-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Maschinen-betriebenen Generator und insbesondere
einen Maschinen-betriebenen
Generator, bei dem eine Anzahl von Maschinenumdrehungen als Antwort
auf eine Last und eine Änderung
der Temperatur gesteuert werden kann.
-
Viele
Maschinen-betriebene Generatoren, die im Allgemeinen als Drehstrom-Stromquellen
verwendet werden, sind mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
zur Stabilisierung der Ausgangsfrequenz ausgestattet. In einem solchen
konventionellen Maschinen-betriebenen Generator wird ein Drehstrom
durch einen Generator generiert, der durch eine Maschine angetrieben
wird, zeitlich in einen Gleichstrom umgewandelt, und durch einen Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
zurück
in eine Drehstromausgabe bei der gewerblichen Frequenz zurückgewandelt,
bevor er freigegeben wird. Das mit dem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter ausgestattete
konventionelle Generatorsystems weist eine Ausgabefrequenz auf,
die kaum von der Anzahl der Maschinenumdrehungen abhängig ist,
und bestimmt seine Ausgangsleistung durch das Steuern der Anzahl
von Umdrehungen der Maschine in Abhängigkeit von der Last.
-
Zum
Beispiel ist ein mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter ausgestatteter
Generator in der
Japanischen
Patent-Veröffentlichung (Heisei)5-18285 offenbart,
wobei die Nutzlast in Übereinstimmung
mit einem Ausgabestrom des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters geschätzt wird
und verwendet wird zum Steuern einer Drosselöffnung der Maschine. Dies gestattet
es, die Ausgabenspannung des Generators auf einem im Wesentlichen
gleichförmigen
Pegel zu unterhalten, ungeachtet der Variationen der Last.
-
In
der
Japanischen Patent-Veröffentlichung (Heisei)5-146200 wird
auch ein Maschinen-betriebener Generator offenbart, der seine Ausgabenspannung
an der Eingabe eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters erfassen
und mit einer vorbestimmten Referenzspannung vergleichen kann, um die
Anzahl von Umdrehungen der Maschine zu bestimmen, die der Last entsprechen.
-
Der
Anmelder dieser Patentanmeldung hat einen Maschinenbetriebenen Generator
vorgeschlagen, der mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
ausgestattet ist, der aus einem Halbleiter-Gleichrichter-Element
zum Gleichrichten des Ausgabestromes eines Generators besteht und
ausgelegt ist, die Anzahl von Maschinenumdrehungen zu steuern, so
dass der Leitungswinkel des Halbleiter-Gleichrichter-Elements auf ein Zielgrad
konvergiert, der kleiner ist, als die maximale Obergrenze des Leitungswinkels,
und somit die Ausgabespannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
auf einem gewünschten
Pegel zu unterhalten. Da der Generator mit einer moderaten Toleranz
arbeitet, kann er leicht auf einen Anstieg der Last innerhalb der
Toleranz reagieren. Es kann auch verhindert werden, dass die Ausgabeleistung
des Generators durch eine Variation der Anzahl von Umdrehungen der
Maschine beeinflusst wird.
-
Es
wird ferner gewünscht,
den konventionellen Generator zu verbessern, wobei der Leitungswinkel
des Halbleiter-Gleichrichter-Elements
auf einen Zielgrad gesteuert wird, der kleiner bleibt als seine Obergrenze.
Im Allgemeinen wird der Generator leicht durch Temperaturfluktuationen beeinflusst.
Insbesondere in einem Magnet-artigen Generator mit einem Rotor aus
permanenten Magneten entwickeln die Magneten ein Magnetfeld hoher
Intensität
und der Wicklungswiderstand sinkt, wenn die Temperatur gering ist.
Als Ergebnis wird der Verlust minimiert. Wenn die Temperatur jedoch
hoch ist, entwickeln die Magneten ein Magnetfeld geringerer Intensität und der Windungswiderstand
wird erhöht.
Dementsprechend wird der Verlust erhöht und die Ausgabe des Systems wird
geringer sein wie bei der niedrigeren Temperatur. Zum Beispiel kann
die Ausgabe um 10% abnehmen, wenn die Temperatur fällt. Während in
diesem Fall die Leistungsrate des Halbleiter-Gleichrichter-Elements (wie zum Beispiel
der Zielgrad des Leitungswinkels von Thyistoren) unverändert bleibt, kann
die Anzahl von Maschinenumdrehungen bei der hohen Temperatur 10%
größer sein
als bei der niedrigen Temperatur.
-
Wenn
der Generator mit den obigen Merkmalen mit den Parametern für die hohe
Temperatur betrieben wird, bleibt seine Ausgabe bei der niedrigen
Temperatur ausreichend, ungeachtet der Last. Da folglich der Leistungswinkel
der Thyistoren nicht größer ist
als der Referenzpegel, kann die Anzahl von Maschinenumdrehungen
kaum erhöht
werden. Da die Anzahl von Maschinenumdrehungen kaum auf einen Zielpegel
erhöht
wird, wird die Ausgabe der Maschine verringert und seine Arbeitsaktionen
können überlastet
werden.
-
Es
wird nun angenommen, dass die Anzahl von Maschinenumdrehungen zwischen
3000 und 5000 U/min gesteuert wird und die belastete Leistungsabgabe
und die Anzahl von Maschinenumdrehungen 1000 VA bzw. 4000 U/min
bei Normaltemperatur sind. Wenn die Temperatur auf –15°C fällt, wird die
Effizienz des Generators erhöht
und seine Ausgabe ist höher
als bei Normaltemperatur. Wenn die belastete Ausgabe bei 1000 VA
verbleibt, wird die Anzahl von Maschinenumdrehungen 3000 bis 3200 U/min
sein. Wenn die Anzahl von Umdrehungen kleiner als 4000 U/min ist,
kann die Maschine kaum Elektrizität von 1000 VA erzeugen (oder
wird überlastet).
-
Im
Gegenteil, wenn die Temperatur höher
ist als Normaltemperatur, wird die Effizient des Generators verringert,
und seine Ausgabe ist geringer als die bei Normaltemperatur. Dementsprechend
wird die Anzahl von Maschinenumdrehungen exzessiv ansteigen. Der
Effekt einer Variation der Temperatur kann involviert sein, wenn
der Generator kühl
bleibt, z. B. beim Starten, oder wenn der Generator erwärmt bleibt,
z. B. während
eines kontinuierlichen Betriebs. Das Merkmal der Anzahl von Umdrehungen
kann unvorteilhaft durch die Temperaturfluktuationen beeinflusst
sein.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Maschinen-betriebenen Generators, der einen Generator aufweist,
der ausgelegt ist, kontinuierlich eine tatsächliche Arbeitsleistung bereitzustellen,
mit einer komfortablen Toleranz und einer stabilen Steuerung seiner
Ausgabenspannung als Antwort auf einen breiten Bereich elektrischer
Lasten, und eine, den Generator antreibende Maschine, die ausgelegt
ist, die Anzahl von Umdrehungen zu steuern, ungeachtet der Temperaturvariationen.
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem ersten Merkmal umfasst einen
aus einem Halbleiter-Gleichrichter-Element
bestehenden Konvertierer zum Gleichrichten des Ausgangsstromes eines
durch eine Maschine getriebenen Generators, einem Wandler bzw. Stromrichter
zum Konvertieren bzw. Wandeln eines durch den Konvertierer empfangenen
Gleichstromes in einen Wechselstrom mit einer erwünschten
Frequenz, eine Halbleiter-Gleichrichter-Element-Ansteuer-Schaltung
zum Steuern der Leitung des Halbleiter-Gleichrichter-Elements um
die Ausgangsspannung des Konvertierers auf einen Zielwert bzw. Zielpegel
anzupassen, ein Leitungsraten-Erfassungs-Mittel
zum Erfassen der Leitungsrate des Halbleiter-Gleichrichter-Elements, ein
Maschinen-Umdrehungs-Steuer-Mittel
zum Steuern der Anzahl von Umdrehungen der Maschine, so dass die
durch das Leitungsraten-Erfassungs-Mittel erfasste Leitungsrate
auf eine Zielrate konvergiert, und ein Modifizierungs-Mittel zum
Modifizieren der Zielrate als Antwort auf die Temperatur des Generators.
-
Das
Modifizierungs-Mittel ist ausgelegt zum Reduzieren der Zielrate,
um die Leitungsrate zu reduzieren, wenn die Temperatur des Generators
geringer ist als eine Referenztemperatur, und zum Erhöhen der
Zielrate, um die Leitungsrate zu erhöhen, wenn die Temperatur des
Generators höher
ist als eine Referenztemperatur.
-
Eine
weitere Modifizierung weist ein zweites Merkmal auf, wobei die Temperatur
des Generators durch die Temperatur eines in dem Stromrichter bzw. Wandler
bereitgestellten Leistungs-Steuer-Elements repräsentiert wird.
-
Eine
weitere Modifizierung weist ein drittes Merkmal auf, wobei die Temperatur
des Generators durch die Temperatur eines in dem Konvertierer bereitgestellten
Leistungs-Steuer-Elements
repräsentiert
wird.
-
Eine
weitere Modifizierung weist ein viertes Merkmal auf, wobei die Leitungsrate
ein Leitungswinkel des Halbleiter-Gleichrichter-Elements ist und sein Zielgrad
somit ein Leitungs-Zielgrad ist.
-
Eine
weitere Modifizierung weist ein fünftes Merkmal auf, wobei der
Generator ein Magnet-Generator ist.
-
Gemäß den Merkmalen
der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl von Maschinenumdrehungen
gesteuert werden, so dass der Leitungswinkel oder die Leitungsrate
auf einen vorbestimmten Zielgrad konvergiert. Wenn insbesondere
die Temperatur des Generators variiert wird, kann die Anzahl von Maschinenumdrehungen
unter Verwendung einer Modifizierung des Zielgrades, als Antwort
auf die Leistungsausgabe des Generators, gesteuert werden.
-
Wenn
die Leistungsausgabe des Generators ansteigt während die Temperatur gering
bleibt, wird die Leitungsrate die Zielrate zeitig überschritten
und die Anzahl der Maschinenumdrehungen wird somit schnell erhöht. Als
Ergebnis geht die Leistungsausgabe kaum zurück und die Überlastung wird erfolgreich
vermieden. Wenn die Leistungsausgabe des Generators ansteigt während die
Temperatur hoch bleibt, übersteigt
die Rate die Zielrate langsam und der Anstieg der Anzahl der Maschinenumdrehungen wird
verzögert.
Als Ergebnis wird die Maschine daran gehindert, bei einer exzessiv
hohen Anzahl von Umdrehungen zu arbeiten.
-
Gemäß dem zweiten
Merkmal kann die Leitungsrate modifiziert werden, in Abhängigkeit
von der Temperatur des in dem Wandler oder Konvertierer bereitgestellten Leistungs-Steuer-Elements,
der die Temperatur des Generators tatsächlich darstellt. Gemäß dem dritten
Merkmal kann der Leitungswinkel des Halbleiter-Gleichrichter-Elements auch in Abhängigkeit
von der Temperatur des Generators modifiziert werden. Gemäß einem
vierten Merkmal wird der Effekt einer Variation im durch die permanenten Magnete
ausgebildeten Magnetfeld, die verursacht wird durch eine Variation
der Temperatur, minimiert.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Blockdiagramm einer Anordnung eines Maschinen-betriebenen Generators,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist
ein Blockdiagramm, das einen primären Teil eines Treibstoff-Steuersystems
in dem Maschinen-Generator-System
zeigt;
-
3 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das den Leitungswinkel von Thyistoren zeigt;
-
4 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Abweichung des Leitungswinkels
von einem Ziel und eine Anpassung der Zielanzahl an Umdrehungen
zeigt;
-
5 ist
ein Blockdiagramm, das einen primären Teil zur Modifizierung
des Leitungswinkels, als Antwort auf die Temperatur, zeigt; und
-
6 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Anzahl von Maschinenumdrehungen und
der Ausgabenspannung eines Generators vor und nach der Modifizierung
des Leistungswinkels, als Antwort auf die Temperatur, zeigt.
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird detaillierter mit Bezug auf die
relevanten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein
Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Maschinen-betriebenen Generators
zeigt. Ein magnetischer Mehrfachpol-Generator 1 (im Folgenden
als Generator bezeichnet) mit einem Permanentmagneten zum Ausbilden
eines magnetischen Flusses ist mit einer (Verbrennungs-)Maschine 2 verbunden.
Da der Generator 1 durch die Maschine 2 angetrieben
wird, generiert er einen Mehrfachphasen-(im Allgemeinen Drei-Phasen-)Wechselstrom.
Der Wechselstrom wird in seine Gleichstromform verändert, durch
die Vollwellengleichrichtung eines Konvertierers 3, der
eine Gleichrichtungsschaltung mit Thyistoren enthält, die als
Halbleiter-Gleichrichter-Element in einer Brückenkonfiguration verbunden
sind, und an einen Wandler 4 übertragen. Der Wandler 4 wird
an seiner Ausgabe mit einer externen Last 5 verbunden,
zur Bereitstellung einer einphasigen Wechselstromausgabe bei der
handelsüblichen
Frequenz (zum Beispiel 50 Hz). Ein Schrittmotor 7 wird
ebenfalls zum Steuern der Drosselöffnung der Maschine 2 bereitgestellt.
Genauer wird die Öffnung
einer Drosselklappe 6 mit einer Anzahl von Pulsen gesteuert,
die durch den Schrittmotor 7 empfangen werden, und somit
die Anzahl der Umdrehungen der Maschine 2 bestimmen. Die
Maschine 2 kann mit einer Kraftstoffeinspritzung ausgestattet.
In diesem Fall wird die Steuerung der Drosselöffnung durch den Betrieb einer Steuerung
der Kraftstoffeinspritzungszeit zum Bestimmen der Anzahl von Umdrehungen
ersetzt.
-
Die
Ausgabenspannung des Konvertierers 3 wird durch den Spannungsdetektor 8 gemessen. Eine
Thyristor-Antriebsschaltung 9 vergleicht
die Ausgabespannung des Konvertierers 3 mit einer Bezugsspannung
(zum Beispiel 170 V), die als ein Zielpegel eingestellt wurde, und
steuert dann die Leitung oder Zündung
der Thyistoren in einer bekannten Art, so dass die reale Ausgabenspannung
des Konvertierers 3 gleich einem gewünschten Spannungseinstellpegels
ist. Diese Anordnung gestattet es, dass die Ausgabenspannung des
Konvertierers 3 auf dem Spannungseinstellpegel bleibt,
wenn sie in einem bestimmten Strombereich ist, in dem der Leitungswinkel
des Thyristors gesteuert werden kann. Der Konvertierer 3 kann
modifiziert werden, wobei seine Ausgabenspannung durch die Steuerung
der Tastverhältnisse
eines Leistungstransistors bestimmt wird. Es sollte beachtet werden,
dass in dieser Beschreibung der Leitungswinkel und das Tastverhältnis als die
gezündete
Zustandsrate eines Halbleiter-Gleichrichter-Elements bezeichnet wird.
-
Das
Halbleiter-Gleichrichter-Element wird gesteuert, um seinen "An-Zustand" gemäß des Leitungswinkels
oder der Leitungsrate zu unterhalten.
-
Eine
Kraftstoff-Fluss-Steuereinheit 10 wird jetzt beschrieben. 2 ist
ein Blockdiagramm einer Anordnung der Kraftstoff-Fluss-Steuereinheit 10.
Ein Thyristor-Leitungswinkel-Detektor 101 misst
den Leitungswinkel der Thyristoren gemäß des Steuersignals, das dem
Konvertierer 3 von der Thyristor-Ansteuerschaltung 9 bereitgestellt
wird. Der Leitungswinkel wird kontinuierlich nach Intervallen einer
bestimmten Zeitspanne gemessen und sein Mittelwert wird berechnet.
-
Der
durch den Thyristor-Leitungswinkel-Detektor 101 berechnete
gemittelte Leitungswinkel 101 wird an einen Abweichungsdetektor 102 transferiert, in
dem eine Abweichung von einem Zielgrad erfasst wird. Genauer wird
aus dem gemittelten Leitungswinkel der Thyristoren beurteilt, ob
der Generator 1 durch eine komfortable Toleranz der Leistungsausgabe
betrieben wird. Für
den Zweck ist der Leitungs-Zielgrad bevorzugt zum Beispiel 75% .
Bevorzugter kann der Leitungs-Zielgrad wie eine gemeinsame Einstellung
einen Hysterese-Pegel aufweisen.
-
Da
die Anzahl der Umdrehungen der Maschine 2 auf ein Zielwert
gesteuert wird, so dass die durch den Abweichungsdetektor 102 berechnete
Abweichung auf Null reduziert wird, arbeitete der Generator 1 in
einem bevorzugten Zustand. Der Leitungs-Zielgrad variiert, in Abhängigkeit
von der Temperatur 1 des Generators 1, wie später genauer
beschrieben wird.
-
3 stellt
eine Wellenform der Ausgabenspannung der Thyristoren dar, wenn der
Leitungswinkel gleich 75% ist. Wie gezeigt, ist der Leitungswinkel α ein elektrischer
Winkel, der einer Zeitspanne entspricht, in der die Thyristoren
in einem "An-Zustand" gehalten werden,
und er kann mit einer bekannten Einrichtung bestimmt werden.
-
Ein
Zielumdrehungs-Aktualisierungsblock 103 ist angeordnet,
auf eine Abweichung von dem Abweichungsdetektor 102 zu
reagieren, zur Bestimmung einer Anpassung in der Umdrehungszahl.
Der Zielumdrehungs-Aktualisierungsblock 103 kann durch
eine Tabelle implementiert werden, in der die Anpassung der Anzahl
von Umdrehungen aus der Abweichung als ein entsprechendes Ablesen
von Adressendaten bestimmt wird. 4 ist ein Diagramm,
das die Beziehung zwischen der Abweichung und der Anpassung der
Umdrehungsanzahl zeigt. Die Abweichung ist ein Unterschied zwischen dem
Leitungs-Zielgrad und dem tatsächlichen
Leitungsgrad (tatsächlicher
Winkel minus Zielwinkel).
-
Wenn,
wie in 4 gezeigt, die Abweichung positiv von dem Leitungs-Zielgrad
ist, wird die Anpassung der Maschinenumdrehungen größer als
wenn die Abweichung negativ ist. Wenn die Abweichung größer ist,
wird beurteilt, dass der Leitungswinkel den Zielgrad (75%) überschreitet
und der Generator 1 keine Toleranz aufweist. Es ist somit
für den
Generator 1 notwendig, die Ausgabeleistung als Antwort
auf die Last zu erhöhen.
Wenn umgekehrt die Abweichung negativ ist, wird beurteilt, dass
der Generator 1 eine große Toleranz aufweist. Da jegliche
exzessive Antwort zu einem Überschwingen
führt,
das die Umdrehungsanzahl abrupt variiert und vermieden werden muss,
wird die Anpassung der Umdrehungsanzahl auf ein Minimum gesetzt.
-
Auf 2 zurückkommend,
wird eine Zielumdrehungs-Speichereinheit 104 bereitgestellt
zum Empfangen der Anpassung der Zielanzahl von Umdrehungen von dem
Zielumdrehungs-Aktualisierungsblock 103 und zum Addieren
dessen zu einer vorhergehenden gespeicherten Zielanzahl von Umdrehungen,
um eine neue Zielanzahl von Umdrehungen zu haben. Die Zielanzahl
von Umdrehungen kann innerhalb eines Bereiches zwischen dem Maximum
und dem Minimum aktualisiert werden, die durch einen Maximum/Minimum-Umdrehungs-Einstellblock 105 bestimmt
wird. Selbst wenn die Addition der Anpassung in der Umdrehungs-Zielanzahl dazu
führt,
dass die Umdrehungs-Zielanzahl von dem Bereich abweicht, bleibt
die Umdrehungs-Zielanzahl bei ihrer maximalen oder minimalen Obergrenze.
Die minimale Obergrenze wird festgelegt, damit verhindert wird,
dass sich der Leitungswinkel der Thyristoren als Antwort auf eine
kleine Variation in der Umdrehungsanzahl verändert, und somit die Stabilität bei keiner
oder minimaler Last abnimmt.
-
Ein
Umdrehungsdetektor 106 wird zum Messen der Umdrehungsanzahl
des Generators 1 bereitgestellt. Eine Steuer-Berechnungseinheit 107 berechnet
eine Steuerung gemäß der tatsächlichen Umdrehungsanzahl,
die von dem Umdrehungsdetektor 106 empfangen wird, und
der Umdrehungs-Zielanzahl,
die von der Zielumdrehungs-Speichereinheit 104 empfangen
wird, unter Verwendung eines bekannten Verfahrens (z. B. eines Proportional-,
Integral- oder Differentialverfahrens), so dass die Abweichung der
Umdrehungsanzahl von der Zielanzahl auf Null verringert wird. Eine
Drossel-Steuereinheit 108 wird damit verbunden und stellt
dem Schrittmotor 4 ein Pulssignal bereit, zum Ansteuern
der Umdrehungen gemäß einer
Ausgabe der Steuer-Berechnungseinheit 107.
Nach dem Empfang des Pulssignals wird der Schrittmotor 7 angetrieben,
um die Drosselöffnung
zu variieren.
-
Gemäß der Ausführungsform
wird die Umdrehungsanzahl der Maschine 2 so gesteuert,
dass der gemittelte Leitungswinkel der Thyristoren-Brücken-Gleichrichterschaltung
zum Bestimmen des Ausgabe des Konvertierers 3 auf einem
Einstellungsgrad (zum Beispiel 75%) unterhalten werden kann. Dies
gestattet es dem Generator 1, konstant mit einer komfortablen
Toleranz zu arbeiten und eine Last mit einem Leistungspegel einzuspeisen.
Wenn, um genauer zu sein, die Last vergrößert wird, wird der Leitungswinkel
der Thyristoren vergrößert, als
Antwort auf eine Variation der Ausgabe des Konvertierers 3, die
aus einer Erhöhung
der Last resultiert. Wenn der Leitungswinkel vergrößert wird,
kann auch die Umdrehungsanzahl der Maschine 2 moderat erhöht werden.
Als Ergebnis wird die Umdrehungszahl der Maschine 2 daran
gehindert, sich bei einer höheren
Frequenz zu verändern
und Rauschen zu generieren, und der Kraftstoffverbrauch der Maschine 2 wird
verringert.
-
Diese
Ausführungsform
gestattet es, dass die Ausgabenspannung des Generators mit der Eingabe
des Wandlers gemessen wird, womit der Bedarf eliminiert wird, als
Parameter die effektive Ausgabe des Wandlers, die Effizienz der
Konvertierung des Konvertierers, die Erzeugung der Leistung pro
Umdrehung und Differenzen zwischen den Komponenten in dem Generator
und dem effektiven Leistungsdetektor zu berechnen, und dadurch den
Betriebsablauf der Steuerung vereinfacht. Während der Konvertierer in dieser
Ausführungsform
Thyristoren aufweist, die in einer Brückenkonfiguration zum Gleichrichten
der Stromausgabe des Generators verbunden sind, kann von jeglicher
Spannungs-Steuer-Art sein, wie zum Beispiel ein schaltender Gleichspannungs-Konvertierungs-Typ.
-
Ein
Verfahren zur Modifizierung des Leitungs-Zielgrades in Abhängigkeit
von der Temperatur des Generators 1 wird jetzt beschrieben.
Wie vorher beschrieben, bleibt der Betriebsablauf der Steuerung des
Systems mit einem Leitungs-Zielgrad fixiert, wenn die Temperatur
des Generators 1 variiert wird und dazu führen kann,
dass die Maschine 2 überlastet
wird oder die Umdrehungszahl exzessiv erhöht wird. Zur Kompensation wird
in der Ausführungsform der
Leitungs-Zielgrad der Thyristoren in dem Konvertierer 3 gemäß der Temperatur
in dem Generator 1 modifiziert.
-
Es
ist für
die direkte Messung der Temperatur des Generators 1 notwendig,
die folgenden Nachteile zu eliminieren. Eine gemeinsame Struktur
des Generators kann im Wesentlichen modifiziert werden, wenn die
Temperatur eines Magneten während des
Betriebs gemessen werden muss oder ein Temperatursensor, wie zum
Beispiel ein Thermistor, in der Wicklung eingebettet ist. Eine solche
Modifizierung in der Struktur kann kaum implementiert werden, ohne
dessen Effekt auf die anderen Faktoren zu untersuchen. Wenn der
Temperatursensor erfolgreich an der Wicklung befestigt ist, kann
sein Anschluss an der Steuereinheit darüber hinaus unvorteilhaft verlängert sein.
-
In
dieser Ausführungsform
wird ein Thermistor als Temperatursensor in eine Leistungs-Steuervorrichtung
eingebettet (z. B. ein FET), die in dem Wandler 4 verwendet
wird, und dessen Messung wird als Temperatur des Generators 1 herausgegeben. Die
Temperatur der Leitungs-Steuervorrichtung
muss nicht mit der Temperatur des Generators 1 identisch sein.
Da die zwei jedoch miteinander stark korreliert sind, kann der Erste
den Zweiten darstellen.
-
5 ist
ein funktionales Blockdiagramm, das einen primären Teil der Leitungs-Zielgrad-Modifizierungs-Steuereinheit zeigt.
Wie gezeigt, wird ein Thermistor 11 in eine FET-Brücke 4a des
Wandlers 4 eingebettet. Das Ausgabesignal des Thermistors 11 wird
durch einen Wechselspannungs/Gleichspannungs-Konvertierer 12 in
digitale Daten konvertiert und an eine Temperaturdifferenz-Berechnungseinheit 13 transferiert.
Der Temperaturdifferenz-Berechnungseinheit 13 subtrahiert
komparative Daten Tref, die die normale Temperatur bezeichnen, von
den digitalen oder Eingabedaten Tf, die von dem Wechselspannungs/Gleichspannungs-Konvertierer 12 empfangen
werden, und resultierende Differenzdaten werden an eine Modifizierungs-Berechnungseinheit 14 übertragen.
Es wird nun angenommen, dass die Eingabedaten Tf von 0 bis 100 reichen
und die komparativen Daten Tref 50 sind. Die Modifizierungs-Berechnungseinheit 14 berechnet
die Modifizierung M(%) = 0,5 × (Tf-50)
und dieses Resultat wird der Addiereinheit 15 bereitgestellt.
Die Addiereinheit 15 addiert die Modifizierung M zu dem
Leitungs-Zielgrad (z. B. 75%) bei normaler Temperatur, die von einem Leitungs-Zielwinkel-Einstellblock 16 empfangen
wird, und dessen resultierende Summe wird an den Abweichungsdetektor 102 übertragen.
-
Wenn
demzufolge die Temperatur der Thyristoren gering ist (äquivalent
zu 10), ist die Modifizierung M(%) gleich –20, berechnet aus 0,5 × (10-50). Der
Leitungs-Zielgrad von 75% wird dann um 20% auf 55% verringert. Wenn
die Temperatur der Thyristoren hoch ist (äquivalent zu 80), ist die Modifizierung M
(%) gleich 15, berechnet aus 0,5 × (80-50). Der Leitungs-Zielgrad
wird dann um 15% auf 90% erhöht.
-
6 stellt
die Beziehung zwischen der Umdrehungsanzahl der Maschine 2 und
der Ausgabenspannung des Generators 1 vor und nach der
Modifizierung des Leitungswinkels auf Grundlage der Temperatur dar.
In dem Diagramm ist die vertikale Achse die Maschinengeschwindigkeit
oder der Umdrehungsanzahl der Maschine 2 und die horizontale Achse
ist die effektive Ausgabenleistung des Generators 1. Die Anzahl
von Maschinenumdrehungen variiert in einem Bereich von 3000 bis
5000 U/min. Die Kurven A, B und C profilieren Messungen bei jeweils hoher,
normaler und niedriger Temperatur. Wie ersichtlich ist vor der Modifizierung
die Anzahl von Maschinenumdrehungen höher bei der höheren Temperatur
als bei der normalen Temperatur und geringer bei der niedrigen Temperatur
als bei normaler Temperatur. Nach der Modifizierung wird die Anzahl
von Maschinenumdrehungen pro Ausgabeeinheit auf ein niedrigeres
Niveau bei der hohen Temperatur modifiziert, oder auf ein höheres Niveau
bei der niedrigen Temperatur, so dass dessen Niveau in die Nähe zu dem
bei normaler Temperatur kommt.
-
Während die
Temperatur des Generators 1 in der Ausführungsform durch die Temperatur
des Wandlers 4 repräsentiert
wird, kann ein dedizierter Temperatursensor in jeder anderen geeigneten
Komponente installiert werden, sofern er vorteilhaft der Temperatur
des Generators 1 entspricht und sein Anschluss bei einem
zugelassenen Abstand erweitert wird. Zum Beispiel kann die Temperatur
des in dem Konvertierer 3 verwendeten Leistungs-Steuerelements die
Temperatur des Generators 1 repräsentieren. Im Allgemeinen ist
das in dem Wandler verwendete Leistungs-Steuerelement mit einem
Wärmesensor
zur Verhinderung einer Überhitzung
ausgestattet. Ein solcher Wärmesensor
kann für
eine gemeinsame Verwendung als Sensor für die Temperaturmodifikation
angepasst sein.
-
Gemäß der Ausführungsform
wird der Leitungswinkel der Thyristoren gesteuert, so dass die tatsächliche
Ausgabenspannung des Konverters 3 gleich dem eingestellten
Pegel ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Steuerung über den
Leitungswinkel beschränkt.
Wenn ein Leitungstransitor zur Steuerung der Ausgabenspannung des
Konvertierers 3 verwendet wird, kann das Tastverhältnis anstelle
des Leitungswinkels in Abhängigkeit
von der Temperatur des Generators modifiziert werden.
-
Wie
aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich, erlauben die Merkmale
der im Anspruch 1 bis 5 definierten vorliegenden Erfindung die Anzahl
der Maschinenumdrehungen zu steuern, so dass der Leitungs-Winkel
oder die Leitungs-Rate
des Halbleiter-Gleichrichter-Elements auf ein vorbestimmen Zielgrad
konvergiert. Wenn sich insbesondere die Temperatur des Generators
verändert,
kann die Anzahl von Maschinenumdrehungen unter Verwendung einer
Modifizierung des Zielgrades als Antwort auf eine Ausgabe des Generators
gesteuert werden.
-
Wenn
sich gemäß dem Merkmal
der im Anspruch 1 definierten vorliegenden Erfindung die Ausgabe
des Generators erhöht,
wobei die Temperatur niedrig bleibt, überschreitet die Leitungsrate
den Zielgrad zeitig und die Umdrehungsanzahl der Maschine wird somit
schnell erhöht.
Als Ergebnis geht die Leistungsausgabe der Maschine kaum zurück und ein überlasteter
Betrieb wird erfolgreich verhindert. Wenn sich die Ausgabe des Generators
erhöht,
wobei die Temperatur hoch bleibt, überschreitet die Leitungsrate
den Zielgrad langsam und die Erhöhung der
Umdrehungszahl der Maschine wird verzögert. Als Ergebnis wird die
Maschine daran gehindert, bei einer exzessiven höheren Anzahl von Umdrehungen zu
arbeiten.
-
Gemäß den Merkmalen
der in den Ansprüchen
2 und 3 definierten vorliegenden Erfindung kann die Leitungsrate
in Abhängigkeit
von der Temperatur des Leitungs-Steuerelements
modifiziert werden, die in dem Wandler oder Konvertierer bereitgestellt
wird, das die Temperatur des Generators tatsächlich repräsentiert. Während das Leistungs-Steuerelement verbunden
ist, über
den ein Laststrom geleitet wird, stellt dessen Temperaturmessung
genauer einen Gradienten der Temperatur des Generators dar, der aus
einer Erhöhung
und einer Verringerung der Ausgabe des Generators resultiert. Dies
erlaubt es auch, die Temperatur unter Verwendung keiner komplexen Windungsmuster
zu messen. Darüber
hinaus wird, gemäß dem Merkmal
der im Anspruch 4 definierten vorliegenden Erfindung, der Effekt
einer Variation im durch die permanenten Magneten ausgebildeten
Magnetfeld, das durch eine Variation der Temperatur verursacht wird,
minimiert.