichtlich ist, erhält man die geeignete Regulierung durch Vierte, welche dem V/iderstanu _ des Erregerkreises, dem zusätzlichen Yfiderstand R. und cu r Spannung der,Batterie B angepasst sind. Man erhält:

Bei I- as 0 ist bei I^q zur Erzielung des Leerlaufes an den Klemmen des Generators eine Spannung vorhanden, welche der Nominal-Spannung V^q entspricht;

eine Neigung der geraden Linie 10 (welche die Veränderung V_R als Funktion des Stromes I·» wiedergibt) befähigt zu einer angemessenen Kompensation der Spannungsabfälle bei Zunahme der Strom- bzw. Spannungsquelle ( und damit *· Zunahme des Stromes Ij)*

Sie dem Diagramm entspringenden Werte der Schaltung (im geeigneten Maßstab) gestatten eine automatische Regulierung: wenn man davon ausgeht, daß der Generator mit einer Anzahl konstanter Umdrehungen läuft und wenn Kosinus der Spannungsquelle dem Kosinus der Kurzschlüsse des Generators entspricht und wenn die Charakteristik der Last durch die gerade Linie 8 wiedergegeben ist und wenn die Last an der Spannung Vjß angelegt wird, dann fließt ei:-- Strom Ι_ΤΊ .Dieser Strom wird in der Graetz-Diodensohal-cung

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gleichgerichtet und verläuft zum Teil im Widerstand R und zum Teil im Erregerleerlaufkreis des Generators.

Der Strom läuft mit einer Intensität I-. im Erregerkreis; wie aus der graphisohen Darstellung zu entnehmen ist, ist der Strom so geleitet, daß er die Belastung der Batterie B verursacht.

Die Spannung an den Klemmen des Widerstandes R ist zurückzuführen auf den Strom I„, = L, - I₀₁- Seinen Wert erhält man durch die Ordinate des Schnittpunktes 14 der geraden Linie 9 mit der geraden Linie 10.

Der Strom I_R, erzeugt im Generator eine elektromotorische Kraft E₀₁, falls die gerade verlaufende Linie 11 die Erregercharakteristik des Generators darstellt.

Die elektromotorische Kraft EL₁, verringert um die Spannungsabfälle im Generator (Kurve 12 im Quadranten L. - V-) ergibt am Ausgang des Generators die Spannung VV. Der Schnittpunkt 13 der gerade verlaufenden Linie 8 mit der geraden Linie 12 stellt den Punkt der Wirkungsweise der Anlage dar, welche einer Intensität des Stromes JL., entspricht.

Wenn bei diesen Bedingungen die Last ansteigt (Belastung Größewert) beispielsweise durch Einführen eines oder

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mehrerer Ventilatoren 7 mit einem konstanten Kosinus-Wert, muß der Generator eine wesentlich höhere Stromstärke erzeugen und die Lastlinie wird die Linie 8; falls man die vorangehenden Überlegungen verwirft, erhellt man, daß die gerade Linie 9 die gerade Linie 9' wird. Diese Linie trifft die gerade Linie 10 im Punkt 14' (die Linie 10 ist fixiert, da sie von der Last unabhängig ist).

Die Stromintensität an der Last wird I_TO und setzt sich in einen Strom Ι_ΏΟ um, welcher im Erregerkreis des Genera- ^v tors strömt und welcher die Batterie B auflädt. Sie setzt sich gleichfalls um in einen Strom I_R2 = I_₂ - I_₂, welcher im Widerstand R läuft.

Der Strom I₀₀ erteilt dem Generator eine elektromotone

rische Kraft E_Q2, welche verringert um die inneren Spannungsabfälle des Generators (die parallel zur Kurve 12 verlaufende Kurve 12' besteht, da bei den gegebenen Voraussetzungen die inneren Eigenschaften des Generators unabhängig von der Last sind) im Quadranten I_L, Vr den neuen Punkt 13' stabile * Wirkungsweise des Generators bei der Spannung ν_ΤΛ bestimmt.

LA)

Falls im Gegensatz dazu die Belastung geringer wird, setzt sich die Kurve 8 in der Kurve 8^I! fort. Der Strom in der Last wird I_T·,. Die Kurve 9 setzt sich in der Kurve 9'' fort und der Strom im Widerstand R wird I_R3>. ein Strom, wel-

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eher zum Teil auf L., und zum Teil auf L·., zurückzuführen ist. Letzterer wird nunmehr durch die Batterie B geliefert.

Der Strom I_R^ erteilt dem Generator eine elektromotorische Kraft E₀-,, welche um die inneren Spannungsabfälle des Generators verringert die Spannung am Ausgang des Generators auf dem Konstantwert V₁. _Λ hält.

Es ist offensichtlich, daß die Regulierungsmöglichkeit nur dann vollständig ist, falls die gesetzten Voraussetzungen realisiert sind. Man kann der Durchführung der Kompensation des Leistungsfaktors der am Generator angelegten Last nicht Rechnung tragen.

Für de,n Motor und die Anlagen, welche die Kühlgruppen bilden, werden die Voraussetzungen mit guter Annäherung erreicht. Außerdem verändert sich der Paktor der Kraft (Leistung) zwischen den bekannten Grenzen, welche als bekannt anzusehen sind und welche selbst innerhalb bestimmter Endpunkte liegen. Es ist dennoch möglich, auf einfache Weise eine angepaßte (angemessene) Kompensation zu erreichen.

Es ist außerdem offensichtlich, daß sich der Generator nur nach Maßgabe des maximalen Strpmes sättigen muß, welcher im Erregerstromkreis fließen kann, um das Spannungsregelsystem wirksam arbeiten zu lassen.

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Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf den Erregerleerlaufkreis verzichtet. Man bedient sich des Restmagnetismus des Generators, um zum gleichen Ergebnis zu kommen. Dies geschieht natürlich mit einer veränderten Schaltung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Schaltung 3 (Graetz-Schaltung) wird anstelle direkter Verbindung an den Wicklungen 1 des Ankers (Status) ein Transformator derart * angeschlossen, daß die Werte der Bauteile der Schaltung veränderlich sind.

- Ansprüche -

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Claims

2Η2221 Ansprüche

1. Kühlanlage für Kraftfahrzeuge mit einem durch den Motor des Fahrzeuges angetriebenen Generator, mit einer Kühlanlagen-Gruppe, deren Kompressor durch den Generator oder durch das Netz eingespeisten Wechselstrommotor betätigt wird, während der Erregerstrom des Generators beim Anfahren des Motors zeitweise erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (l) des Generators an den Ausgang des Gleichrichtergerätes (3) des in den Ankerwicklungen fließenden Stromes (I₁) angeschlossen ist, und das Mittel zur Leerlauferregung und zum Einschalten des Motors (6) der Kühlanlagen-Gruppe am Ausgang des Generators selbst vorgesehen sind.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zur Gleichrichtung des Ankerstromes durch eine direkt von der Generatorwicklung eingespeiste Graetz-Brückenschaltung gebildet ist.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter für den Ankerstrom durch eine mit Hilfe von Transformatoren an den Anker angeschlossene Schaltung gebildet ist.

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4. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Anlage eine Quelle (B) für elektromotorische Kraft zugeordnet ist, welche in der Erregerwicklung des Generators einen Gleichstrom (i-n) fließen läßt, wobei dieser Gleichstrom die gleiche Polarität besitzt wie der Strom am Ausgang des Gleichrichters.

5. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Erregerleerlaufkreis des Generators einen Widerstand (R*) aufweist, welcher in Serie mit der Gleichstromquelle (B) für elektromotorische Kraft und mit der Erregerwicklung geschaltet ist, und daß der Widerstand (R.) in der Einsatzpunktphase der Anlage regelbar ist.

6. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichenet, daß die Quelle (B) für elektromotorische Kraft durch die Batterie des Kraftfahrzeuges gebildet

\ ist.

7. Kühlanlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Graetz-Brückenschaltung die Leerlauferregung des Generators erzeugt.

8. Kühlanlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, da durch gekennzeichnet , daß sie in Serie mit

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der Erregerwicklung einen Unterbrecher (4) aufweist, um den Erregerstrom abzuschalten und somit in den Erregerwicklungen (1) zu unterbrechen.

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