DE3100960A1

DE3100960A1 - Elektrische leistungsversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3100960A1
Application number: DE19813100960
Authority: DE
Inventors: Peter Alfred Hemel Hempstead Hertfordshire Walsh; David Charles Kings Langley Hertfordshire Williams
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-01-15
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1981-11-26
Also published as: FR2473802A1; FR2473802B1; US4355239A; IT8119113A0; IT1135019B

Description

310096Q

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Leistungsversorgungsvorrichtung, deren Verbindung zu einer externen Last oder Lasten erfordert, kontinuierlich ein- und ausgeschaltet zu werden.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Leistungsversorgungsvorrichtung für die elektrischen Heizkörper eines Flugzeugenteisungssystems.

Es ist bekannt, Schaltvorrichtungen zu schaffen, in denen die elektrische Leistung einer Mehrzahl von Lasten in einer vorbestimmten Folge in relativ kurzen Intervallen zugeführt wird. Wenn die Lasten Heizelemente sind, sind die erforderlichen Ströme, die geschaltet werden müssen, beträchtlich, und es ist notwendig gewesen, Schaltelemente zu schaffen, die in der Lage sind, diese Ströme zu behandeln, beziehungsweise zu verarbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungsversorgungsvorrichtung zu schaffen, mit der es nicht erforderlich ist, hohe Ströme zu schalten, obwohl die Arbeitsströme hoch sein können.

Diese Aufgabe wird durch eine Leistungsversorgungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch einen elektrischen Generator mit einer Feldwicklung, einer Einrichtung zur Regelung einer an die Feldwicklung gelegten Spannung, einer Schalteinrichtung zur Steuerung der Stromversorgung von dem Generator zu einer externen Last und eine Einrichtung zu einer Reduktion des Feldstromes und zur Erzeugung des Betriebes der Schalteinrichtung während der Feldstromreduktion.

130 048/0568

- 4 - 310096Q

Die Schaltelemente können dadurch weniger massiv und/oder komplex sein, was zu einem beträchtlichen Vorteil führt, wenn die Schaltvorrichtungen den Teil eines Flugzeugenteisungssystem bilden. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf Flugzeugsysterne beschränkt, sondern sie können in nützlicher Weise auf andere Systeme angewendet werden, in denen es erforderlich ist, hohe elektrische Ströme zu schalten und in denen die Unterbrechung oder Reduktion des Stromes von einem Generator annehmbar ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schalteinrichtung in der Lage, eine selektive Verbindung zwischen dem Generator und einer Mehrzahl externer Lasten zu schaffen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm einer Stromversorgungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Detail einer Steuerschaltung der Vorrichtung von Figur 1;

Fig. 3 ein Detail einer Schaltvorrichtung in der Vorrichtung von Figur 1, und

Fig. 4 die Beziehung zwischen elektrischen Signalen an verschiedenen Stellen der Vorrichtung von Figur

Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung ist vorgesehen für die Lieferung eines Dreiphasenstromes zu einer Mehrzahl von Heizelementen in einem Flugzeugenteisungssystem, welche allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Vorrichtung weist einen Dreiphasengenerator 11 auf, welcher angetrieben wird durch einen Getriebekasten 12 von einer Maschine (nicht dargestellt) des Flugzeuges.

130048/0568

310096p

Dreiphasenstrom wird auf ausgewählten Leitungen 13 an korrespondierende Heizelemente in dem System 10 geliefert durch eine Schaltvorrichtung 14, die anspricht auf Steuersignale auf der Leitung 15 von einer Steuerschaltung 16. Die Schaltung 16 und die Vorrichtung 14 werden detaillierter in den Figuren 2 und 3 dargestellt.

Der Generator 11 enthält eine Feldwicklung 17, deren Spannung durch eine Schaltung 18 gesteuert wird, die eine Vorrichtung 19 enthält, die anspricht auf die Spannungswerte an den drei Ausgängen des Generators 11 und die über die Leitung 20 ein Gleichstromsignal liefert, das zum Mittelwert dieser Spannungswerte korrespondiert. Das Signal auf Leitung 20 wird über einen Widerstand 21 zu einem Eingang eines Differentialverstärkers 22 geliefert, dessen anderer Eingang über einen Widerstand 23 mit einer Referenzspannung VR verbunden ist. Der Ausgang von dem Verstärker 22 korrespondiert zu einem Generatorausgangsspannungsfehlersignal und steuert einen Leistungsverstärker 24, der die Ströme in der Feldwicklung 17 regelt. Eine Rückkopplungsschaltung 25 stellt sicher, daß Änderungen des Generatorfeldstromes im wesentlichen unverzüglich in dem Ausgang des Verstärkers 22 reflektiert werden. Ein Schaltbefehlsignal auf jeder der Leitungen 15 von der Schaltung 16 zu der Vorrichtung wird vorgegeben durch den Einsatz eines Steuersignals A auf einer Leitung 26 von der Schaltung 16 zu der Schaltung 18. Leitung 26 ist über einen Widerstand 28 mit einer Erdschiene 27 verbunden und außerdem über einen Widerstand 30 mit dem invertierenden Eingang eines Differentialverstärkers 29. Eine Diode 31 und ein Widerstand 32, die in Reihe verbunden sind, sind parallel mit dem Widerstand 30 verbunden. Der andere Eingang des Verstärkers 29 ist über einen Widerstand 33 mit der Referenzspannung VR verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 29 ist über einen Widerstand 34 mit den Kathoden der betreffenden Dioden 35, 36 verbunden, die Anode der Diode 35 ist mit dem Referenzspannungseingang des

130048/0568

310096Q

Verstärkers 22 verbunden und die Anode von Diode 36 ist mit der Erdschiene 27 verbunden. Ein Kondensator ist zwischen den invertierenden Eingang des Verstärkers und die Kathoden der Dioden 35, 36 geschaltet und eine Diode 38 ist parallel zu dem Kondensator 37 geschaltet, wobei ihre Anode mit den Kathoden der Dioden 35, 36 verbunden ist.

Der Verstärker 29, die Widerstände 28, 30, 32 und der Kondensator 37 schaffen eine einen Anstieg erzeugende Schaltung beziehungsweise einen Sägezahngenerator. In Abwesenheit des Steuersignals A auf Leitung 26 korrespondiert die Ausgangsspannung von dem Verstärker 29 zu der Referenzspannung VR vermehrt um den Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung der Diode 38. Auf diese Weise wird die Diode 35 umgekehrt vorgespannt und die Referenzspannung VR bleibt unverändert, bevor sie dem Verstärker zugeführt wird. Auf diese Weise hängt der Generatorfeldstrom nur ab von der an dem Generatorausgang abgetasteten Spannung.

Wenn das Steuersignal A der Leitung 26 zugeführt wird, fällt die Spannung an der Verbindungsstelle von Widerstand 34 und Diode 36 mit einer Rate, die abhängt von den Werten der Widerstände 30, 32 und des Kondensators 37. Die Spannung an dem positiven Eingang des Verstärkers fällt daher, wobei die Diode 36 verhindert, daß diese Spannung auf Werte im wesentlichen unterhalb von Null fällt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 22 und daher der Ausgangsfeldstrom des Verstärkers 24 fallen daher gegen Null und dieser Abfall wird begleitet durch einen Abfall der Spannung von Spitze zu Spitze des Ausgangs des Generators 11, wie durch J in Figur 4 angezeigt wird. Darauffolgende Umkehr des Steuersignals A auf Leitung 26 bewirkt, daß die Spannung an dem positiven Eingang des Verstärkers ansteigt mit einer Rate, die bestimmt wird durch die Werte der Widerstände 28, 30 und des Kondensators 37 und die Spannung von Spitze zu Spitze des Generatorausgangs steigt

1 30048/0568

erneut an.

Die Steuerschaltung 16 wird im einzelnen in Figur 2 dargestellt und enthält die integrierten Schaltungen 40, 41, 42, von denen jede vom Typ CD 4O47B von National Semiconductor ist. Schaltung 40 ist geschaltet, um als instabiler Multivibrator zu arbeiten und weist einen zugeordneten Widerstand R1 und Kondensator C2 auf, was bewirkt, daß Schaltung 40 an ihrem Ausgang 10 ein Signal mit niedrigem Pegel von 4 Sekunden Dauer liefert, wobei das Signal am Ausgang 10 zu anderen Zeiten hoch ist. Der Ausgang 10 der Schaltung 40 ist an einen Eingang eines UND-Tores 43 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Anschluß 8 der Schaltung 41 verbunden ist. Schaltung 41 ist geschaltet, um als ein monostabiler Multivibrator zu arbeiten, dessen Zeitverhalten gesetzt wird durch einen zugeordneten Widerstand R6 und einen Kondensator C5. Der andere Eingang des UND-Tores 43 wird erhalten von dem Ausgang des Inverters 44, dessen Eingang über eine Reihe von Widerständen R4, R3 mit einer 0 Volt Signalleitung 45 der Schaltvorrichtung 14 verbunden ist. Die Verbindungsstelle der Widerstände R4, R3 ist über einen Kondensator C3 mit einer 0 Volt Schiene 46 verbunden .

Die Schaltung 41 ist geschaltet, um als eine monostabile zu arbeiten und ist mit ihrem Eingangsanschluß 8 mit dem Ausgang des Tores 43 verbunden, und ihre Anschlüsse 4, sind an eine 10 Volt Schiene 47 angeschlossen. Ein Widerstand R6 und ein Kondensator C5 sind so an die Schaltung 41 angeschlossen, daß der letztere an seinem Anschluß 10 einen hochpegeligen Ausgang von einer Millisekunde liefert und einen korrespondierenden Ausgang mit niedrigem Pegel an seinem Anschluß 11 in Abhängigkeit von einem hochpegeligen Signal von dem Tor 43.

Der Anschluß 10 der Schaltung 41 ist direkt mit dem Anschluß 8 der Schaltung 42 verbunden, welcher geschaltet

130048/0568

-8- 310096Q

wird,um als ein monostabiler zu arbeiten und dessen Anschlüsse 4, 14 mit der 10 Volt Schiene 47 verbunden sind. Ein zugeordneter Widerstand F.7 und ein Kondensator C6 bewirken, daß die Schaltung einen hochpegeligen Ausgang von 100 Millisekunden Dauer an ihrem Anschluß 10 liefert in Abhängigkeit von einem Eingangssignal an ihrem . Anschluß 8. Eine Diode 48 ist mit ihrer Kathode an die 10 Volt Schiene 47 angeschlossen und ist mit ihrer Anode an die Verbindungsstelle vom Widerstand R4 und Kondensator C3 angeschlossen, um die dem Inverter beziehungsweise Wechselrichter 44 zugeführte Spannung zu begrenzen, wenn Leitung 45 eine hohe Spannung trägt.

Der Anschluß 10 der Schaltung 40 ist mit dem Eingang eines NOR-Gliedes 49 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Anschluß 10 der Schaltung 42 verbunden ist. Der Ausgang der Schaltung beziehungsweise des Tores 49 ist über einen Widerstand R8 mit der Basis eines npn-Transistors 50 verbunden, dessen Emitter mit der 0 Volt Schiene 46 verbunden ist und dessen Kollektor durch die Leitung 26 mit der Schaltung 18 verbunden ist und der außerdem über einen Widerstand R9 mit einer 28 Volt Schiene 51 verbunden ist.

Zwischen die Schienen 46, 51 ist eine Reihenanordnung eines Kondensators C1 und eines Widerstandes R2 geschaltet, eine Zener Diode 52 ist parallel zu dem Kondensator C1 geschaltet, um die Verbindung von dem Kondensator C1 und dem Widerstand R2 bei 10 Volt aufrecht zu erhalten, wobei diese Verbindung beziehungsweise Verbindungsstelle mit der 10 Volt Schiene 47 verbunden ist. Ein Kondensator C4 und ein Widerstand R5 sind zwischen die Schienen 46, 51 geschaltet und die Verbindungsstelle des Kondensators C4 und des Widerstandes R5 ist über einen Inverter 53 mit dem einen Eingang eines Oder Tores 54 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Anschluß 10 der Schaltung 42 verbunden ist.

1 30048/0568

310096Q

Der Ausgang des Oder Tores 54 ist geschaltet, um den Anschluß 9 der Schaltung 40 zurückzustellen. Das Signal am Anschluß 10 der Schaltung 40 wird auf diese Weise auf einen niedrigen Pegel zurückgestellt in Abhängigkeit von dem 100 Millisekundenausgang mit hohem Pegel am Anschluß 10 der Schaltung 42.

Der Anschluß 11 der Schaltung 41 ist über einen Inverter 55 an den Taktanschluß 14 einer integrierten Oktalzählschaltung angeschlossen, welche vom Typ CD. 4O22B von National Semiconductor ist. Schaltung 56 weist acht dekodierte Ausgänge auf, von denen die ersten vier von den Anschlüssen 2, 1, 3 und 7 in Reihe benutzt werden. Der invertierte Ausgangsanschluß 11 der Schaltung 41 ist an den einen Eingang eines NOR-Gliedes 57 angeschlossen, dessen anderer Eingang an den Ausgang eines NOR-Gliedes 58 angeschlossen ist. Der Ausgang des NOR-Gliedes 57 ist an einen Eingang eines Oder Tores 59 angeschlossen, dessen anderer Eingang an den Ausgang eines Inverters 53 angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Oder Tores 59 an den Rücksetzanschluß 15 der Schaltung 56 angeschlossen ist. Der Ausgang des NOR-Gliedes 57 ist außerdem an einen Eingang des Gliedes 58 angeschlossen, dessen anderer Eingang an den fünften dekodierten Anschluß 11 der Schaltung 56 angeschlossen ist. Die Glieder 57, 58 sind auf diese Weise geschaltet zur Bildung eines Schaltschlosses beziehungsweise einer Verriegelungsschaltung, und ein hochpegeliges Signal am Anschluß 11 der Schaltung 56 führt zu einem hochpegeligen Signal von dem Glied 57, solange das Signal von dem Anschluß 11 der Schaltung 41 hochgeht, worauf das hochpegelige Rücksetzsignal vom Anschluß 15 der Schaltung 56 abgesetzt wird.

Die Leistungsverstärker 60, 61, 62, 63 sprechen auf die hochpegeligen Signale der betreffenden Anschlüsse 2, 1, und 7 der Schaltung 56 an zur Schaffung eines 28 Volt

130048/0568

310Q96Q

Signals einer betreffenden Gruppe von Leitungen 64 in den Leitungen 15, wobei die verbleioenden der Leitungen 15 durch die O Volt Schiene 46 versorgt werden.

Die Schaltvorrichtung 14 wird in Einzelheiten in Figur 3 dargestellt und enthält vier elektromagnetische Kontaktgeber 70, 71, 72, 73, die ansprechen, um die Signale auf den Leitungen 64 von den betreffenden Verstärkern 60, 61, 62, 63 zu erregen, um eine Dreiphasenversorgung zuzuführen auf den Leitungen 74 von dem Generator 11 zu ausgewählten Heizelementen in dem Enteisungssystem 10. Jeder der Kontaktgeber 70 - 73 weist eine Diode 75 parallel zu ihrer Erregerspule auf zur Unterdrückung hoher Übergangsspannungen. Der Betrieb von jedem der Kontaktgeber 70 - 73 ist im wesentlichen kürzer als die 100 Millisekundenzeitsetzung durch die Schaltung 42, den Widerstand R7 und den Kondensator C6. Die Schaltung 14 enthält außerdem eine Spannungsabfühlvorrichtung 76, die Dioden 77, 78, 79 aufweist, die zwischen entsprechenden der Leitungen 74 und einem Ende eines Widerstandes R10 geschaltet sind, wobei das andere Ende des Widerstandes R10 über einen Widerstand R11 mit einer 0 Volt Schiene 80 verbunden ist. Die Verbindungsstelle der Widerstände R10, R11 ist über die Leitung 45 mit dem Widerstand R3 in der Schaltung 16 verbunden.

Wenn eine 28 Volt Versorgung der Schiene 51 zugeführt wird, wird der Kondensator C4 in einer Zeit, die von dem Wert von C4 und dem Widerstand R5 abhängt, geladen. Bevor der Kondensator C4 aufgeladen wird, liefert der Niederspannungseingang zu dem Inverter 53 ein hochpegeliges Signal zu dem Oder Tor 54, setzt die Schaltung 40 so zurück, daß das Ausgangssignal von dem Anschluß 10 der Schaltung 40 am Anfang niedrig ist. Das hochpegelige Signal von dem Inverter 53 wird über das Tor 59 zugeführt zur Setzung der Schaltung 56 zur Lieferung eines Ausganges an ihrem Anschluß 2.

1300 48/0568

Wenn der Kondensator C4 aufgeladen wird, wird der Ausgang des Tores 53 erniedrigt und die vorhergehenden Rücksetzsignale abgeschlossen.

Das Steuersignal A auf Leitung 26 wird nur zugeführt, wenn der Transistor 50 abgeschaltet ist, das heißt in der Gegenwart eines hochpegeligen Signals B am Anschluß 10 der Schaltung 40 oder eines hochpegeligen Signals F am Anschluß 10 der Schaltung 42. Wie oben dargestellt, bewirkt das Steuersignal A, daß die Spannung von Spitze zu Spitze des Ausgangs des Generators 11 fällt, wobei dieser Abfall auf Leitung 45 abgetastet wird und zu einem Abfall in der Spannung C an dem Eingang des Inverters 44 führt. Der folgende Spannungsanstieg an dem Ausgang des Inverters 44 führt in Kombination mit dem Signal B zur Schaffung eines kurzzeitigen hochpegeligen Impulses D am Anschluß 8 der Schaltung 41, wobei der letztere veranlaßt wird einen hochpegeligen Impuls E von einer Millisekunde am Anschluß 8 der Schaltung 42 zu schaffen. Die Schaltung 42 liefert daraufhin einen hochpegeligen Impuls F von 100 Millisekunden an ihren Anschluß 10 und der Impuls F wird dem Tor 54 zugeführt zur Rücksetzung der Schaltung 40. Der Puls F bewirkt außerdem, daß der Ausgang des Tores 49 niedrig gehalten wird und der Transistor 50 abgeschaltet wird, wobei das Signal A auf Leitung 26 hochgehalten wird bis zum Ende des Pulses F.

Das niederpegelige Signal am Anschluß 11 der Schaltung 41 wird invertiert durch den Inverter 55, um zu dem Signal E zu korrespondieren und rückt den Zähler 56 um einen Schritt vor zur Abschaltung beispielsweise des Verstärkers 60 und zur Erregung des Verstärkers 61. Auf diese Weise endet das Signal G auf einer der Leitungen 64, und gleichzeitig beginnt das Signal H auf einer anderen dieser Leitungen.

130048Λ0 568

310096Q

Die Beziehung zwischen den vorhergehenden Signalen wird in Figur 4 dargestellt, und man sieht, daß die durch die Signale G und H hervorgerufene Schaltoperation ganz innerhalb der Periode des Steuersignals A auftritt, das heißt während der Periode, in der die Spannung von Spitze zu Spitze J des Ausgangs des Generators 11 im wesentlichen Null ist. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, daß die Kontaktgeber 70-73 Lastströme zu den Heizelementen in dem System 10 herstellen oder abbrechen. Weiterhin führt die Vermeidung einer plötzlichen Anwendung und Beseitigung elektrischer Belastungen auf den Generator 11 zu einer Reduktion der mechanischen Belastungen auf den Generator und auf seinen zugehörigen Antrieb und Getriebekasten 12. Schließlich wird die aus der Herstellung und dem Unterbrechen hoher Ströme resultierende Hochfrequenzstörung vermieden.

130048/0568

, 43

Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN

MB 29-1824 P/F/kr

Lucas Industries Limited, Birmingham, Großbritannien

Elektrische Leistungsversorgungsvorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

( 1 .J Elektrische Leistungsversorgungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen elektrischen Generator mit einer Feldwicklung, einer Einrichtung zur Regelung einer an die Feldwicklung gelegten Spannung, einer Schalteinrichtung zur Steuerung der Stromversorgung von dem Generator zu einer externen Last und eine Einrichtung zu einer Reduktion des Feldstromes und zur Erzeugung des Betriebes der Schalteinrichtung während der Feldstromreduktion.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Reduktion der Feldspannung und des Betriebes der Schalteinrichtung eine Einrichtung zur Zuführung eines Steuersignals zu der Spannungsregelungseinrichtung und eine Einrichtung zur Erzeugung

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 90 · WlLLROIDERSTR. 8 · TEL. (O89) 64O64O

130048/0568

310096Q

eines Schaltsignals, das ganz innerhalb der Periode des Steuersignals liegt, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsregelungseinrichtung eine auf das Steuersignal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen linearen Spannungsanstieges und eine auf den Spannungsanstieg und eine Ausgangsspannung des Generators ansprechende Einrichtung zur Reduktion der Feldspannung aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Reduktion der Feldspannung außerdem auf eine Referenzspannung anspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Mehrzahl von Kontaktgebern zur Steuerung der Stromversorgung zu entsprechenden einer Mehrzahl externer Lasten enthält, und daß die Schaltbetriebseinrichtung eine Einrichtung zur sequentiellen Erzeugung von SchaltSignalen, von denen jedes ganz innerhalb der Periode eines der Steuersignale liegt, zu den Kontaktgebern enthält.

130048/0568