DE2945919C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehzahlvariable Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 16 13 695 (= US-PS 34 31 483) bekannt.

Bei der gattungsgemäßen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung entstehen ausgangsseitig Überspannungen, die von Direktumrichtern der Vorrichtung nach einer Belastungsverringerung oder dem Auftreten eines Leerlaufzustands während einiger darauffolgender Perioden, z. B. drei bis vier Perioden der Ausgangsspannungen, erzeugt werden. Diese Überspannungen verursachen verschiedene Probleme, z. B. Fehlkommutierungen der steuerbaren Gleichrichter in den Direktumrichtern und Störungen in den Verbrauchern, die von Ausgangsspannungen gespeist werden.

Die während der ersten Perioden der Ausgangsspannungen nach einer Belastungsverringerung oder dem Auftreten eines Leerlaufzustands hervorgerufenen Überspannungen haben verschiedene Ursachen. Jeder Direktrichter hat einen Innenwiderstand und muß an seinem Ausgang mit einem Kondensator versehen sein, der eine hohe Kapazität hat und als Tiefpaßfilter zur Beseitigung der durch die Gleichrichter der Direktumrichter in den Ausgangsspannungen hervorgerufenen Welligkeit bzw. Oberwellen dient. Beim Auftreten einer Belastungsverringerung oder eines Leerlaufzustands steigen die Ausgangsspannungen über den Spannungssollwert an, und zwar wegen des starken, einen Leistungsfaktor von nahezu null aufweisenden Stroms, der von den Filterkondensatoren aufgenommen wird, und wegen des Innenwiderstands der Direktumrichter. Die für die einzelnen Phasen der Leistungsgeneratorvorrichtung vorgesehene Spannungsregler sind nicht in der Lage, die Ausgangsspannungen innerhalb der ersten Perioden, z. B. drei bis vier Perioden, nach dem Auftreten einer Belastungsverringerung oder eines Leerlaufzustands, zu verringern, weil der Spannungsregelkreis eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit (eine hohe Zeitkonstante) aufweist. Die Geschwindigkeit des Spannungsregelkreises läßt sich bei der bekannten drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung nicht erhöhen, weil dies zu einer Regelkreisinstabilität führt.

Aus der DE-AS 23 05 251 ist es zwar bekannt, die Spannungsregelung in Abhängigkeit der Ströme zu unterbrechen; dort geht es aber um zu große Wechselstromabnahme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der Überspannungen stärker vermindert sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche sind auf Weiterbildungen dieser Lösung gerichtet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt eine Begrenzung der Spannungswerte der Ausgangsspannungen, die von den Direktumrichtern erzeugt werden, auf das Spannungssollwertmaximum, und zwar von dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Auftreten einer Belastungsverringerung oder eines Leerlaufzustands bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Spannungsregelkreis wieder die Regelung der Spannungsamplituden der Wechselleistungssignale übernehmen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Spannungsreglers 10 der Vorrichtung nach Fig. 1, der erfindungsgemäß durch Hinzufügung der Schaltung 20 abgewandelt ist,

Fig. 3A und 3B Oszillogramme einer Ausgangswechselspannung und einer zugehörigen Bezugsspannung für den Fall, daß eine 18-KVA-Belastung von einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung und einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung dieser Art weggenommen wird,

Fig. 4A und 4B Oszillogramme einer Ausgangswechselspannung und der zugehörigen Bezugsspannung für den Fall, daß eine 27-KVA-Belastung von einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäß ausgebildeten Generatorvorrichtung entfert wird, und

Fig. 5A und 5B Oszillogramme einer Ausgangswechselspannung und der zugehörigen Bezugsspannung für den Fall, daß keine 40-KVA-Belastung von einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäß ausgebildeten Generatorvorrichtung entfernt wird.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung. Sie enthält eine Generatoreinheit GP, eine Gleichspannungsversorgungseinheit CP, die die Versorgungsgleichspannungen für die gesamte Vorrichtung liefert, einen Gleichspannungsregler REG, der den Feldgleichstrom eines Erregers EXC in der Generatoreinheit GP einstellt, drei Frequenzwandler 200 A, 200 B, 200 C, einen 400-Hz-Schwingungsgenerator 12 und drei Phasenspannungsregler 10.

Die Generatoreinheit GP enthält einen Permanentmagnetgenerator PMG, den Erreger EXC und den Hauptgenerator MG. Die drei Rotationsmaschinen PMG, EXC und MG werden von einem Hauptantrieb, z. B. der Verbrennungskraftmaschine eines Luftfahrzeugs, angetrieben. Sie laufen nacheinander in der angegebenen Reihenfolge vom Start der Verbrennungskraftmaschine des Luftfahrzeugs an bis zu deren Betriebsdrehzahl hoch. Die Gleichspannungsversorgungseinheit CP und der Gleichspannungsregler REG erhalten ihre Versorgungs- bzw. Betriebsspannung vom Permanentmagnetgenerator PMG. Wegen der variablen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine des Flugzeugs ändert sich die Frequenz der Ausgangsspannung des Hauptgenerators MG. Wenn der Hauptgenerator MG jedoch mit Nenndrehzahl läuft, beträgt die Frequenz seiner Ausgangsspannung etwa 3500 Hz. Die Aufgabe der Vorrichtung nach Fig. 1 besteht darin, die vom Hauptgenerator MG mit veränderlicher Frequenz und gewöhnlich auch veränderlicher Amplitude abgegebene Spannung in eine Ausgangsspannung mit konstanter Frequenz umzuwandeln, die gewöhnlich 400 Hz beträgt und eine weitgehend konstante Amplitude aufweist, und diese Ausgangsspannung in einem Mehrphasensystem abzugeben. Die Vorrichtung nach Fig. 1 liefert eine dreiphasige Ausgangsspannung V _a , V _b , V _c an eine (nicht dargestellte) Last LD.

Die Ausgangsspannungen V _a , V _b , V _c werden auch den Reglern 10 zugeführt, die als für die Phasen a, b und c getrennt vorgesehen betrachtet werden können. In den Reglern 10 werden die Ausgangsspannungen V _a , V _b und V _c , wie noch anhand von Fig. 2 näher betrachet wird, gleichgerichtet und gefiltert bzw. geglättet, und die Ausgangsgleichspannungen werden jeweils über Leitungen 27, 28 und 29 als Bezugsspannungen V₂₇, V₂₈ und V₂₉ (siehe Fig. 2), deren Größe jeweils von den Ausgangsspannungen V _a , V _b und V _c abhängt, dem 400-Hz-Schwingungsgenerator 12 zugeführt und dienen zur Steuerung der Amplituden der Ausgangswechselspannungen V 21 A, V 12 B und V 12 C dieses Generators 12, die jeweils einem der Frequenzwandler 200 A, 200 B und 200 C als Bezugswechselspannungen zugeführt werden. Die Bezugswechselspannungen V 21 A, V 12 B und V 12 C bestimmen die Amplitude, Frequenz und Phasenlage jeweils der Ausgangsspannungen V _a , V _b und V _c . Daher ist ein Rückführkreis (zur Istwertrückführung) bei jedem der Frequenzwandler 200 A bis 200 C vorgesehen, über den der Istwert der Ausgangsspannung zurückgeführt wird, so daß sich ein geschlossener Regelkreis ergibt. So wird bei dem Frequenzwandler 200 A die Ausgangsspannung V _a dem Regler 10, von diesem in Form der Bezugsspannung V₂₇ in den Schwingungsgenerator 12 und von dort in Form der Bezugswechselspannung V 12 A zurück in den Wandler 200 A geleitet. Dieser erste Rückführkreis hat eine verhältnismäßig geringe Ansprechgeschwindigkeit, wie sich aus der nachstehenden Beschreibung noch ergibt, und ist daher nicht in der Lage, abnormale Spannungsamplituden, wie sie bei einer Belastungsverringerung oder dem Auftreten eines Leerlaufzustands auftreten, rasch wieder auf den Sollwert zurückführen.

Jeder Frequenzwandler 200 A, 200 B, 200 C ist mit einem zweiten Rückführkreis versehen. Betrachtet man wieder den Frequenzwandler 200 A, der ebenso wie die beiden anderen Frequenzwandler 200 B und 200 C ausgebildet ist, so daß es genügt, nur diesen zu betrachten, dann beginnt der Rückführkreis auf der rechten Seite des Frequenzwandlers 200 A. Die Ausgangsspannung V _a wird in ein Rückführnetzwerk FB geleitet, das ein der Ausgangsspannung entsprechendes Signal V _F erzeugt, das in einem Vergleicher S in dem Wandler 200 A mit der Bezugswechselspannung V 12 A verglichen wird. Der Vergleicher ist ein Summierglied, das im subtrahierenden Sinne wirkt. Wie Fig. 1 zeigt, wird die Bezugswechselspannung V 12A dem positiven Eingang des Vergleichers S zugeführt, während das Signal V _F dem negativen Eingang zugeführt wird. Der Vergleicher S erzeugt daher ein Fehlersignal V _e (auch Differenzsignal oder Regelabweichung genannt), das im Wandler 200 A weitergeleitet wird. Das heißt, obwohl ein zweiter Rückführkreis (über das Rückführnetzwerk FB, auch Istwertgeber genannt) vorgesehen ist, ist die Ansprechgeschwindigkeit der gesamten Einrichtung dennoch zu niedrig, um Überspannungen mit hinreichender Geschwindigkeit zu beseitigen.

An den Vergleicher S schließt sich ein Verstärker AMP an, der das Fehlersignal V _e verstärkt, und außerdem wird die verstärkte Ausgangsspannung des Hauptgenerators MG einem Zündschwingungsgenerator FW zugeführt, der Zündsignale mit der Frequenz der Ausgangsspannung des Hauptgenerators MG, jedoch mit verbesserter Kurvenform, erzeugt. Die Modulatoren MD intermodulieren die Ausgangssignale des Verstärkers AMP und des Zündschwingungsgenerators FW, und das intermodulierte Ausgangssignal wird einer Gruppe von Direktumrichtern CCL (Zyklokonvertern) zugeführt, die als Eingangssignale auch die Ausgangsspannung des Hauptgenerators MG erhalten. Die Ausgangsspannung der Direktumrichter CCL hat die gewünschte konstante Frequenz von 400 Hz, muß jedoch durch Filter FIL gefiltert werden, um Oberwellen bzw. eine Welligkeit mit Hauptgeneratorfrequenz zu beseitigen. Das gefilterte Ausgangssignal ist die Ausgangsspannung V _a .

Jede Filterstufe enthält einen Kondensator mit hoher Kapazität, der zwischen dem Ausgang des zugehörigen Direktumrichters und Masse liegt. Wegen seiner hohen Kapazität wirkt er als Tiefpaßfilter, um aus den Ausgangsspannungen die Gleichrichter-Welligkeitskomponenten zu beseitigen, die durch die Schaltvorgänge der steuerbaren Gleichrichter im zugehörigen Direktumrichter erzeugt werden. Außerdem hat jeder Direktumrichter einen endlichen Innenwiderstand.

Wenn die Belastung verringert oder ganz entfernt wird, steigen die Ausgangsspannungen über den Spannungssollwert hinaus an, und zwar wegen der Direktumrichterinnenwiderstände und der starken Blindströme, die über die Kondensatoren der zugehörigen Filter fließen. Die individuellen Phasenspannungsregler sind nicht in der Lage, die Überspannung der Ausgangsspannungen wenigstens in den ersten Perioden, z. B. den ersten drei bis vier Perioden, nach der Belastungsverringerung oder dem Übergang in den Leerlaufzustand zu beseitigen, weil die Spannungsregelkreise (jeder Spannungsregelkreis enthält jeweils einen eigenen Phasenspannungsregler, den 400 Hz-Schwingungsgenerator, den jeweiligen Verstärker, Modulator, Direktumrichter und das Filter) zu langsam sind, um die Überspannungen in so kurzer Zeit auszuregeln. Die Geschwindigkeit des Spannungsregelkreises läßt sich bei einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung nicht erhöhen, weil der Regelkreis sonst instabil wird. Die bekannten Leistungsgeneratorvorrichtungen sind daher nicht in der Lage, die durch eine sprungartige teilweise oder völlige Entlastung hervorgerufenen Überspannungen in den ersten Wechselstromperioden zu beseitigen.

Diese Überspannungen haben verschiedene Probleme zur Folge. Erstens können sie zu einer Zunahme von Fehlkommutierungen der steuerbaren Gleichrichter in den Direktumrichtern führen. Diese Fehlkommutierungszunahme ist eine Folge der hohen Frequenz des Hauptgenerators (z. B. 3500 Hz), der Überspannung in den Ausgangsspannungen und des starken Stroms (mit einem Leistungsfaktor von nahezu null), der über die Ausgangsfilterkondensatoren fließt. Diese drei Faktoren bewirken eine erhebliche Verringerung der Abschaltzeit der steuerbaren Gleichrichter (Thyristoren) der Direktumrichter, was bedeutet, daß weniger Zeit zur natürlichen Kommutierung der steuerbaren Gleichrichter der Direktumrichter zur Verfügung steht. Es sei darauf hingewiesen, daß es schwieriger ist, eine Last mit Leistungsfaktor null, z. B. die Filterkondensatoren, auf natürliche Weise zu kommutieren, als bei einer Last mit Leistungsfaktor eins, was bei den meisten normalen Belastungszuständen (bei Nennlast) der Fall ist. Durch sehr rasche Verringerung der Überspannung in den Ausgangsspannungen nach einer Belastungsverringerung oder dem Auftreten des Leerlaufzustands werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung Fehlkommutierungen weitgehend vermieden.

Ferner beeinträchtigen die Überspannungen das elektrische Verhalten vieler Verbraucher, die durch die Ausgangsspannungen gespeist werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beseitigt die Schalt-Überspannungen durch Verringern der Bezugsspannungen V₂₇, V₂₈ und V₂₉, die von den jeweiligen Phasenspannungsreglern 10 an den 400-Hz-Schwingungsgenerator 12 geliefert werden, auf einen vorbestimmten niedrigeren Wert. Die Bezugsspannungen werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise innerhalb einer Halbperiode der Ausgangsspannungen nach der Belastungsverringerung oder dem Auftreten des Leerlaufzustands auf den vorbestimmten niedrigeren Wert verringert, und dieser niedrigere Wert wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung so lange aufrechterhalten, bis der Spannungsregelkreis die Regelung der Amplitude der Ausgangsspannungen wieder richtig übernehmen kann. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung eine kurze Ansprechzeit bzw. eine hohe Ansprechgeschwindigkeit hat, kann sie die Überspannung weitgehend beseitigen.

Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung dar, mittels der die Amplitude der Bezugsspannungen V₂₇, V₂₈, V₂₉ sehr schnell auf den vorbestimmten unteren Wert verringert wird.

Fig. 2 stellt nur eine Phase (Phase a) des herkömmlichen Spannungsreglers 10 nach Fig. 1 dar, der erfindungsgemäß durch Hinzufügung der Schaltung 20 abgewandelt ist. Die beiden anderen Phasen (b, c) des Reglers 10 sind nur in verkürzter Form (Verstärker 58 b, 58 c) dargestellt. Nachstehend wird zunächst der herkömmliche Teil des Spannungsreglers erläutert.

Eine Ausgangsspannung V _a von beispielsweise 115 Volt und 400 Hz wird über einen Anschluß 30 und einen ohmschen Widerstand 32 einerseits der Anode einer Diode 42 und andererseits der Kathode einer Diode 40 zugeführt, wobei die Kathode der Anode 42 mit dem nichtumkehrenden Eingang und die Anode der Diode 40 mit dem umkehrenden Eingang eines Rechenverstärkers 44 (Differenzverstärker sehr hoher Verstärkung) verbunden ist. Der umkehrende Eingang des Rechenverstärkers 44 ist ferner über einen ohmschen Widerstand 36 mit dem Anschluß 34 einer Sollspannungsquelle verbunden. Die Sollspannungsquelle liefert eine Sollspannung V _R von beispielsweise 6,2 Volt. Der umkehrende Eingang des Rechenverstärkers 44 ist ferner über die Parallelschaltung eines Kondensators 46 und eines ohmschen Widerstands 38 mit dem Ausgang des Rechenverstärkers 44 verbunden. Ferner ist der nichtumkehrende Eingang des Rechenverstärkers 44 über die Parallelschaltung eines Kondensators 48 und eines ohmschen Widerstands 50 mit Masse verbunden.

Die Dioden 40 und 42 und der Rechenverstärker 44 bewirken eine Gleichrichtung, Filterung und einen Vergleich der heruntergeteilten Werte der Ausgangsspannung V _a mit der heruntergeteilten Sollspannung V _R . Wenn die Ausgangsspannung V _a null ist, hat die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 44 einen hohen negativen Wert, weil die Sollspannung V _R dem umkehrenden Eingang des Rechenverstärkers 44 zugeführt wird. Wenn der Wert der Ausgangsspannung V _a ansteigt, nimmt auch die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 44 in positiver Richtung zu. Die Gesamtverstärkung des beschalteten Rechenverstärkers 44 ist niedrig, weil der Widerstandswert des Widerstands 38 kleiner als der Widerstandswert des Widerstands 32 ist. Das Übertragungsverhalten des Rechenverstärkers 44 ist linear, und die niedrige Gesamtverstärkung verhindert eine vorzeitige Überschreitung des Aussteuerbereichs (Sättigung), um die Linearität beizubehalten. Außerdem ist die Zeitkonstante der Rechenverstärker-Stufe so gewählt, daß ihre Grenzfrequenz wesentlich niedriger als die Frequenz der Ausgangsspannung V _a ist. Die Frequenz wird durch den Schwingungsgenerator 12 nach Fig. 1 bestimmt und liegt beispielsweise bei 400 Hz. Auf diese Weise wird das Gleichsignal am Ausgang des Rechenverstärkers 44 geglättet.

Das Ausgangssignal des Rechenverstärkers 44 wird über einen ohmschen Widerstand 52 dem umkehrenden Eingang eines Rechenverstärkers 58 zugeführt. Ferner ist der umkehrende Eingang des Rechenverstärkers 58 über einen ohmschen Widerstand 54 und einen Kondensator 56 mit dem Rechenverstärkerausgang verbunden. Der nichtumkehrende Eingang des Rechenverstärkers 58 liegt über einem ohmschen Widerstand 60 an Masse.

Der Rechenverstärker 58 ist so geschaltet, daß er als linearer Verstärker wirkt und ein dem umkehrenden Eingang über den Widerstand 52 zugeführtes negatives Gleichsignal invertiert und verstärkt. Die Gesamtverstärkung des Rechenverstärkers 58 ist verhältnismäßig hoch, weil der Widerstandswert des ohmschen Widerstands 54 wesentlich größer als der des Widerstands 52 ist. Die hohe Verstärkung ist erforderlich, um die Ausgangsspannung V _a genau auf den gewünschten Sollwert zu regeln. Der Kondensator 56 hat eine hohe Kapazität, um den Spannungsregelkreis zu stabilisieren. Die hohe Kapazität des Kondensators 56 verringert jedoch die Ansprechgeschwindigkeit des Spannungsregelkreises. Der ohmsche Widerstand 60 bewirkt eine Verringerung der Gleichspannungsverschiebung, die durch die Eingangsverschiebungsströme des Rechenverstärkers 58 hervorgerufen wird. Wie sich aus obiger Erläuterung ergibt, ist die Gleichspannung am Ausgang des Rechenverstärkers 58 positiv, wenn die Ausgangsspannung V _a größer als null ist.

Die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 58 wird über einen ohmschen Widerstand 62 und die Leitung 27 dem Schwingungsgenerator 12 (Fig. 1) als Bezugsspannung V₂₇ (siehe auch Fig. 3-5) zugeführt. Der ohmsche Widerstand 62 stellt sicher, daß der Rechenverstärker 58 einen endlichen Innenwiderstand aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegt die Bezugsspannung V₂₇ auf der Leitung 27 normalerweise zwischen 7 und 10 Volt, und dieser Bereich ist in den Oszillogrammen der Fig. 3-5 wiedergegeben. Die Bezugsspannung V₂₇ wird dem 400-Hz-Schwingungsgenerator 12 zugeführt, ebenso wie die Bezugsspannungen V₂₈ und V₂₉, die von den beiden anderen Phasenspannungsreglern, die in Fig. 2 nicht ausführlich dargestellt sind, erzeugt werden.

Nachstehend wird die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung erläutert. Ein Strommeßtransformator 82 (auch Stromwandler genannt) mißt den Strom I _a in der Phase a am Ausgang des Direktumrichters. Er ist über ohmsche Widerstände 84 und 86 mit Masse und über Dioden 88 und 90 mit einem zweiten Verbindungspunkt 92 verbunden. Die Dioden 88, 90 sind als Zweiweggleichrichter geschaltet und führen dem zweiten Verbindungspunkt 90 eine positive Gleichspannung mit einer Welligkeit von 800 Hz zu. In ähnlicher Weise ist ein Strommeßtransformator 94 im Ausgang der Phase b des Direktumrichters angeordnet, um den Strom I _b zu messen. Er ist über ohmsche Widerstände 96 und 98 mit Masse und über Gleichrichterdioden 100 und 102 mit dem zweiten Verbindungspunkt 92 verbunden. Außerdem liegt im Ausgang der Phase C des Direktumrichters ein Strommeßtransformator 104 zur Messung des Stroms I _c . Auch dieser Strommeßtransformator ist über ohmsche Widerstände 106 und 108 mit Masse und über Gleichrichterdioden 110 und 111 mit dem zweiten Verbindungspunkt 92 verbunden. Die Transformatoren 94 und 104 führen über ihre nachgeschalteten Gleichrichter, ebenso wie der Transformator 82, dem Verbindungspunkt 92 eine positive Gleichspannung mit einer Welligkeit von 800 Hz zu.

Die Gleichspannung am zweiten Verbindungspunkt 92 hat eine Welligkeitsfrequenz von 2400 Hz, und zwar aufgrund der Überlagerung der von den Strommeßtransformatoren 82, 94 und 104 jeweils erzeugten Welligkeitskomponenten von 800 Hz.

Ein Gleichrichter 70, z. B. eine Siliciumdiode, liegt zwischen der Leitung 27 und einem ersten Verbindungspunkt 73. In ähnlicher Weise liegt ein Gleichrichter 72, z. B. eine Siliciumdiode, zwischen der Leitung 28 (der die Bezugsspannung V₂₈ vom Phasenspannungsregler für die Ausgangsspannung V _b zugeführt wird) und dem ersten Verbindungspunkt 73 und ein Gleichrichter 74, z. B. eine Siliciumdiode, zwischen der Leitung 29 (der die Bezugsspannung V₂₉ vom Phasenspannungsregler für die Ausgangsspannung V _c zugeführt wird) und dem ersten Verbindungspunkt 73. Die Dioden 70, 72 und 74 sind so gepolt, daß sie jeweils die positiven Bezugsspannungen V₂₇, V₂₈ und V₂₉ zum Verbindungspunkt 73 durchlassen.

Zwischen dem ersten Verbindungspunkt 73 und dem zweiten Verbindungspunkt 92 liegt ein ohmscher Widerstand 76. Ferner liegt zwischen dem ersten Verbindungspunkt 73 und dem zweiten Verbindungspunkt 92 ein Kondensator 78. Zwischen dem zweiten Verbindungspunkt 92 und Masse liegt ein ohmscher Widerstand 80.

Der Widerstandswert des Widerstands 76 ist so gewählt, daß sich der Kondensator 78 entläd, wenn die Dioden 70, 72, und 74 gesperrt sind, ohne die Leitungen 27, 28 und 29 wesentlich zu belasten, wenn die Dioden 70, 72 und 74 im stationären Betriebszustand (keine Belastungssprünge an den Ausgangsleitungen) leitend sind. Bei Belastungssprüngen an den Ausgangsleitungen ändert sich das Signal am Verbindungspunkt 92.

Die Kapazität des Kondensators 78 ist so gewählt, daß der Kondensator 78 am Widerstand 76 als Kurzschluß für eine vorbestimmte Anzahl von Wechselstromperioden nach dem Auftreten einer Belastungsverringerung oder des Übergangs in den Leerlaufzustand erscheint. Die Belastung der Leitungen 27, 28 und 29 wird daher durch den Widerstand 80 und den Belastungswiderstandswert der Stromtransformatoren bestimmt.

Die Größe des Steuersignals am zweiten Verbindungspunkt 92 steuert in ähnlicher Weise den Spannungsabfall der Bezugsspannungen an den Leitungen 27, 28 und 29, wenn die Dioden 70, 72 und 74 leitend sind. Der Spannungsabfall tritt an den Widerständen 62, 66 und 68 auf.

Die vorbestimmte Anzahl der Perioden sollte größer als die Zeitverzögerung bzw. Ansprechverzögerungszeit des Spannungsregelkreises der herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung nach dem Auftreten einer Belastungsverringerung oder eines Leerlaufzustands sein.

Der Widerstandswert des Widerstands 80 ist so gewählt, daß der Spannungsabfall an den Leitungen 27, 28 und 29 bei Lastverringerungen gerade ausreicht, die Spannung an den Leitungen 27, 28 und 29 auf den neuen Stationärzustandswert bei der geringeren Belastung zu bringen.

Nach Ablauf der vorbestimmten Anzahl von Perioden wirkt der Kondensator 78 wieder wie eine Stromkreisunterbrechung, so daß die Bezugsspannungen auf den Leitungen 27, 28 und 29 im wesentlichen nicht durch die Widerstände 76 und 80, sondern durch den Spannungsregelkreis der herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung bestimmt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung verringert daher die Bezugsspannungen auf den Leitungen 27, 28 und 29 innerhalb einer halben Periode nach dem Auftreten der Belastungsverringerung oder des Leerlaufzustands auf den neuen Stationärzustandswert. Dann übernimmt der Spannungsregelkreis der herkömmlichen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung die Regelung der Ausgangsspannungen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann die Überspannungen wegen der Ansprechverzögerung, die durch die an den Ausgängen der Direktumrichter liegenden Filterstufen verursacht wird, nur nach der ersten Halbperiode des Wechselstroms wesentlich verringern. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Einrichtung kann die Überspannung in der ersten Halbwelle der Ausgangsspannungen nach einer Belastungsverringerung oder dem Übergang in den Leerlaufzustand nicht vollständig verhindern, weil die Ausgangsfilterkondensatoren die Korrektur verzögern.

Die nachstehende Tabelle 1 stellt repräsentative Werte von Bauteilen der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 2 für eine dreiphasige drehzahlvariable Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung für 115 Volt Wechselspannung und 400 Hz und eine Belastung von 30 bis 40 KVA dar.
BauteilWert

Widerstand 32200 Kiloohm Widerstand 3610 Kiloohm Widerstand 38100 Kiloohm Diode 401N4148 Diode 481N4148 Rechenverstärker 44
Kondensator0,01 Mikrofarad Kondensator0,01 Mikrofarad Widerstand 5010 Kiloohm Widerstand 5210 Kiloohm Widerstand 54487 Kiloohm Kondensator 56
Rechenverstärker 58
Widerstand 6010 Kiloohm Widerstand 623 Kiloohm Diode 701N4148 Diode 721N4148 Diode 741N4148 Widerstand 76100 Kiloohm Kondensator 781 Mikrofarad Widerstand 804 Kiloohm Strommeßtransformator 82Windungsverhältnis 1000 : 1 Widerstand 84442 Ohm Widerstand 86442 Ohm Diode 881N4148 Diode 901N4148 Strommeßtransformator 94Windungsverhältnis 1000 : 1 Widerstand 96442 Ohm Widerstand 98442 Ohm Diode 1001N4148 Diode 1021N4148 Strommeßtransformator 104Windungsverhältnis 1000 : 1 Widerstand 106442 Ohm Widerstand 108442 Ohm Diode 1101N4148 Diode 1121N4148

Die Oszillogramme der Fig. 3 bis 5 gelten für eine dreiphasige drehzahlvariable Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung für Ausgangsspannungen von 115 Volt und 400 Hz und veranschaulichen die erwähnte Fähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Überspannungen weitgehend zu beseitigen.

Fig. 3A stellt ein Oszillogramm einer Ausgangsspannung und der zugehörigen Bezugsspannung V₂₇ für den Fall dar, daß eine 18-KVA-Belastung von einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung weggenommen wird. Wie Fig. 3A zeigt, tritt der Überspannungszustand über vier volle Perioden der Ausgangsspannungen nach Wegnahme der Belastung auf.

Fig. 3B ist ein Oszillogramm einer Ausgangsspannung V _a und der zugehörigen Bezugsspannung V₂₇ für den Fall, daß eine 18-KVA-Belastung von einer durch eine erfindungsgemäße Einrichtung abgewandelten herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung weggenommen wird. Wie Fig. 3B zeigt, verringert sich die Bezugsspannung V₂₇ praktisch sofort nach Wegnahme der Belastung, so daß der Überspannungszustand, während dem der vorbestimmte Wert überschritten wird, nur eine halbe Periode der Ausgangsspannung andauert. Außerdem ist der Amplitudenwert der Halbwelle unmittelbar nach der Belastungswegnahme wesentlich kleiner als der Spannungswert in der entsprechenden Halbwelle nach Fig. 3A.

Fig. 4A stellt das Oszillogramm einer Ausgangsspannung V _a und der zugehörigen Bezugsspannung V₂₇ für den Fall dar, daß eine 27-KVA-Belastung von einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung weggenommen wird. Wie Fig. 4A zeigt, dauert der Überspannungszustand während vier voller Perioden nach der Belastungswegnahme an, und die Bezugsspannung nimmt während der vier Perioden der Ausgangsspannung V _a allmählich auf den vorbestimmten Wert ab.

Fig. 4B stellt das Oszillogramm einer Ausgangsspannung V _a und der zugehörigen Bezugsspannung V₂₇ für den Fall dar, daß eine 27-KVA-Belastung von einer herkömmlichen, erfindungsgemäß abgewandelten drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung weggenommen wird. Wie Fig. 4B zeigt, dauert der Überspannungszustand nur während der ersten Halbwelle nach der Belastungswegnahme an, und der Betrag der Überspannung ist wesentlich niedriger als der Betrag der Überspannung in der ersten Halbwelle nach Fig. 4B. Außerdem wird die Bezugsspannung V₂₇ innerhalb der ersten Halbwelle nach der Belastungswegnahme auf den vorbestimmten unteren Wert verringert.

Fig. 5A stellt das Oszillogramm einer Ausgangsspannung V _a und der zugehörigen Bezugsspannung V₂₇ für den Fall dar, daß eine 40-KVA-Belastung von einer herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung weggenommen wird. Wie Fig. 6A zeigt, dauert der Überspannungszustand während der ersten vier und einer halben Periode nach der Belastungswegnahme an, und die Bezugsspannung V₂₇ nimmt während vier und einer halben Periode der Ausgangsspannung V _a auf den vorbestimmten unteren Wert ab.

Fig. 5B stellt das Oszillogramm einer Ausgangsspannung V _a und der zugehörigen Bezugsspannung V₂₇ für den Fall dar, daß eine 40-KVA-Belastung von einer herkömmlichen, erfindungsgemäß abgewandelten drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung weggenommen wird. Wie Fig. 5B zeigt, tritt der Überspannungszustand nur in der ersten Halbwelle nach der Belastungswegnahme auf, und der Betrag der Überspannung ist wesentlich niedriger als der, der in der ersten Halbwelle nach Fig. 5A auftritt. Außerdem wird die Bezugsspannung V₂₇ innerhalb der ersten Halbwelle nach der Belastungswegnahme auf den vorbestimmten unteren Wert verringert.

Wie die Oszillogramme zeigen, verringert die erfindungsgemäße Einrichtung die Überspannung, die nach einer Belastungsverringerung oder dem Auftreten des Leerlaufzustands (einer völligen Entlastung) auftritt, solange, bis der Spannungsregelkreis der herkömmlichen drehzahlvariablen Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung die Regelung der Amplitude der Ausgangsspannungen wieder wirksam übernimmt.

Claims (6)

1. Drehzahlvariable Konstantfrequenz-Leistungsgeneratorvorrichtung mit einer drehzahl variabel angetriebenen Generatoreinheit (GP) und einem an diese angeschlossenen Direktumrichter (CCL) mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter (FIL), an dessen Ausgang je Phase die Größen Ausgangsspannung (V _a , V _b , V _c ) und Ausgangsstrom (I _a , I _b , I _c ) auftreten, und mit einer Regeleinrichtung, die einen Spannungsregler (10), einen Schwingungsgenerator (12), einen Vergleicher (S) und Zündsignaleinrichtungen für den Direktumrichter (CCL) aufweist, wobei im Spannungsregler (10) je Phase aus der Differenz der gleichgerichteten Ausgangsspannung (V _a , V _b , V _c ) und einer Sollspannung (V _R ) je eine Bezugsspannung (V₂₇, V₂₈, V₂₉), im Schwingungsgenerator (12) aus der Bezugsspannung (V₂₇, V₂₈, V₂₉) je Phase je eine Bezugswechselspannung (V 12 A, V 12 B, V 12 C) mit der Sollfrequenz und im Vergleicher (S) aus der Differenz der Bezugswechselspannung (V 12 A, V 12 B, V 12 C) und einem der Ausgangsspannung (V _a , V _b , V _c ) entsprechendem Signal (V _F ) je Phase ein Fehlersignal (V _e ) zur Ansteuerung der Zündsingaleinrichtungen gebildet werden, um konstante Ausgangsspannung und Frequenz zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20), die in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom (I _a , I _b , I _c ) die Bezugsspannung (V₂₇, V₂₈, V₂₉) je Phase auf einen vorbestimmten niedrigeren Wert innerhalb einer Periode der Ausgangsspannung nach dem Auftreten einer Belastungsverringerung oder eines Leerlaufzustands verringert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte niedrigere Wert in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom (I _a , I _b , I _c ) eingestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) Bezugsspannungsverringerungsmittel (70 bis 80) aufweist, die die Bezugsspannungen (V₂₇, V₂₈, V₂₉) über einen hohen Widerstand (76) mit Masse verbinden, wenn ein Belastungszustand vorliegt, und die Bezugsspannungen (V₂₇, V₂₈, V₂₉) über einen niedrigen Widerstand (80) mit Masse verbinden, wenn die Belastungsverringerung oder der Leerlaufzustand auftritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) eine vom Ausgangsstrom (I _a , I _b , I _c ) abhängige Belastungsmeßeinrichtung (82-122) aufweist, die ein Steuersignal (an 92) hoher Spannung, wenn ein Belastungszustand vorliegt, und niedriger Spannung, wenn eine Belastungsverringerung oder der Leerlaufzustand auftritt, erzeugt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsverringerungsmittel (70 bis 80) mehrere Dioden (70, 72, 74), deren Anode mit einem Eingang für jeweils eine der Bezugsspannungen (V₂₇, V₂₈, V₂₉) und deren Kathode mit einem ersten Verbindungspunkt (73) verbunden ist, und Vorspannungseinrichtungen (76, 78, 80) aufweisen, die in Abhängigkeit von dem Steuersignal (92) die Dioden sperren, wenn das Steuersignal (92) hohe Spannung aufweist, und die Dioden durchlässig machen, so daß sie mit Masse verbunden werden, wenn das Steuersignal (92) niedrige Spannung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtungen (76, 78, 80) einen ersten hochohmigen Widerstand (76) zwischen dem ersten Verbindungspunkt (73) und einem zweiten Verbindungspunkt (92), einen Kondensator (78) zwischen dem ersten Verbindungspunkt (73) und dem zweiten Verbindungspunkt (92) und einen zweiten hochohmigen Widerstand (80) zwischen dem zweiten Verbindungspunkt (92) und Masse aufweisen und daß das Steuersignal dem zweiten Verbindungspunkt (92) zugeführt wird.