WO1995005606A1 - Schaltungsanordnung zur messung der drehzahl eines generators - Google Patents

Schaltungsanordnung zur messung der drehzahl eines generators Download PDF

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Rainer Mittag
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    • G01P3/465—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage by using dynamo-electro tachometers or electric generator

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for measuring the speed of a generator according to the preamble of the main claim.
  • a common method is to use the charge control lamp to pre-excite the generator.
  • the excitation winding is supplied with energy from the battery via the charge control lamp when starting.
  • Another method is to attach an additional line between the battery and the excitation winding of the generator and to conduct an additional excitation current via this connection during the starting process.
  • This type of starter detection has the disadvantage that the starting speed of the generator becomes too high when the switch-on threshold is too high and the signal-to-noise ratio becomes too small when the threshold is too low, so that erroneous starter identifications can occur.
  • the circuit arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that either the threshold voltage can be increased at the same starting speed, which improves the signal-to-noise ratio, or that the starting speed can be reduced.
  • the threshold voltage is the voltage above which the start of rotation of the generator is recognized.
  • This advantage is achieved by evaluating the voltage between one phase and ground in a generator with phase windings connected in a star shape, while another phase winding is switched to ground via a further resistor.
  • a voltage divider is obtained which consists of the input resistance of the voltmeter and the additional resistance, this voltage divider being due to the interlinked voltage between the two phase windings.
  • This chained phase voltage is larger by a factor "xrT than the phase voltage.
  • the threshold voltage, when the generator begins to rotate when it is detected can be easily adjusted by suitable selection or variation of the further resistance.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram which makes it easier to see the relationships.
  • phase windings U, W and V which are connected to one another at a common center MP.
  • the phase windings U, V and W are connected to the diodes or Zener diodes of the rectifier bridge GL via connections u, v, w.
  • the rectifier diodes GL are connected via connections B + to the positive pole of the battery and via B- to the negative pole of the battery B or ground.
  • a further diode or zener diode D7, D8 can be connected between the center MP between the phase windings and B + or B-.
  • the diodes of the rectifier bridge are labeled D1 to D6.
  • the voltages Uu, Uv, Uw are at the phase windings U, V, W.
  • the voltage Uu lies between the connection u and ground, the voltage UMp lies between the center point Mp and ground.
  • the resistor R1 is connected between the terminal v of the phase winding V and ground, at which the voltage Ul drops.
  • This resistance R1 is the internal resistance or the input resistance of a voltage detection S.
  • the speed U of the generator G can be determined from the voltage U 1, which is a speed-dependent AC voltage, for example by determining the period of the AC voltage and calculating the speed in a known manner. By evaluating the level of the voltage Ul and comparing it with a threshold value US, a rotation of the generator can be recognized when the voltage Ul exceeds the voltage US.
  • An additional resistor R2 across which the voltage U2 drops, is connected between the connection w and ground. This resistance considerably improves the voltage evaluation at R1, so that the recognition that the generator is rotating is also improved.
  • the resistors R1 and R2 or the voltage detection S with the internal resistor R1 are, for example, part of the voltage regulator R.
  • the evaluations usually also take place in the voltage regulator R.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram with the voltage sources Uv and Uw, from which the voltage distribution for a circuit with the resistor R2 can be seen.
  • the two voltage sources replace the phase windings V and W with the voltages Uv and Uw.
  • a phase of the generator other than that used for speed detection in the controller is loaded to ground via a resistor R2
  • a voltage divider consisting of R2 and the input resistor Rl of the voltage or speed detection circuit of the voltage regulator is connected to the chained voltage Uvw of the generator, in which Embodiment selected arrangement. This voltage is greater by a factor of ⁇ r * 3 * than the phase voltage.
  • the voltage to be evaluated is "greater than one of the phase voltages"
  • there is a larger voltage range than the speed measurement by evaluating a phase voltage which can be used to determine the start of rotation of the generator. This means that the voltage limit value, when exceeded, a rotation of the generator is detected in the V? increased voltage range can be increased, whereby the signal-to-noise ratio is increased and an erroneous recognition that the generator is rotating is reduced.
  • any voltage to ground can be set at the fixed input resistor Rl of the voltage regulator.
  • the threshold voltage at R1 can thus be reduced by R2, so that the rotation of the generator is recognized by the voltage regulator even at lower generator speeds when the measured voltage exceeds the threshold voltage.
  • the start of the internal combustion engine is also recognized and the voltage regulator R can directly initiate measures which improve the pre-excitation.

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Generators aufgezeigt, bei der die Spannung an einer Phasenwicklung gemessen wird und die dabei erhaltene drehzahlabhängige Wechselspannung zur Drehzahlbestimmung ausgewertet wird. Dabei wird bei Überschreiten einer Schwellspannung ein Drehen des Generators erkannt und es werden Maßnahmen eingeleitet, die eine Erregung des Generators bewirken. Da die Spannung an einer Phasenwicklung ausgewertet wird und eine zweite Phasenwicklung über einen zusätzlichen Widerstand gegen Masse belastet wird, liegt der Eingangswiderstand der Spannungserfassung über einen einstellbaren Spannungsteiler an einer Spannung, die deutlich höher ist als die Phasenspannung.

Description

Schal unαsanordnunσ zur Messung der Drehzahl eines Generators
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Generators nach der Gattung des Hauptanspruchs.
In Kraftfahrzeugen werden zur Erzeugung der elektrischen Energie übli¬ cherweise Drehstromgeneratoren eingesetzt, die sich nach dem Anlauf des sie treibenden Motors selbst erregen. Damit diese Selbsterregung zuverlässig und sicher einsetzt, werden üblicherweise unmittelbar nach dem Starten des Motors des Kraftfahrzeuges Maßnahmen eingeleitet, die die Selbsterregung verbessern.
Eine gebräuchliche Methode besteht darin, die Ladekontrollampe zur Vorerregung des Generators zu verwenden. Dazu wird der Erregerwicklung über die Ladekontrollampe aus der Batterie im Startfall Energie zuge¬ führt. Eine andere Methode besteht darin, eine zusätzliche Leitung zwischen der Batterie und der Erregerwicklung des Generators anzubrin¬ gen und über diese Verbindung während des Startvorgangs einen zusätz¬ lichen Erregerstrom zu leiten.
Die genannten Maßnahmen sind beispielsweise aus der DE-OS 38 43 161 bzw. der entsprechenden US-PS 5 107 198 bekannt. Bei den bekannten Lösungen sind zusätzliche Mittel zur Erkennung des Starts des Motors erforderlich. Bei Generator-Spannungsreglersystemen ist jedoch auch bekannt, zur Starterkennung die drehzahlabhängige Wechselspannung in einer Phasen¬ wicklung des Drehstromgenerators heranzuziehen. Es wird dabei im Span¬ nungsregler eine Spannungsmessung durchgeführt, bei der die Spannung zwischen der Phase und Masse gemessen wird und bei überschreiten eines Schwellwertes ein Start des Motors und damit eine beginnende Drehung des Drehstromgenerators erkannt wird.
Diese Art der Starterkennung hat den Nachteil, daß bei einer zu hohen Einschaltschwelle die Angehdrehzahl des Generators zu hoch wird und bei einer zu niedrigen Schwelle der Störabstand zu klein wird, so daß irrtümliche Starterkennungen erfolgen können.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß entweder die Schwellen¬ spannung bei gleicher Angehdrehzahl erhöht werden kann, wodurch der Störabstand verbessert wird oder daß die Angehdrehzahl erniedrigt werden kann. Die Schwellenspannung ist dabei die Spannung, bei deren Überschreiten der Drehbeginn des Generators erkannt wird.
Erzielt wird dieser Vorteil, indem bei einem Generator mit in Stern¬ form geschalteten Phasenwicklungen die Spannung zwischen einer Phase und Masse ausgewertet wird, während eine andere Phasenwicklung über einen weiteren Widerstand auf Masse geschaltet wird. Durch diese Ma߬ nahme wird ein Spannungsteiler erhalten, der aus dem Eingangswider- stand des Spannungsmessers und dem zusätzlichen Widerstand besteht, wobei dieser Spannungsteiler an der verketteten Spannung zwischen den beiden Phasenwicklungen liegt. Diese verkettete Phasenspannung ist um einen Faktor "xrT größer als die Phasenspannung.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Schwellenspannung, bei deren Überschreiten der Drehbeginn des Generators erkannt wird, durch geeignete Wahl bzw. Variation des weiteren Widerstandes einfach eingestellt werden kann. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der zugehörigen Beschreibung erläutert. Es zeigt dabei Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und in Figur 2 ist ein Ersatzschaltbild dargestellt, das die Zusammenhänge leichter er¬ kennen läßt.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In Figur 1 ist ein Drehstromgenerator G mit den Phasenwicklungen U, W und V, die in einem gemeinsamen Mittelpunkt MP miteinander verbunden sind, dargestellt. Die Phasenwicklungen U, V und W sind über Anschlüs¬ se u, v, w mit den Dioden bzw. Zenerdioden der Gleichrichterbrücke GL verbunden.
Die Gleichrichterdioden GL sind über Anschlüsse B+ mit dem Pluspol der Batterie sowie über B- mit dem Minuspol der Batterie B bzw. Masse ver¬ bunden. Zwischen dem Mittelpunkt MP zwischen den Phasenwicklungen und B+ bzw. B- kann noch je eine weitere Diode bzw. Zenerdiode D7, D8 ge¬ schaltet sein. Die Dioden der Gleichrichterbrücke sind mit Dl bis D6 bezeichnet.
An den Phasenwicklungen U, V, W liegen die Spannungen Uu, Uv, Uw. Zwi¬ schen dem Anschluß u und Masse liegt die Spannung Uu, zwischen dem Mittelpunkt Mp und Masse liegt die Spannung UMp.
Zur Messung der Generatordrehzahl n ist zwischen den Anschluß v der Phasenwicklung V und Masse den Widerstand Rl geschaltet, an dem die Spannung Ul abfällt. Dieser Widerstand Rl ist der Innenwiderstand bzw. der Eingangswiderstnd einer Spannungserfassung S. Aus der Spannung Ul, die eine drehzahlabhängige Wechselspannung ist, läßt sich die Drehzahl des Generators G bestimmen, indem beispielsweise die Periode der Wechselspannung ermittelt und daraus in bekannter Weise die Drehzahl berechnet wird. Durch Auswertung der Höhe der Spannung Ul und Vergleich mit einem Schwellwert US kann eine Drehung des Generators dann erkannt werden, wenn die Spannung Ul die Spannung US überschreitet.
Ein zusätzlicher Widerstand R2, an dem die Spannung U2 abfällt, ist zwischen den Anschluß w und Masse geschaltet. Dieser Widerstand ver¬ bessert die Spannungsauswertung an Rl wesentlich, so daß die Erken¬ nung, daß der Generator sich dreht, ebenfalls verbessert wird.
Die Widerstände Rl und R2 bzw. die Spannungserfassung S mit dem Innen¬ widerstand Rl sind beispielsweise Bestandteil des Spannungsreglers R. Die Auswertungen laufen üblicherweise ebenfalls im Spannungsregler R ab.
In Figur 2 ist ein Ersatzschaltbild mit den Spannungsquellen Uv und Uw dargestellt, dem die Spannungsverteilung bei einer Schaltung mit dem Widerstand R2 zu entnehmen ist. Die beiden Spannungsquellen ersetzen dabei die Phasenwicklungen V und W mit den Spannungen Uv und Uw.
Wird eine andere als die zur Drehzahlerfassung im Regler verwendete Phase des Generators über einen Widerstand R2 gegen Masse belastet, so liegt ein Spannungsteiler aus R2 und dem Eingangswiderstand Rl der Spannungs- bzw. Drehzahlerfassungsschaltung des Spannungsreglers an der verketteten Spannung Uvw des Generators, bei der im Ausführungsbeispiel gewählten Anordnung. Diese Spannung ist um den Faktor \r*3* größer als die Phasenspannung.
Da die auszuwertende Spannung um den Faktor " größer ist als eine der Phasenspannungen, liegt gegenüber der Drehzahlmessung mittels der Auswertung einer Phasenspannung ein größerer Spannungsbereich vor, der zur Bestimmung des Drehbeginns des Generators ausgenutzt werden kann. Es kann damit der Spannungsgrenzwert, bei dessen Übersteigen eine Drehung des Generators erkannt wird in dem um V? vergrößerten Spannungsbereich erhöht werden, wodurch der Störabstand vergrößert wird und ein irrtümliches Erkennen, daß sich der Generator dreht, verringert wird.
Es kann aber auch mit einem relativ niedrigen Grenzwert gearbeitet werden, infolge der um ? erhöhten Spannung gegenüber der Auswertung mit einer Phasenspannung allein wird ein Drehen des Generators früher erkannt und die Erregung kann bereits früher eingeleitet werden, die sogenannte Angeh-Drehzahl des Generators ist dann gegenüber der Auswertung mit einer der Phasenspannungen ohne den zusätzlichen erfindungsgemäßen Widerstand geringer.
Durch Variation des Wertes von R2 kann am festen Eingangswiderstand Rl des Spannungsreglers eine beliebige Spannung gegen Masse eingestellt werden. Es kann damit die Schwellenspannung an Rl durch R2 verringert werden, so daß vom Spannungsregler bereits bei geringeren Generatordrehzahlen das Drehen des Generators dann erkannt wird, wenn die gemessene Spannung die Schwellenspannung übersteigt.
Nach dem Erkennen, daß der Generator sich dreht, ist auch der Start der Brennkraftmaschine erkannt und der Spannungsregler R kann direkt Maßnahmen einleiten, die eine Verbesserung der Vorerregung bewirken.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Generators mit einer Erregerwicklung und mit einem Spannungsregler, der die Ausgangs¬ spannung des Generators durch Beeinflussung des Erregerstromes regelt, mit Phasenwicklungen, die miteinander in einem Punkt verbunden sind, wobei die Spannung an einer der Phasenwicklungen (V) gemessen wird und die erhaltene drehzahlabhängige Wechselspannung zur Drehzahlbestimmung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine andere Phasenwick¬ lung (W) über einen Widerstand (R2) mit Masse verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenwicklung (V) über einen Widerstand (Rl) auf Masse gelegt ist, und der Spannungsabfall über dem Widerstand (Rl) als drehzahlab¬ hängige Wechselspannung ausgewertet wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Rl) der Innenwiderstand des Spannungsreglers ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R2) variabel ist und so eingestellt wird, daß am festen Widerstand (Rl) eine vorgebbare Spannung gegen Masse einge¬ stellt wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Widerstand (Rl) gemessene Spannung (Ul) mit einer Schwellspan¬ nung (Us) verglichen wird und daß dann, wenn die gemessene Spannung (Ul) die Schwellspannung (Us) überschreitet, ein Drehen des Generators erkannt wird. (
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erkennen, daß sich der Generator dreht, vom Spannungsregler Maßnahmen eingeleitet werden, die die Erregung einleiten.
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