DE3008478A1

DE3008478A1 - Steueranordnung und -verfahren fuer elektrisches generator- und verteilungssystem

Info

Publication number: DE3008478A1
Application number: DE19803008478
Authority: DE
Inventors: Richard P Ejzak; Timothy F Glennon; William J Peterson; James B Thom
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1980-12-11
Also published as: JPS55160940A; CA1139367A; FR2458166A1; SU1351524A3; FR2458166B1; IL60136A; SG19684G; GB2052185A; GB2052185B

Description

Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 6II0I V. St.A.

Steueranordnung und -verfahren für elektrisches Generator- und Verteilungssystem

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung und ein Steuerverfahren für ein elektrisches Generator- und Verteilungssystem.

In einem typischen Mehrmotor-Flugzeug-Elektrosystem, für das die Erfindung insbesondere geeignet ist, treibt jeder Motor einen Generator durch einen Antrieb konstanter Drehzahl an. Jeder motorangetriebene Generator versorgt einen Satz von Lastschaltungen, und die Lastschaltungen können über eine elektrische Verteilungs-Sammelschiene verbunden sein. Eine Hilfsversorgungseinheit treibt einen Hilfsgenerator an, um die motorangetriebenen Generatoren zu ergänzen, wenn ein Motor oder ein Generator ausfällt. Die Hilfsversorgungseinheit dient auch zur Versorgung eines auf dem Boden

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befindlichen Flugzeuges mit elektrischer Leistung, wenn die Motoren außer Betrieb gesetzt sind und eine äußere Energiequelle nicht sofort verfügbar ist.

Eine Generator-Steuereinheit (GCU) für jeden der Generatoren überwacht den elektrischen Zustand des zugeordneten Generators und die Zustände des mechanischen Antriebs für den Generator. Eine Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (BPCU) überwacht die Leistungsverteilung über dem System sowie den Zustand der Generatoren und steuert Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher oder -Leistungsschalter·, die die elektrische Verteilungs-Sammelschiene zwischen den Generatoren, den Lasten und dem Hilfsgenerator verbinden. Eine oder beide Lasten werden durch einen der verfügbaren Generatoren versorgt. Zwei Generatoren sind jedoch nicht parallel geschaltet. Die Steuereinheiten haben bisher eine koordinierte Verriegelungsinformation mittels mehrfach hart verdrahteter Schaltungen.

Erfindungsgemäß verwenden die Generator-Steuereinheiten und die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit Mikroprozessoren in integrierter Schaltung (integrierte Mikroprozessoren) , die verschiedene Vorteile einschließlich einer funktioneilen Anpassungsfähigkeit und einer verbesserten Zuverlässigkeit haben.

Eine Verbindung wird zwischen der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit und jeder Generator-Steuereinheit durch verschiedene Datenübermittlungsabschnitte erzeugt. Eine eingespeiste und abgegebene Information kann durch die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (BPCU) und jede Generator-Steuereinheit (GCU) gemeinsam benutzt werden, wodurch die zwischen den Steuereinheiten, den Generatoren und den Fühlern oder Sensoren sowie Leistungsschaltern für das elektrische Verteilungs-

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system erforderliche Verbindungsverdrahtung möglichst verringert wird.

Eine redundante oder überzählige Information betreffend den Generator- und Verteilungsschaltung-Zuständen kann sofort gesammelt und ohne den Zusatz von Hardware und Verdrahtung verglichen werden.

Die Mikroprozessor-Steuereinheiten ermöglichen die Verwendung von Mehrfach-Zeitverzögerungen im Steuerprogramm. Die Zeitverzögerungen beruhen auf der Mikroprozessor-Taktfrequenz und haben eine anhaftende oder eigene Genauigkeit viel höher als die Genauigkeit eines Diskret-Bauelement-Zeitgebers. Entsprechend können die Zeitgrenzen für den Betrieb der betreffenden Schaltungen abgekürzt werden, da eine Anpassung der großen Zeittoleranzen von Diskret-Bauelement-Zeitgebern nicht erforderlich ist. Außerdem sind ein zusätzliches Gewicht und ein Bauelement-Abstand für jeden Zeitgeber nicht erforderlich, und mehrere und verschiedene Zeitverzögerungen können ggf. verwendet werden.

Zahlreiche Steuerfunktionen beruhen auf einer Software-Programmierung der Mikroprozessoren. Änderungen können sofort durchgeführt werden, um verschiedene Systemanforderungen anzupassen.

Ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß jede Generator-Steuereinheit entsprechend den Zuständen des zugeordneten Generators betrieben wird, und daß die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit entsprechend den Zuständen der elektrischen Vertexlungsschaltung betrieben wird, wobei diese zusammen die Leistungsschalter und Verbindungs-Unterbrecher steuern.

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Eine andere Weiterbildung der Erfindung liegt in der Anordnung eines Spannungsreglers, in dem ein Mittelwert der Generator-Phasenspannungen durch ein Fehler- oder Abweichungssignal korrigiert wird, um die Generator-Feldstromquelle zu steuern, und der einen Detektor oder Fühler besitzt, um eine ungewöhnlich hohe Phasenspannung zu erfassen, damit die Summieroder Addiereinrichtung abgeschaltet und die Feldstromquelle vom Fehler- oder Abweichungssignal betrieben wird.

Die Erfindung ermöglicht also eine Steuerung für ein elektrisches Generator- und Verteilungssystem, das mehrere untereinander verbundene Mikroprozessoren aufweist. Ein elektrisches System für z. B. ein Flugzeug kann zwei motorgetriebene Generatoren und einen Hilfsversorgungseinheit-Generator haben, wobei Lasten an jeden motorgetriebenen Generator durch Generator-Leistungsschalter angeschlossen sind. Eine elektrische Verteilungs-Sammelschiene, die durch Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher angeschlossen ist, verbindet die Lastschaltungen und den Hilfsgenerator, so daß jeder Generator eine Last oder beide Lasten versorgen kann. Jeder Generator hat eine Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit, die auf die zugeordneten Generator-Zustände anspricht, um den Generatorbetrieb zu steuern. Eine Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit spricht auf Verteilungs-Schaltungs-Zustände an und verknüpft Information von den Generator-Steuereinheiten, wodurch zum Betrieb der Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher beigetragen und die Verteilung der Leistung von den Generatoren auf die Lasten gesteuert wird. Seriendatenübermittlungsabschnitte zwischen der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit und jeder Generator-Steuereinheit dienen zur übertragung der Eingabe- und der Steuerinformation und ermöglichen einen Vergleich einer redundanten Schaltungsinformation, wodurch die Zuverlässigkeit des Systembetriebs gesteigert wird. Ein Generator-Spannungsregler verwendet den Mikroprozessor der Generator-Steuereinheit,

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um eine Fehler- oder Abweichungsspannung zu entwickeln, die zu der mittleren Phasenspannung des Generators addiert wird, wodurch der Generator-Feldstrom gesteuert wird. Bei einem Phasenausfall erfaßt die Generator-Steuereinheit einen ungewöhnlich hohen Phasenspannungszustand und trennt die mittlere Phasenspannungsschaltung, und der Regler arbeitet weiter mit der Fehler- oder Abweichungsspannung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines motorgetriebenen Generators, der bei der Erfindung verwendet wird,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Teiles der Generator-Steuereinheit,

Fig. 4 eine schematische Teildarstellung

mit System-Stromsensoren oder -Fühlern, die mit der Generator-Steuereinheit und der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit verbunden sind,

Fig. 5 ein zur Fig. 3 ähnliches Blockschaltbild mit zusätzlichen Einzelheiten,

Fig. 6 ein zur Fig. 1 ähnliches System-Blockschaltbild mit zusätzlichen Einzelheiten der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit und deren Verbindung mit dem Verteilungssystem,

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Fig. 7 ein Blockschaltbild des Generator-Spannungsreglers , und

Fig. 8 ein Blockschaltbild mit den Mikroprozessor-Funktionen bezüglich des Spannungsreglers.

Das elektrische Generator- und Verteilungssystem sowie ein Verfahren sind im folgenden dargestellt und beschrieben als Ausführungsbeispiel in einem System für ein zweimotoriges Flugzeug mit einer Hilfsversorgungseinheit. Die Vorteile der Steuerung sind auch mit elektrischen Generator- und Verteilungssystemen für andere Flugzeuge und mit anderen elektrischen Generator- und Verteilungssystemen erzielbar.

Das in Fig. 1 dargestellte vereinfachte System verwendet eine einzige Leitung, um anzuzeigen, was Mehrfachverbindungen zwischen Bauteilen sein können. Es sind zwei motorgetriebene Generatoren 15, 16 (Generator-links bzw. Generatorrechts) vorgesehen. Beide Generatoren haben mit einer gemeinsamen Rückführung oder Erde 17 verbundene Ausgänge und sind über Generator-Leistungsschalter 18, 19 (GCBL bzw. GCBR) mit einer Last 20 bzw. 21 verbunden. Eine elektrische Verteilungs-Sammelschiene 22 kann wahlweise mit den Lasten 20, 21 durch Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23, 24 (BTBL bzw. BTBR) verbunden werden.

Ein Hilfsgenerator 26 hat auch einen an die Erde 17 angeschlossenen Ausgang und ist über einen Hilfsleistungsschalter 27 (APB) mit der elektrischen Verteilungs-Sammelschiene 22 verbunden. Auf weitere Einzelheiten einer Hilfsversorgungseinheit, die den Hilfsversorgungsgenerator aufweist, wurde bereits hingewiesen (vgl. US-Patentanmeldung 18 739 vom 8. März 1979).

Eine (nicht gezeigte) äußer^ Energiequelle kann mit dem

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elektrischen System durch einen Kontaktgeber 28 (EPC) verbunden sein, wenn sich das Flugzeug auf dem Boden befindet.

Das elektrische System eines Flugzeuges ist vorzugsweise ein bei 400 Hz arbeitendes Dreiphasensystem mit einem Vier-Draht-Verteilungssystem. Entsprechend stellen die Verbindungen der einzigen Leitung und die einzelnen Kontaktgeber (vgl. oben) vier Leiter und dreipolige Relais dar, wobei der neutrale oder Mittelleiter ununterbrochen bleibt.

Jeder der Generatoren hat eine Steuereinheit (GCü) 30, 31 und 32. Der linke Generator 15 hat die Generator-Steuereinheit (GCUL) 30, der rechte Generator 16 hat die Steuereinheit (GCUR) 31, und der Hilfsgenerator 26 hat die Steuereinheit (APGCU) 32. Wie weiter unten näher erläutert wird, überwachen die Generator-Steuereinheiten 30, 31 und 32 die Betriebszustände der zugeordneten Generatoren und steuern den Betrieb von Feldstromquellen (I) 34, 35 bzw. 36 und von Generator-Steuerrelais (GCR) 37, 38 bzw. 39. Die Feldstromquelle und das Generator-Steuerrelais können physikalisch ein Teil der Steuereinheit sein.

Die Pfeilspitzen an jedem Ende der die Generator-Steuereinheit mit der zugeordneten Feldstromquelle und dem betreffenden Generator-Steuerrelais verbindenden Leitungen zeigen an, daß Information für Zustand und Steuerung in beiden Richtungen übertragen wird. Die mit einer einzigen Spitze versehene Leitung zwischen der Generatorschaltung und Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrechern (wie z. B. 18, 27) und der Generator-Steuereinheit (wie z. B. 30) zeigt an, daß der Unterbrecher-Zustand oder eine Zustand-Information ein Eingangssignal in die Generator-Steuereinheit ist. Eine ähnliche Zeichnungsweise wird auch in den anderen Figuren verwendet.

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Eine Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (BPCU) 42 ist zur Übertragung der Systemzustand-Information angeschlossen und verriegelt mit jeder Generator-Steuereinheit sowie, wie weiter unten näher erläutert wird, steuert den Betrieb der Unterbrecher BTB, um eine optimale Verteilung der von den Quellen verfügbaren Energie auf die Lasten 19, 20 beizubehalten. Erfindungsgemäß verwendet jede Steuereinheit einen Mikroprozessor, um das Sammeln und Organisieren von Information betreffend des Generatorbetriebs und der Schaltungszustände sowie das Feststellen und Verteilen geeigneter Steuersignale zu bewirken.

Als eine weitere Darstellung eines typischen elektrischen Systems für Flugzeuge zeigt Fig. 2 in einem Blockschaltbild einen Motor 45, der einen Konstantdrehzahl-Antrieb (CSD)

46 versorgt, der ein Dreh-Eingangssignal in einen Generator

47 einspeist, der einen Permanent- oder Dauermagnetgenerator (PMG) 48, einen Erregergenerator 49 und einen Dreiphasen-Leistungs-Generator 50 aufweist. Der Antrieb kann mit dem Generator in einem einzigen Gehäuse (IDG) zusammengefaßt sein. Die Rotoren oder Läufer jedes Dauermagnetgenerators, Erregergenerators und Leistungs-Generators sind auf einer gemeinsamen Welle befestigt, die durch den Konstantdrehzahl-Antrieb 46 angetrieben ist. Der Dauermagnetgenerator hat einen Ausgang, der Leistung für die Steuereinheiten und für den Erregergenerator 49 abgibt. Der Erregergenerator 49 hat ein festes Feld und einen umlaufenden Anker, wobei der Ankerausgang gleichgerichtet und mit dem umlaufenden Feld des Leistungs-Generators 50 verbunden ist, der seinerseits ein Ausgangssignal aufweist, das von festen Wicklungen abgeleitet ist. Der Feldstrom für den Erregergenerator 49 wird vom Dauermagnetgenerator über die Kontaktstücke des Generator-Steuerrelais GCR und den Spannungsregler erzeugt. Der Ausgang des Generators 50 ist mit der Lastschaltung über die drei Kontaktstücke des Generator-Leistungsschalters GCB verbunden .

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Fig. 3 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild die Hauptgenerator- und -Verteilungssystem-Eingänge zur Generator-Steuereinheit GCU. Der Mikrocomputer kann einen Mikroprozessor verwenden (z. B. vom Typ 8085 der Firma Intel Corporation). Die Generatorausgangsspannung für jede der drei Phasen wird an einem Einstell- oder Regelpunkt (POR) abgeleitet, der ein Anschluß des Generator-Leistungsschalters GCB sein kann. Die Phasenspannungen sind über Spitzenwert-Halteglieder 56 mit einem Analog-Signalmultiplexer und Analog/Digital-Umsetzer 57 verbunden. Die Phasenspannungen werden zusammen mit anderen zu beschreibenden EingangsSignalen sequentiell durch den Multiplexer gewählt, in Digital-Information umgesetzt und mit dem Mikroprozessor über Datenbus- und Eingabe/Ausgabe-(E/A-)Anschlüsse oder -Öffnungen 58 gekoppelt.

Phasenströme werden durch (in Fig. 3 nicht gezeigte) Stromwandler erfaßt und über Spitzenwert-Halteglieder 60 mit dem Multiplexer und A/D-Umsetzer 57 gekoppelt. Verteilungsschaltung-Leitungsströme werden auch durch Stromwandler erfaßt und zusammen mit den Generator-Stromsignalen zu einem Differenzstrom-Vergleicher 61 gespeist, der ein geeignetes Eingangssignal an den Mikroprozessor abgibt, wenn ein übermäßiges Strom-Ungleichgewicht auftritt.

Das Ausgangssignal des Dauermagnetgenerators PMG wird durch Unter- und Über-Frequenzdetektoren 63, 64 erfaßt, die Signale an den Mikroprozessor abgeben, wenn die Frequenz außerhalb gewählter Grenzen liegt. Alternativ kann das Dauermagnetgenerator-Ausgangssignal in ein Digital-Signal umgesetzt und direkt an die Mikroprozessoren abgegeben werden. Eine dem Konstantdrehzahl-Antrieb 46 zugeordnete Magnet-Meßwertgebereinheit MPU speist ein Signal zu einem Unterdrehzahl-Detektor 65, der auch ein Information-Eingangssignal an den Mikropro-

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zessor abgibt. Andere Generator-Zustandssignale sind erzeugt von einem Generator-Steuerschalter GCS, einem Cockpit- oder Kabinen-Steuer-Freigabebetrieb des Generator-Steuerrelais, wenn der Motor gestartet wird, und von Hilfskontaktstücken des Generator-Leistungsschalters GCB und des Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrechers BTB.

Das Ausgangssignal des Dauermagnetgenerators PMG wird auch für GCÜ-Innen-Energieversorgungen 67 verwendet. Die Energieversorgungen sind von der Flugzeugbatterie-Sammelschiene erregt, wenn ein Generator nicht arbeitet.

Die Generator-Phasenspannungen vom Einstellpunkt sind mit einem Spannungsregler 70 verbunden, in dem, wie weiter unten näher erläutert wird, eine Dreiphasen-Mittelspannung abgeleitet und über den Multiplexer und A/D-Umsetzer 57 mit dem Mikroprozessor gekoppelt wird. Ein durch den Mikroprozessor entwickeltes Spannungs-Abweichungssignal oder -Fehlersignal wird über einen Digital/Analog-(D/A-)Umsetzer 71 zum Spannungsregler ausgekoppelt. Ein eingestellter Feldstrom für den Erregergenerator ist über das Generator-Steuerrelais 72 in die Feldwicklung des Erregergenerators 49 eingespeist. Ein Niederspannungsmonitor oder -wächter 73 und ein Umlauf-Gleichrichter-Kurzschluß-Detektor 74, der mit der Feldschaltung verbunden ist, erzeugen zusätzliche Eingangssignale in den Mikroprozessor.

Die Phasenströme an verschiedenen Punkten im System werden erfaßt, wie z. B. durch Stromwandler, und mit den Generator-Steuereinheiten und der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit gekoppelt. Diese Generator- und Systemzustand-Eingangssignale in die Steuereinheiten liefern eine Basis für Steuerfunktionen und erzeugen eine redundante Information, die beim Prüfen des Systembetriebs verwendet wird. Fig. 4 zeigt die Lage von Stromwandlern, die Generator- und Systemzustand-Informa-

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tion an die Generator-Steuereinheit 30 und die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42 abgeben. Die verwendeten Bezugszeichen sind diejenigen, die dem linken Generator zugeordnet sind, und ähnliche Fühler oder Sensoren werden mit den anderen Generatoren verwendet. Die Ströme vom Generator werden durch einen Generator-Stromwandler 77 gemessen, der zwischen dem Generator und dem Erde-Bezugspotential 17 liegt. Der Laststrom wird durch einen Stromwandler 78 in einer Last-Speiseleitung 79 gemessen. Diese Strom-Eingänge sind alle mit der Generator-Steuereinheit 30 verbunden. Ströme in der Verbindungs-Sammelschiene 22 werden am Zusammenschluß mit dem Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23 durch einen Stromwandler 80 erfaßt. Der in einer Speiseleitung 81 zwischen dem Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23 und dem Zusammenschluß mit der Last-Speiseleitung 79 fließende Strom wird durch einen Stromwandler 82 erfaßt, der mit der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42 verbunden ist.

Fig. 5 zeigt in mehr Einzelheiten die Eingänge und die Ausgänge der Generator-Steuereinheit. Soweit es zweckmäßig ist, werden die Bezugszeichen von Fig. 3 auch in Fig. 5 verwendet. Die verschiedenen Analog-Signale, die Generator-Zustände darstellen, sind über einen Analog-Multiplexer 57a und einen A/D-Umsetzer 57b mit dem Mikrocomputer 55 gekoppelt. Diese umschließen den Einstellpunkt der durch die Spitzenwert-Halteglieder 56 erfaßten Phasenspannungen und die Leitungsund Generatorströme von den jeweiligen Stromwandlern, die durch die Spitzenwert-Halteglieder 60 erfaßt sind. Ein Drehzahlsignal für den Konstantdrehzahl-Antrieb 46 vom magnetischen Meßwertgeber ist durch einen Frequenz/Spannungs-Umsetzer 86 eingespeist. Auf ähnliche Weise ist das Drehzahlsignal vom Dauermagnetgenerator 48 über einen Frequenz/Spannungs-Umsetzer 87 eingespeist. Die Temperatur des im Konstantdrehzahl-Antrieb verwendeten und zum Kühlen des Generators dienenden Öles wird am Einlaß und am Auslaß des IDG-Gehäuses erfaßt. Analog-Temperatursignale bewir-

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ken zusätzliche Multiplexer-Einheiten. Unter der Steuerung des Mikrocomputers tastet der Analog-Multiplexer 57a sequentiell die Generator-Zustand-Eingangssignale ab, und die Signale sind durch den Digital-Umsetzer 57b mit einem Eingang des Mikrocomputers verbunden. Die MPU- und PMA-Drehzahlsignale können direkt in Digital-Form umgesetzt und mit dem Mikrocomputer 55 gekoppelt werden, wie dies durch Strichlinien angedeutet ist.

Digital-Eingänge, wie z. B. Schalter, sind über Eingangspuffer 92 mit dem Mikrocomputer 55 verbunden. Diese Eingänge umfassen Hilfskontakte auf dem Generator-Steuerrelais GCR, Generator-Leistungsschalter GCB und Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher BTB. Ein Generator-Steuerschalter GCS, eine Cockpit-Steuerung, bewirkt diskrete Eingangssignale in der geschlossenen oder in der offenen Stellung. Ein öldruckschalter bewirkt ein weiteres Eingangssignal, das die Verfügbarkeit von Öl anzeigt, um den Konstantdrehzahl-Antrieb zu betreiben und den Generator zu kühlen.

Mit besonderer Berücksichtigung des Spannungsreglerteiles der allgemein mit dem Bezugszeichen 70 versehenen Steuereinheit wird die mittlere Phasenspannung des Generators im Mittelfühlerglied 9 5 entwickelt und über ein Filter 96 mit dem Analog-Multiplexer verbunden. Das im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläuterte Abweichungs- oder Fehlersignal liegt über einen Digital/Analog-Umsetzer 71 an einem Summieranschluß 97, wo es zur mittleren Phasenspannung addiert wird, und die Summe ist an einen Pulsbreitenmodulator (PWM) 98 angeschlossen, der einen Ausgangsverstärker 99 ansteuert, der einen Feldstrom für die Erregerfeldwicklung erzeugt. Die Feldschaltungsleistung ist durch den Dauermagnetgenerator über das Generator-Steuerrelais 72 eingespeist. Die Ausgänge des Digital/Analog-Umsetzers 71 und der Ausgang des Verstärkers 99 sind mit den

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Eingängen des Analog-Multiplexers 57a verbunden und werden durch den Mikroprozessor 55 mit den gewünschten Größen verglichen, um den Betrieb des Systems zu prüfen. Ein kurzgeschlossenes Umlauf-Diodenglied 74 erfaßt einen Diodenausfall und speist ein Eingangssignal in den Mikroprozessor, um das Generator-Steuerrelais 72 zu betreiben.

Ausgänge vom Mikroprozessor 55 sind durch Ausgangspuffer 100 angeschlossen. Die Hauptausgangssignale umfassen Signale, die den Betrieb des Generator-Steuerrelais GCR steuern und die Unterbrecher GCB und BTB schließen oder öffnen. Ein Trennlicht-Ausgangssignal liefert eine visuelle Anzeige im Cockpit, daß ein Zustand vorliegt, in dem der Generator getrennt werden sollte. Als eine zusätzliche Prüfung des Systembetriebs sind die Ausgangspuffer-Signale über eine Mehrleiter-Verbindung 101 mit dem Analog-Signal-Eingang-Multiplexer 57a verbunden.

Eine Nachrichtenübertragung mit der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit wird durch eine Schnittstelle 103 und einen Seriendatenübermittlungsabschnitt 104 bewirkt, der eine verdrillte Zweidraht-Doppelleitung aufweisen kann. Wenn Daten zwischen den Steuereinheiten seriell übertragen werden, wird lediglich eine Zweidrahtleitung benötigt, obwohl die Daten sogar verschiedene Schaltungszustände oder Steuersignale darstellen können. Im dargestellten Dreigeneratorsystem kann die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit eine Zyklusperiode von 4 ms haben. Während jedes Zyklus wird Systeminformation ausgetauscht und durch übertragung über den Datenübermittlungsabschnitt bestätigt oder verwirklicht.

Ein (nicht gezeigter) innerer Zeitgeber bewirkt eine Zeitsteuerung für den Mikroprozessor, den Multiplexer und Demultiplexer und andere Zeitgeber-Schaltungen. Ober den Da-

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tenbus 104 übertragene Synchronisiersignale von der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit koordinieren den Betrieb der System-Steuereinheiten. Die Taktsignale werden gezählt, um genaue Zeitsteuerungsperioden festzulegen, die eine gemeinsame Bezugs- oder Startzeit haben können.

Die Beziehung der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42 mit dem System, die die Datenverbindung mit den Generator-Steuereinheiten 30, 31 darstellt, und Eingänge von den Generator-Leistungsschaltern 18, 19 und den Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrechern 23, 24 sind in Fig. 6 gezeigt. D. h., was den linken Generator 15 anbelangt, so liefert ein Hilfskontakt des Generator-Leistungsschalters 18 ein Eingangssignal für die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42. Ein anderer Hilfskontakt liefert ein Eingangssignal für die linke Generator-Steuereinheit 30, und der Unterbrecher wird durch die Generator-Steuereinheit gesteuert, wie dies oben erläutert wurde. Der Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23 hat einen Hilfskontakt, der Eingangssignale zur linken Generator-Steuereinheit 30 und zur Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42 speist, und der Verbindungs-Unterbrecher wird durch die linke Generator-Steuereinheit entsprechend einer in der linken Generator-Steuereinheit entwickelten Information und der von der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit empfangenen Information betrieben. Ähnliche Schaltungen sind für den Generator-Leistungsschalter 19 und den Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 20 für den rechten Generator 16 vorgesehen. Beide Generator-Steuereinheiten 30 und 31 sind über Datenbusse 104 bzw. 105 mit der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit verbunden.

Der Zustand der mit dem Generator verbundenen Hilfskontakte und die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheiten liefern redundante Information, die zur Genauigkeit durch die

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Steuereinheiten durch eine Nachrichtenübertragung über die Datenübermittlungsabschnitte geprüft wird. Spannungs- und Strommessungen fügen weitere Pegel einer redundanten Information bei.

Der Hilfsgenerator 26 ist mit der Verbindungs-Sammelschiene 22 über den Hilfsleistungsschalter 27 verbunden, der Hilfskontakte aufweist, die Eingangssignale zur Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42 und zur Hilfs-Leistungs-Generator-Steuereinheit 32 liefern. Der Hilfsleistungsschalter wird durch ein Ausgangssignal der Hilfs-Leistungs-Generator-Steuereinheit 32 betrieben. Ein Seriendatenbus 106 dient zur Nachrichtenübertragung oder Verbindung zwischen der Hilfs-Leistungs-Generator-Steuereinheit 32 und der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42.

Eine äußere Energiequelle 110 kann vorgesehen sein, wenn das Flugzeug auf dem Boden ist. Diese Energiequelle ist über einen äußeren Leistungs-Kontaktgeber (EPC) 111 mit der Sammelschiene 22 verbunden. Ein Hilfskontakt auf dem äußeren Leistungs-Kontaktgeber liefert ein Eingangssignal zur Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit 42, und die Steuereinheit ihrerseits betreibt den äußeren Leistungs-Kontaktgeber. Phasenspannungen der äußeren Energie oder Leistung bewirken ein zusätzliches Eingangssignal in die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit.

Andere Eingangssignale für die Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit umfassen Cockpit-Steuerungen, die einen Sammelschienen-übertragungs-Schalter, einen äußeren Leistungsschalter und Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher-Schalter darstellen. Ausgangssignale zusätzlich zu der zu den Hilfssteuereinheiten (ACU) über die Datenbusse übertragenen Information und zur Steuerung des äußeren Leistungs-Kontaktgebers 111 um-

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fassen Cockpit-Signale, die einen Bus- oder Sammelschienen-System-Ausfall und die Verfügbarkeit der äußeren Energie anzeigen. Andere Cockpit-Ausgangssignale können ggf. vorgesehen sein.

Wenn das Flugzeug auf dem Boden ist, wird elektrische Energie gewöhnlich von der äußeren Energiequelle 1IO oder vom Hilfsgenerator 26 erzeugt. Mit der äußeren Energie sind der äußere Leistungs-Kontaktgeber 111 und die Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23, 24 geschlossen, wodurch Leistung durch die Lasten 19, 20 angeschlossen ist (vgl. Fig. 1). Mit dem Hilfsgenerator 26 sind der Hilfsleistungsschalter 27 und die Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23, 24 geschlossen.

Wenn die Flugzeugmotoren beim Vorbereiten für das Abheben gestartet werden, sind die Generatoren 15 und 16 verfügbar, um Leistung einzuspeisen, nachdem die geeignete Motordrehzahl erreicht ist. Zu dieser Zeit werden die elektrischen Lasten von der äußeren Energiequelle oder vom Hilfsgenerator auf die motorgetriebenen Generatoren übertragen, indem die Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher 23, 24 geöffnet und die Generator-Leistungsschalter 18 geschlossen werden. Wenn ein Motor oder ein Generator beim Flug ausfällt, können alle Lasten von einem der motorgetriebenen Generatoren oder von einer Kombination aus dem einen motorgetriebenen Generator und dem Hilfsgenerator 26 betrieben werden, indem die Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher und die Generator-Leistungsschalter geeignet betätigt werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen in Einzelheiten die Kombination der Analog- und Mikroprozessor-Signal-Verarbeitung im Spannungsregler. In Fig. 7 sind die drei Phasenspannungen 0A, 0B und φΟ. mit einem Mittelwertglied 95 verbunden, und ein Analog-Mittelwertsignal liegt über ein Tiefpaßfilter 110, ein Filter

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96 und einen Analog/Digital-Umsetzer 57b am Mikroprozessor. Fig. 8 zeigt in der Form eines Funktionsblockes die den Spannungsregler betreffenden Signalwege im Mikroprozessor. Für eine normale Generatoreinstellung wird die Dreiphasen-Mittelwert-Spannung mit einem Bezugswert an einem Summieranschluß 111 verglichen. Die Differenz wird in einem Glied 112 integriert, was zu einer Spannungsabweichung führt, die über ein Logik-Glied 113, einen Digital/Analog-Ümsetzer 71 und einen Analog-Sehalter 114 an einem Eingang des Summieranschlusses 97 liegt. Die mittlere Phasenspannung vom Filter 110 liegt über einen Analog-Schalter 115 an einem anderen Eingang des Summieranschlusses 97. Der Ausgang des Summieranschlusses 97 ist über ein Filter 116 mit dem Pulsbreitenmodulator 98 und dem Ausgangsverstärker 99 der Fig. 5 verbunden, um einen eingestellten Strom an das Erregerfeld abzugeben.

Der Mikroprozessor hat zusätzlich Eingänge, die den höchsten Phasenstrom 120, die höchste Phasenspannung 121 und die niederste Phasenspannung 122 darstellen. Diese bieten zusätzliche Betriebsarten des Spannungsreglers zu Anpassung an ungewöhnliche Zustände. Der Hochphasenstrom und eine Funktion der höchsten Phasenspannung, die durch einen Funktionsblock 123 festgestellt wird, werden an einem Anschluß 124 summiert, der eine Feldwicklungs-Stromgrenze einer bereits beschriebenen Art (vgl. US-PS 4 044 296) liefert. Die Art der Feldstromgrenzen wurde bereits erläutert (vgl. obige US-PS).

Wenn ein einziger Phasenfehler im Generator vorliegt, umfaßt das mittlere Phasensignal vom Filter 110 Harmonische oder Oberwellen, die nicht mit der Erregerfeldstrom-Steuerung gekoppelt sein sollten. Dieser Zustand führt auch zu einem Hochphasenstrom, der durch oinen Vergleicher 126 erfaßt wird,

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der ein Betriebsart-Steuersignal liefert, um den Analog-Schalter 115 zu öffnen. Dies entfernt das mittlere Spannungs-Eingangssignal vom Summierer oder Addierer 97. Das System arbeitet weiter mit der Spannungsabweichung vom Summierer 124, der den Feldstrom steuert.

Wenn eine Phasenspannung niedrig ist, wird der Regler versuchen, einen übergroßen Feldstrom einzustellen. Dieser Zustand wird erfaßt, indem die höchste Phasenspannung mit einem Bezugswert am Summieranschluß 127 verglichen wird, wodurch ein Signal zum Logik-Glied 113 gespeist und das Steuersignal zum Erregerfeld begrenzt wird.

Die höchste Phasenspannung und die niederste Phasenspannung werden am Summieranschluß 129 verglichen. Wenn die Differenz übermäßig ist, hat der Vergleicher 130 ein Ausgangssignal, das den Analog-Schalter 114 öffnet, wodurch der Verstärkungsfaktor für das Spannungs-Abweichungssignal durch einen Verbindungswiderstand 113 in der Schaltung verringert wird. Dies verhindert, daß der Regler versucht, einen übermäßigen Feldstrom einzustellen.

Der auf einem Generator und Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheiten beruhende Mikroprozessor stimmt die Information über die Generator- und Verteilungssystem-Zustände vollständiger und genauer ab, als dies mit einer hart verdrahteten Steuerung durchführbar ist. Die Mikroprozessoren haben eine größere Logik-Leistungsfähigkeit, als dies mit hart verdrahteten Schaltungen erzielbar ist. Als Ergebnis wird das elektrische System mit weniger Unterbrecher-Wiederholungen und geringeren Bedienungs-Unterbrechungen betrieben, als diese mit früheren Steuerungen erreicht werden.

Bei der Erfindung ist ein Seriendatenübermittlungsabschnitt zwischen der Sammelschienen-Leistungs-Steuer-

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einheit und jeder Generator-Steuereinheit vorgesehen, um Information über den Zustand der Eingangssignale und der Ausgangssignale der Steuereinheiten zu übermitteln. Das Ausgangssignal der Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit betreibt die Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher. Außerdem ist die Steuerung auf ein System mit einer äußeren Energiequelle anwendbar, das mit der elektrischen Verbindungs-Sammelschiene über einen äußeren Leistungs-Kontaktgeber verbunden ist, wobei die Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit den äußeren Leistungs-Kontaktgeber betreibt.

« Die Erfindung ermöglicht also einen Spannungsregler

in einem elektrischen Generatorsystern mit einem Mehrphasen-Generator einschließlich einer Feldschaltung und einer Stromquelle für die Feldschaltung, wobei vorgesehen sind eine Spannungsquelle für eine mittlere Generator-Phasen-Ausgangsspannung, ein Vergleicher zum Vergleichen der mittleren Ausgangsspannung mit einem Bezugswert und zum Erzeugen eines eine Abweichung darstellenden Signales, ein Addierer zum Addieren des Abweichungssignales mit dem mittleren Spannungssignal, ein Detektor, der auf die Summe der Signale anspricht, um den Strom zum Generatorfeld zu steuern, und ein weiterer Detektor, der auf einen Generator-Phasenfehler anspricht, um den Addierer abzuschalten, wodurch der Feldstrom durch das Abweichungssignal gesteuert ist. Der Spannungsregler hat außerdem einen Fühler zum Erfassen des Pegels der Hochphasenspannung und einen weiteren Detektor, der auf eine übermäßige Phasenspannung anspricht, um das mittlere Phasensignal zum Addierer zu unterbrechen, wodurch der Feldstrom durch das Abweichungssignal steuerbar ist. Der Spannungsregler, in dem der Addierer ein Summierer mit Eingängen für jedes Signal ist, hat außerdem einen Schalter zwischen der Spannungsquelle des mittleren Phasen-Spannungssignales und dem Summierer-Eingang, einen

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Mikroprozessor mit Eingängen für eine mittlere Phasenspannung und eine hohe Phasenspannung, einen Vergleicher im Mikroprozessor zum Vergleichen der mittleren Phasenspannung mit einem Bezugswert, um das Abweichungssignal zu erzeugen, eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden des Abweichungssignales von einem Ausgang des Mikroprozessors zu einem Eingang des Summierers, einen Detektor im Mikroprozessor, der auf eine hohe Phasenspannung über einem vorbestimmten Pegel anspricht, um ein Steuersignal zu erzeugen, und eine weitere Verbindungseinrichtung, die das Steuersignal von einem Ausgang des Mikroprozessors zum Schalter verbindet, um den Schalter nach Auftreten einer übermäßigen Phasenspannung zu öffnen.

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Claims

Ansprüche

/ 1.J Steueranordnung für elektrisches Generator- und Ver- ^— teilungssystem mit wenigstens zwei Generatoren und mit

- für wenigstens einen der Generatoren - einer Lastschaltung und einem Generator-Leistungsschalter, der die Lastschaltung mit dem Generator verbindet, mit einer elektrischen Sammelschiene und mit einem Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher, der die Lastschaltung über die Sammelschiene mit dem anderen Generator verbindet,

gekennzeichnet

durch

- eine Mikroprozessor-Steuereinheit (30, 31) für jeden
der Generatoren (15, 16),

- eine Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42),

- eine erste Verbindungseinrichtung, die die Schaltungen
der Generatoren (15, 16) mit den Eingängen der zugeordneten Mikroprozessor-Steuereinheit (30, 31) verbindet, um auf Generator-Zustände anzusprechen,

- eine zweite Verbindungseinrichtung, die die Ausgänge der Generator-Steuereinheiten (30, 31) mit den Generatoren
(15, 16) verbindet, um deren Betrieb einzustellen,

- eine dritte Verbindungseinrichtung, die den Eingang der Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit

(42) mit dem elektrischen Verteilungssystem verbindet, um auf Zustände darin anzusprechen, und

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ORIGINAL INSPECTED

- eine Einrichtung, die auf die Ausgangssignale der beiden Mikroprozessor-Steuereinheiten (30, 31) anspricht, um die Lastschaltung (20, 21) mit einem der Generatoren (15, 16) zu verbinden.
2. Steueranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- Seriendatenübermittlungsabschnitte, die die Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) mit jeder Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit (30, 31) verbinden, um den Betrieb der Steuereinheiten (30, 31) anzupassen.
3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Ausgangssignal der Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) die Sammelschienen-Verbindungs-Unterbrecher betreibt.
4. Steueranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Ausgangssignal der Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit (30, 31) den Generator-Leistungsschalter betreibt.
5. Steueranordnung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung, die auf den Zustand der Leistungsschalter und der Verbindungs-Unterbrecher anspricht, um Eingangssignale zur Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) zu speisen.
6. Steueranordnung nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung, die auf den Zustand des Leistungsschalters anspricht, um Eingancrssignale zur Generator-Steuerein-

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heit (30, 31) für den einen Generator (15 bzw. 16) und zur Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) zu speisen.
7. Steueranordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch

- einen Seriendatenübermittlungsabschnitt zwischen der Sainmelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) und der Generator-Steuereinheit (30, 31) für den einen Generator (15 bzw. 16), und

- eine Übertragungseinrichtung zum übertragen von Information hinsichtlich des Zustandes des Leistungsschalters über den Seriendatenübermittlungsabschnitt, um die redundante Leistungsschalter-Information zu vergleichen.
8. Steueranordnung für elektrisches Generator- und Verteilungssystem mit

- einem ersten Generator,

- einer ersten Lastschaltung und

- einem ersten Generator-Leistungsschalter, der die erste Lastschaltung mit dem eisten Generator verbindet,

- einem zweiten Generator,

- einer zweiten Lastschaltung und

- einem zweiten Generator-Leistungsschalter, der die zweite Lastschaltung mit dem zweiten Generator verbindet,

- einem Hilfsgenerator, und

- einer elektrischen Verbindungs-Sammelschiene, die die erste und die zweite Lastschaltung und den Hilfsgenerator über einen ersten bzw. zweiten bzw. Hilfs-Verbindungs-Unterbrecher verbindet,

gekennzeichnet durch

- eine erste Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit (30) für den ersten Generator (15),

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- eine zweite Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit (31) für den zweiten Generator (16),

- eine dritte Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit (32) für den Hilfsgenerator (26),

- eine Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42),

- eine erste Verbindungseinrichtung, die die Eingänge der Generator-Steuereinheiten (30, 31, 32) mit den Schaltungen jedes Generators (15, 16, 26) verbindet, um auf Generator-Zustände anzusprechen,

- eine zweite Verbindungseinrichtung, die die Ausgänge jeder Generator-Steuereinheit (30, 31, 32) mit den jeweiligen Generatoren (15, 16, 26) und Leistungsschaltern verbindet, um deren Betrieb zu steuern,

- eine dritte Verbindungseinrichtung, die die Eingänge der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) mit dem elektrischen Verteilungssystem verbindet, um auf Zustände darin anzusprechen, und

- eine vierte Verbindungseinheit, die den Ausgang der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) durch die Generator-Steuereinheiten (30, 31, 32) zur Steuerung der Verbindungs-Unterbrecher entsprechend den Verteilungs-Schaltungs-Zuständen verbindet, um jede Last (20, 21) mit einem der Generatoren (15, 16, 26) zu verbinden.
9. Steuerverfahren für elektrisches Generator- und Verteilungssystem mit

- einem ersten Generator,

- einer ersten Lastschaltung und einem ersten Generator-Leistungsschalter, der die erste Lastschaltung mit dem ersten Generator verbindet,

- einem zweiten Generator,

- einer zweiten Lastschaltung und einem zweiten Generator-Leistungsschalter, der die zweite Lastschaltung mit dem zweiten Generator verbindet,

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- einem Hilfsgenerator,

- einer elektrischen Verbindungs-Sammeischiene, die die erste und die zweite Lastschaltung und den Hilfsgenerator durch einen ersten bzw. einen zweiten bzw. einen Hilfs-Verbindungs-Unterbrecher verbindet,

- einer Mikroprozessor-Generator-Steuereinheit für jeden Generator, und

- einer Mikroprozessor-Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit,

gekennzeichnet durch

- Betreiben jeder Generator-Steuereinheit (30, 31, 32) entsprechend Zuständen des zugeordneten Generators (15, 16, 26), um den Generator-Betrieb zu steuern, und

- Betreiben der Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) und jeder Generator-Steuereinheit (30, 31, 32) entsprechend den Zuständen der elektrischen Verteilungsschaltung, um die Leistungsschalter und die Verbindungs-Unterbrecher zu steuern, damit Leistung von dem einen oder anderen Generator (15, 16, 26) an die Lasten (20, 21) abgegeben wird.
10. Steuerverfahren nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch

- übermitteln der Generator-Zustand-Information von jeder Generaror-Steuereinheit (30, 31, 32) zur Sammelschienen-Leistungs-Steuereinheit (42) .

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