DE3304625A1

DE3304625A1 - Spannungsregler fuer flugzeuggeneratoren

Info

Publication number: DE3304625A1
Application number: DE19833304625
Authority: DE
Inventors: David A. Fox; Lynn L. Lima Ohio Tipton
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1982-02-12
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1983-08-25
Also published as: GB8300895D0; US4446417A; FR2521743A1; FR2521743B1; JPS58148699A; JPH0424960B2

Description

WS363P-2599

Spannungsregler für Flugzeuggeneratoren

Die Erfindung bezieht sich auf Spannungsregler, insbesondere auf Spannungsregler für Flugzeuggeneratoren.

Spannungsregler für Flugzeuggeneratoren mit Stabilisierung der Generatorausgangsspannung durch Regeln des Erregerfeldstroms sind allgemein bekannt. Regler dieser Art arbeiten üblicherweise mit einer Rückführungsschleife, in der ein Spannungsfühler liegt, der ein Spannungssignal erzeugt, das der Generatorausgangsspannung proportional ist, ein dieses Signal verstärkender Verstärker und eine Einrichtung zum Regeln des Erregerfeldstroms nach Maßgabe des verstärkten Spannungssignals.

Flugzeuggeneratoren (beispielsweise Wechselstromsynchronmaschinen mit bürstenloser Erregung) stimmen in manchen Anforderungen mit Generatoren für andere Anwendungszwecke überein, müssen aber auch Anforderungen hinsichtlich hoher Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit bei kompakter und kostengünstiger Bauweise genügen. Die Generatorregelung, die auch den Spannungsregler umfaßt, ist Bestandteil des Generatorsystems, von dem hohe Leistungen verlangt werden. Der Gegenstand der Erfindung hat besondere Bedeutung für Generatorsysteme in Flugzeugen, die Erfindung ist aber nicht auf derartige Anwendungen beschränkt.

Bei früheren Reglern wurden Serienkompensationselvrfahren angewandt, um das übergangsverhalten zu verbessern. In

diesen

* β , β » β ι*

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diesen Systemen war eine Siebschaltung im Rückführungskreis vorgesehen, um die Ex^-regerzeitkonstante auszugleichen. Die Erregerzeitkonstanten ändern sich aber mit den sich ändernden Umgebungsverhältnissen, beispielsweise mit Temperaturänderungen. Dadurch war die Wirkung von Serienkompensationsschaltungen begrenzt.

Ferner wurden Nebenkreis-Rückführungsverfahren entwikkelt, um Stabilität und übergangsverhaiten zu verbessern.

lü Bei diesen Systemen wird ein der Spannungsreglerausgangsspannung proportionales Signal an den Eingang des Verstärkers in der Hauptrückführungsschleife zurückgeführt. Es ergibt sich ein verbessertes Betriebsverhalten, aber die Schaltung stellt keine geeignete Arbeitsweise für j Systeme dar, die einen großen Drehzahlbereich umfassen, wie etwa Gleichstrom-Link-Systeme mit einem Umformer in dem geschlossenen Regelkreis.

Negative Erregerfelderhöhung wird zur Verbesserung der ;0 Ansprechzeit angewandt. Das läßt sich erreichen durch Einschalten eines aktiven Strombegrenzers, etwa eines Transistors, in Reihe mit der Erregerfeldspule. Durch Abschalten des Transistors erzielt man eine schnelle Herabsetzung des Feldstroms.

Wenn negative Erregerfelderhöhung in Verbindung mit einem Nebenrückführungskreis angewandt wird, kann das Rückführungssignal, das von der Spannungsreglerausgangsspannung abgeleitet ist, nicht auf die negative Erreger-

Ό felderhöhung ansprechen. Der Regler behandelt die negative Felderhöhung dann als Störung und nicht als Korrektur. Daher wird das übergangsverhalten erheblich verschlechtert.

3^ Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Spannungsregelung herbeizuführen.

Die

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Die Erfindung stellt insgesamt eine Spannungsreglerschaltung für einen Generator mit Erregerfeldspule dar, und diese Schaltung setzt sich zusammen aus: einem Stromfühlerkreis, der so geschaltet ist, daß der Strom in der genannten Erregerfeldspule abgetastet wird, einem Spannungsfühlerkreis zum Erfassen der Generatorausgangsspannung, einer verbindenden Schaltung zwischen dem Erregerstromkreis und dem Generatorspannungsabtastkreis zum Kombinieren der Signale dieser Kreise, einem Komparator zum Vergleichen des kombinierten Signals mit einer Bezugsspannung, einem Regelkreis zum Regeln des Stroms in der genannten Erregerfeldspule in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des genannten Komparators.

Die Erfindung arbeitet mit einer verbesserten Rückführungstechnik, bei der der Erregerfeldstrom statt der Spannung benutzt wird. Der Erregerfeldstrom spiegelt exakt die Erregerausgangsspannung und ist daher geeigneter zur Darstellung eines maschinenabhängigen Zustands.

Bestandteilen von früheren Rückführungskreisen, die die Erregerzeitkonstante zu formen versuchten, wurden weggelassen, weil die Zeitkonstante von dem Erregerfeldstrom genau wiedergegeben wird.

Ein erfindungsgemäß aufgebauter Spannungsregler weist eine Einrichtung zum Erfassen des Erregerfeldstroms und zum Erzeugen eines diesem Strom proportionalen Signals auf. Ferner erzeugt eine Spannungsabtasteinrichtung ein zweites Signal, das der Ausgangsspannung des Generators proportional ist. Diese beiden Signale werden zur Erzeugung eines dritten Signals kombiniert, das in einen Komparator geführt und dort mit einem Bezugssignal verglichen wird. Der Komparator erzeugt ein viertes Signal nach Maßgabe der Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem dritten Signal. Eine Stromregelungseinrichtung spricht auf dieses vierte Signal an und regelt den Erre-' gerfeldstrom.

Die

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Die Erfindung wird in Form eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig.l: ein Blockschaltbild eines Spannungsreglersystems, bei dem ein erfindungsgemäßer Spannungsregler eingesetzt ist;

F¹Ig. 2: das Schaltschema einer Ausführungsform einer Schaltung, bei der ein erfindungsgemäßer Spannungsregler eingesetzt ist.

Fig.l zeigt ein Blockschaltbild eines Spannungsreglersystems, das mit einem erfindungsgemäßen Spannungsregler arbeitet. Eine Kraftquelle, z.B. eine Gleichstromquelle 10, speist eine Erregerfeldspule 12. Ein Stromfüh-

Ιζ ler 14, der einen Nebenschlußwiderstand oder einen Stromwandler oder eine sonstige Fühlereinrichtung enthält, liefert ein erstes Signal, das dem Erregerfeldstrom proportional ist. Ein Kreis 16 zur negativen Felderhöhung (NFE-Kreis) liegt in Reihe mit dem Stromfühler 14 und

:0 der Erregerfeldspule 12. Eine Nebenschlußdiode 18 bietet eine Bahn für den Strom, der von dem zusammenbrechenden Magnetfeld der Erregerfeldspule erzeugt wird, wenn der Erregerfeldspulenstrom unterbrochen wird.

Die Anschlußklemme VS steht mit einem Punkte in der Generatorschaltung in Verbindung, der auf einem Spannungspegel ist, der proportional der Generatorausgangsspannung ist. In einem regelbaren Konstantfrequenzsystem kann die Klemme VS an den Stromwandlerausgang geführt sein. Die Spannung an der Anschlußklemme VS wird von dem Spannungsfühler 20 abgetastet, der ein zweites, der Generatorausgangsspannung proportionales Signal liefert. Ein Spannungsteiler 22 dient zum Kombinieren des ersten und des zweiten Signals und zum Erzeugen eines dritten Signals.

Eine

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Eine Bezugsspannungsquelle 24 liefert eine Bezugsspannung, die von einem Komparator 26 mit dem dritten Signal verglichen wird. Der Komparator 26 erzeugt ein viertes Signal, das proportional der Differenz zwischen dem dritten Signal und der Bezugsspannung ist. Ein Stromregler 28 stellt eine Einrichtung zum Regeln des Erregerfeldspulenstroms nach Maßgabe des vierten Signals dar.

Ein überstromfühler 30 ist an den Ausgang des Stromfüh-

IQ lers 14 angeschlossen, um einen überstromzustand in der Erregerfeldspule 12 festzustellen» Wenn der überstromfüh-' ler 30 einen überstrom feststellt, werden nicht gezeichnete Schutzvorrichtungen in dem Spannungsregler in Betrieb genommen, die den Überstromzustand beseitigen.

Fig.2 stellt das Schaltschema einer Ausführungsform für eine Schaltung dar, bei der ein erfindungsgemMßer Spannungsregler eingesetzt ist. Eine Gleichstromquelle, in Fig.l mit 10 bezeichnet, liegt an der Klemme PS und lie» fert Strom in die Erregerfeldspule 12. Der Nebenschlußwiderstand Rl liegt in Reihe mit der Erregerfeldspule 12 und dient als stromempfindliches Element in dem Stromfühler 14. Ein parallel zu dem Shunt Rl liegender Kondensator Cl setzt den Brumm auf einen Kleinstwert herab.

Ein Kondensator C2, eine Zenerdiode CRl und ein Widerstand R2 sind in der gezeichneten Weise zusammengeschaltet und bilden eine auf den Anschluß PS bezogene Stromquelle. Die an Rl abgeleitete Spannung wird dem Rechenverstärker ICl zugeführt, der mit dem Transistor Ql und dem Widerstand R3 verbunden ist und eine Stromquelle bildet, in der der Strom im Kollektor des Transistors Ql proportional dem Erregerfeldstrom ist. Der Kondensator C3 stabilisiert den Rechenverstärker ICl.

Die

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Die Widerstände R4 und R5 liegen in Reihe zwischen dem Kollektor des Transistors Ql und Erde. Infolgedessen entsteht ein erstes erdebezogenes Spannungssignal, das dem Erregerfeldstrom proportional ist, an dem Verbitt-

¹S dungspunkt zwischen R4 und dem Kollektor von Ql.

Die Widerstände R4 und R5 dienen auch als Überstromfühler 30, wobei die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R4 und R5 proportional dem Erregerfeld-.0 strom ist. Diese Spannung wird dem üblichen (nicht gezeichneten) Oberstromschutzkreis über die Anschlußklemme OC zugeführt.

Ein zweites Spannungssignal von dem Spannungsfühler 2.0 in Pig.l wird an die Anschlußklemme Sl geführt. Der Spannungsteiler 22 dient als Mittel zum Kombinieren des ersten und des zweiten Spannungssignals und enthält die Reihenschaltung des Kondensators C4 mit den Widerständen R6 und R7. Der Kondensator C4 sperrt die Gleichspannung ab, die einen Fehler in der stetig geregelten Spannung erzeugen würde. Die Kombination von Widerstand R6 und Kondensator C4 kann abgestimmt werden, um das Ansprechen des Kreises zu verbessern. Die am Verbindungspunkt von Widerstand R7 und Kondensator C4 anliegende Spannung stellt ein drittes Signal dar, das den Zustand des Erregers genau wiedergibt und somit die Stabilitätskompensation liefert.

Dieses dritte Signal wird dem Rechenverstärker IC2 des Komparators 26 zugeführt, wo es mit einer Bezugsspannung verglichen wird, die der Anschlußklemme VR von der Bezugsspannungsquelle 24 in Fig.l zugeführt wurde. Der Komparator 26 erzeugt ein viertes Signal, das dem Treiberkreis 32 des Stromreglers 28 zugeführt wird. Die übliehe Schaltung des Treiberkreises 32 steuert den Transistor Q2 nach Maßgabe des vierten Signals vom Komparator 26.

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Der NFE-Kreis 16 enthält einen Transistor Q3 und eine Zenerdiode CR2. Der Transistor Q3 wird über die Anschlußklemme NFF durch eine bekannte Schaltung gesteuert, Die Nebenschlußdiode 18 bietet eine Bahn für den Strom, der von dem zusammenbrechenden Magnetfeld der Erregerfeldspule 12 geliefert wird, wenn der Erregerfeldspulenstrom herbgesetzt wird, weil der Transistor Q2 oder Q3 abgeschaltet wird. Da die Katode der Shunt-Diode 18 zwischen der Anschlußklemme PS und dem Stromfühler 14 liegt, verbleibt der Shuntwiderstand Rl in der Stromschleife und tastet weiterhin den tatsächlichen Erregerfeldspulenstrom ab.

Ein erfindungsgemäßer Spannungsreglerkreis ist zusammengestellt worden und seine Leistung wurde an einem Gleichstrom-Link-System untersucht. Eine deutliche Verbesserung des Übergangsverhaltens hat sich beim Abschalten von 42 kW- und 60 kW-Belastungen gezeigt. Der Ausgleich der Belastungsabschaltung erfolgt zweimal schneller als bei einem Nebenschleifen-Rückführungskreis bekannter Art.

Als Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung werden in der nachstehenden Tabelle spezielle Bauteile aufgeführt, die bei einem erfindungsgemäßen Spannungsregler nach der in Fig.2 gezeigten Schaltung· benutzt werden können. Natürlich lassen sich im Rahmen der Erfindung auch andere Bauelemente verwenden. Beispielsweise läßt sich der Rückführpegel durch Verändern des Wertes von R4 einstellen.

	WIDERSTÄNDE	0,1	•η-	Ohm Shunt
Rl		10	kOhm
R2		125	Ohm *t.
R3		800	Ohm ^
R4		IfI	kOhm „ ^'
R5		3,9	kOhm \
R6		10	kOhm "
R7		KONDENSATOREN I

	/ KONDENSATOREN	.; 330^ WS363P-2599
Cl C2 C3 C4	DIODEN	1 Mikrofarad 1 Mikrofarad 100 Pikofarad 0,33 Mikrofarad
CRl CR2 CR3	TRANSISTOREN	15 V Zenerdiode 168 V Zenerdiode 200 V 7 ) A
Ql Q2 Q3	2N5416 2N6546 2N6546 RECHENVERSTÄRKER
ICl IC2
10IA LM124

25 30 35

Übersicht

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Übersicht über die in den Figuren benutzten Bezugszeichen

Bezugszahl Figur

Gleichstromquelle	10	1
Erregerfeldspule	12	1
Stromfühler	14	1
Negative Erregerfelderhöhung	16	1
Nebenschlußdiode	18	1
Spannungsfühler	20	1
Spannungsteiler	22	1
BezugsspannungsquelIe	24	1
Komparator	26	1
Stromregler	28	1
überstromfühler	30	1
Treiberkreis	32	2

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

10

Spannungsreglerschaltung für einen Generator mit einer Erregerfeldspule, enthaltend einen Stromfühlerkreis zum Erfassen des Stroms in der genannten Erregerfel'dspule und einen Spannungsfühlerkreis zum Erfassen der Generatorausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kombinationskreis (22) mit dem Erregerstromfühlerkreis und dem Generatorspannungsfühlerkreis verbunden ist, um deren Signale zu kombinieren, und daß ein Komparator (26) zum Vergleichen des kombinierten Signals mit einer Bezugsspannung vorgesehen ist, sowie ein Reglerkreis (28) zum Regeln des Stroms in der genannten Erregerfeldspule nach Maßgabe des Ausgangs des genannten Komparators.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Felderhöhungskreis in Reihe mit der genannten Erregerfeldspule geschaltet ist.

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3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der genannten Kombinationsschaltung um eine Teilerschaltung handelt, die aus der Serienschaltung eines ersten Widerstands, eines Kondensators und eines zweiten Widerstands besteht, wobei das erste und das zweite genannte Spannungssignal auf die entgegengesetzten Seiten der Teilerschaltung gegeben werden.
4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine überstromschaltung zum Erfassen eines überstromzustands in der genannten Erregerfeldspule.