DE3126149A1 - Elektrisches flugzeugtriebwerkstart- und generators ystem - Google Patents

Elektrisches flugzeugtriebwerkstart- und generators ystem

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Timothy F. 61109 Rockford Ill. Glennon
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Description

Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 6 1 1 ο I , V.St.A.
Elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem für ein Flugzeug mit einer triebwerkangesteuerten Antriebseinheit, die mit einem Synchrongenerator gekoppelt ist, der Wechselstromleistung zur Umsetzung in Gleichstrom- und Wechselstromleistung liefert.
Bisher umfassen elektrische Flugsseug-Generatorsysteme elektrische Generator- und Verteilungssysteme, die einen Wechselstrom bei einer konstanten Frequenz liefern. . Tatsächlich sind die meisten Flugzeuge in der Welt derzeit mit Antrieben konstanter Drehzahl ausgestattet, die mit Generatoren gekoppelt sind, um einen Wechselstrom konstanter Frequenz zu liefern, damit die zahlreiche wechselstromversorgte Ausrüstung des Flugzeuges mit Leistung beliefert wird. Die Triebwerke einiger dieser Flugzeuge werden insbesondere durch Einspeisung pneumatischer oder Wechselstromleistung zum Generator gestartet, um diesen als Mo-
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tor während des Startens des Flugzeugtriebwerkes zu betreiben.
In Militärflugzeugen besteht ein spezieller Bedarf zur Erzeugung von Gleichstromleistung für solche Ausrüstungen wie Radar und Flugelektronik. Tatsächlich muß bei diesen neu entwickelten Flugzeugen ein sehr hoher Anteil der verbrauchten Leistung gleichstrommäßig sein, während der Bedarf an Wechselstrom relativ klein ist.
Es gibt bereits Wechselstrom-Start-Antriebssysteme (vgl. US-PS 3 274 855, 3 786 696). Diese bestehenden Anordnungen umfassen jeweils eine hydraulische Einheit mit einem mechanischen Differential, das mit einem Flugzeugtriebwerk und einem Synchrongenerator gekoppelt ist, der normal durch das Triebwerk angetrieben wird, während das Flugzeug in Betrieb ist. Die hydraulische Einheit mit dem mechanischen Differential überträgt Leistung vom Triebwerk auf den Generator, um diesen bei einer konstanten Drehzahl unabhängig von Änderungen in der Triebwerkdrehzahl oder -last anzutreiben. Der Synchrongenerator wird auch verwendet, um Leistung vom Generator auf das Triebwerk zu übertragen, wenn der Generator als ein Motor zum Starten des Triebwerkes betrieben wird. Keines der bestehenden Systeme kann Wechselstromleistung zusammen mit einem gleichstromversorgten Start erzeugen. Die weiter unten beschriebene Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich von diesen bestehenden Systemen.
D. h., die Erfindung betrifft ein elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem für ein Flugzeug mit einem triebwerkangesteuerten Drehmomentwandler, der mit einem Synchrongenerator gekoppelt ist, der Wechselstromleistung zur Umsetzung in Gleichstrom- und Wechselstromleistung liefert. Das System umfaßt einen umkehrbaren Wechselstrom/
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Gleichstrom-Umsetzer, der elektrisch steuerbar mit dem Synchrongenerator gekoppelt ist, und eine Regeleinheit, um Gleichstromleistung in einer Generator-Betriebsart zu erzeugen. Der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer kann von außen eingespeiste Gleichstromleistung aufnehmen, die in Wechselstromleistung umzusetzen ist, um den Synchrongenerator als ein Motor in einer Start-Betriebsart anzusteuern. Ein Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer ist steuerbar elektrisch mit der Regeleinheit und mit dem Gleichstromleistung-Ausgang während der Generator-Betriebsart gekoppelt. Der umkehrbare Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer ist in der Start-Betriebsart wechselseitig steuerbar elektiisch mit der von außen eingespeisten Gleichstromleistung gekoppelt. Die Regeleinheit und der Synchrongenerator wirken zusammen, um eine gesteuerte Wechselstrom-Ausgangsleistung zu erzeugen, die an den Synchrongenerator abzugeben ist, um den als ein Motor arbeitenden Synchrongenerator bis zu einer Betriebsdrehzahl zu bringen, wonach der umkehrbare Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer auf die äußere Gleichstromleistung anspricht und elektrisch mit dem Synchrongenerator gekoppelt wird, damit der Synchrongenerator als ein Motor angesteuert wird, um Drehvermögen über den Drehmomentwandler zum Starten des Flugzeugtriebwerkes zu liefern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem anzugeben, das Wechselstromleistung veränderlicher Frequenz zur Umsetzung in Gleichstromleistung und Wechselstromleistung konstanter Frequenz zur Verwendung in einem Flugzeug liefert, dessen Hauptausrüstung für Gleichstromleistung und dessen Nebenausrüstung für Wechselstromleistung ausgelegt sind; außerdem soll ein elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem geschaffen werden, das einen triebwerkangesteuerten Drehmomentwandler aufweist, der mit einem Synchrongene-
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rator gekoppelt ist, der Wechselstromleistung veränderlicher Frequenz zur Umsetzung in Gleichstromleistung und Wechselstromleistung konstanter Frequenz liefert; weiterhin soll ein elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem geschaffen werden, das einen betriebsmäßig gekoppelten Drehmomentwandler, einen Synchrongenerator, einen umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer und einen Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer aufweist, die alle gesteuert mit einer Mikroprozessor-Regeleinheit gekoppelt sind, um dadurch Gleichstrom- und Wechselstromleistung zur Verwendung in einem Flugzeug zu liefern, während zusätzlich die Begleitkapazität vorgesehen ist, um einen Triebwerkstart von einer von außen beaufschlagenden und sofort verfügbaren Gleichstromquelle zu erlauben. Diese Gleichstromquelle kann durch ein anderes Triebwerkgeneratorsystem im Flugzeug oder von einem Bodenwagen aus eingespeist werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem für ein Flugzeug vor, das einen triebwerkangesteuerten Drehmomentwandler und eine Freilaufkupplungsanordnung aufweist, die mit einem Synchrongenerator gekoppelt ist, der Wechselstromleistung zur Umsetzung in Gleichstrom-und Wechselstromleistung liefert. Das Flugzeug hat einen Hauptbedarf an Gleichstromleistung und einen Neben- oder Minderbedarf an Wechselstromleistung. Das System umfaßt einen umkehrbaren Wechselstrom/ Gleichstrom-Umsetzer, der steuerbar elektrisch mit diesem Synchrongenerator und einer Regeleinheit gekoppelt ist. Der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer liefert seine Hauptgleichstromausgangsleistung in einer Generator-Betriebsart und kann von einer Gleichstrom-Sammelschiene von außen eingespeiste Gleichstromleistung empfangen, die in Wechselstromleistung umzusetzen ist, damit der Synchrongenerator als
ein Motor in einer Start-Betriebsart angetrieben wird.
Ein Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer ist steuerbar elektrisch mit der Regeleinheit und dem .Gleichstromleistungsausgang während der Generator-Betriebsart gekoppelt, um den kleineren Wechselstromleistungsbedarf konstanter Frequenz zu erfüllen.. Der umkehrbare Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer ist in der Start-Betriebsart wechselseitig steuerbar elektrisch mit der von außen eingespeisten Gleichstromleistung, der Regeleinheit und dem Synchrongenerator gekoppelt, um eine.Wechselstrom-Ausgangsleistung gesteuerter veränderlicher Spannung und veränderlicher Frequenz zu liefern, die an den Synchrongenerator abzugeben ist, um den Synchrongenerator, der als ein Motor arbeitet, bis zur Betriebsdrehzahl zu bringen, wonach der umkehrbare Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer auf die äußere Gleichstromleistung anspricht und elektrisch mit dem Synchrongenerator gekoppelt wird, um den Synchrongenerator als einen Motor anzusteuern, so daß Drehvermögen über den Drehmomentwandler geliefert wird, damit das Triebwerk startet.
Der Drehmomentwandler ist mit einem Füllventil ausgestattet, das steuerbar mit der Regeleinheit gekoppelt ist, um zu gewährleisten, daß der Drehmomentwandler lediglich gefüllt wird, nachdem der als ein Motor arbeitende Synchrongenerator auf seine Betriebsdrehzahl gekommen ist und der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer Wechselstromleistung zum Synchrongenerator/Motor während der Triebwerk-Start-Betriebsart liefert.
Der Drehmomentwandler umfaßt weiterhin eine Freilaufkupplung, die eine mechanische Kupplung zwischen dem Triebwerk und dem Synchrongenerator ermöglicht, die den Drehmomentwandler während der Generator-Betriebsart überbrückt.
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Das System hat zusätzlich eine Anordnung von fernsteuerbaren elektrischen Kontaktgebern oder Schützen. Das erste dieser elektrischen Schütze liegt in der elektrischen Kopplung zwischen dem Synchrongenerator und dem umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer. Das zweite elektrische Schütz liegt in der elektrischen Kopplung zwi-'schen dem umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer und der Gleichstrom-Sammelschiene. Das dritte elektrische Schütz liegt in der elektrischen Kopplung zwischen dem Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer und dem Gleichstromleistungsausgang vom Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer. Das vierte elektrische Schütz findet sich in der elektrischen Kopplung zwischen dem Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer und dem Synchrongenerator. Das fünfte und letzte elektrische Schütz wird in der elektrischen Kopplung zwischen dem Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer und den Flugzeug-Wechselstrom-Lasten verwendet.
Das erste bis fünfte elektrische Schütz sind jeweils getrennt mit der Regeleinheit verbunden, und jedes ist steuerbar, um dadurch geöffnet und geschlossen zu werden.
Die Generator-Betriebsart des Systems zeichnet sich dadurch aus, daß das vierte elektrische Schütz offen und die übrigen elektrischen Schütze abhängig von Schütz-Schließ-Steuersignalen von der Regeleinheit geschlossen sind.
Die Start-Betriebsart des Systems zeichnet sich durch eine Offen- und Schließ-Sequenz oder -Folge der elektrischen Schütze aus, in der alle Schütze anfänglich offen sind und die von außen eingespeiste Gleichstromleistung an der Gleichstrom-Sammelschiene liegt. Danach werden das zweite, das dritte und das vierte elektrische Schütz geschlossen, und die von außen eingespeiste Gleichstromleistung wird an den
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Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer abgegeben, wonach Wechselstromleistung zu dem als Motor betriebenen Synchrongenerator geliefert wird, um diesen Synchrongenerator/Motor bis zur Betriebsdrehzahl zu bringen, und anschließend wird das vierte elektrische Schütz geöffnet, und das erste elektrische Schütz wird geschlossen.
Das System umfaßt auch einen Synchrongenerator-Läufer (Rotor-)Stellungsfühler und einen Triebwerk-Drehzahlfühler, die jeweils elektrisch mit der Regeleinheit gekoppelt sind.· Der Synchrongenerator-Rotor-Stellungsfühler liefert über die Regeleinheit eine Steuerung des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers, wenn der Synchrongenerator-Motor bis zur Betriebsdrehzahl gebracht ist. Der Triebwerk-Drehzahlfühler liefert über die Regeleinheit eine Steuerung, um das momentane öffnen und nachfolgende Schließen des ersten elektrischen Schützes und das Schließen des fünften elektrischen Schützes nach dem Triebwerkstart und dem Beginn der Generator-Betriebsart zu bewirken.
Bei der Erfindung kann also die Antriebseinheit einen Drehmomentwandler umfassen. Außerdem ist ein Drehmomentwandler-Füllventil vorhanden, das mit dem Drehmomentwandler verbunden und steuerbar mit der Regeleinheit gekoppelt ist, um zu gewährleisten, daß der Drehmomentwandler lediglich aufgefüllt wird, nachdem der als ein Motor betriebene Synchrongenerator bis zur Betriebsdrehzahl gekommen ist und der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer eine Wechselstromleistung für den Synchrongenerator/Motor während der Triebwerk-Start-Betriebsart liefert. Der Drehmomentwandler umfaßt eine Freilaufkupplung, die eine mechanische Kupplung zwischen dem Triebwerk und dem Synchrongenerator erlaubt, die den Drehmomentwandler während der Generator-Betriebsart überbrückt. Außerdem ist ein Triebwerk-Drehzahlfühler vor-
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gesehen, der elektrisch mit der Regeleinheit verbunden ist, um dadurch das momentane Öffnen und nachfolgende Schließen des ersten elektrischen Schützes und das Schließen des fünften elektrischen Schützes nach dem Triebwerkstart und Beginn der Generator-Betriebsart zu bewirken. Die Regeleinheit kann ein Mikroprozessor sein. Außerdem kann der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstromümsetzer eine gesteuerte Halbleitergleichrichterbrücke aufweisen. Der Gleichstrom/Wechselstrom-ümsetzer kann ein Inverter oder Wechselrichter sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen elektrischen Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystems,
Fig. 2 schematisch die mechanische Anordnung der
Antriebseinheit von Fig. 1, die einen Drehmomentwandler und eine Freilaufkupplungsanordnung umfaßt, die antriebsmäßig mit einem Synchrongenerator/Motor von Fig. 1 verbunden ist,
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Regeleinheit von Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Steuerlogik- und Schutzfunktion von Fig. 3,
Fig. 5 ein Blockschaltbild der gesteuerten Halbleitergleichrichter-Steuerung von Fig. 3, und
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Fig. 6 ein Blockschaltbild dieser Inverter- oder Wechselrichter-Steuerung von Fig. 3.
Im folgenden wird die Fig. 1 näher erläutert, die in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße elektrische Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem zeigt. Das Blockschaltbild von Fig. 1 legt die Hauptelemente des Systems fest. In der linken Hälfte von Fig. 1 ist ein Flugzeugtriebwerk 11 gezeigt, das eine veränderliche Triebwerkdrehzahl erzeugt, die über eine Antriebsverbindung 12 an eine Antriebseinheit 13 abgegeben wird. Der Aufbau der Antriebseinheit 13 wird im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert. Die Antriebseinheit 13 hat eine Drehantriebsverbindung 14 zu einem Synchrongenerator 16. Der Synchrongenerator 16 liefert eine Wechselstromleistung in der Generator-Betriebsart, und dieser Synchrongenerator 16 kann als ein Motor in einer Flugzeugtriebwerk-Start-Betriebsart angesteuert werden, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird. Der Synchrongenerator 16 erzeugt eine Dreiphasen-Wechselstromleistung auf einer elektrischen Verbindung 17 zu und über ein elektrisches Schütz C1 zu einer elektrischen Verbindung 18 und zu einem umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer Die durch den umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 19 erzeugte Wechselstromleistung liefert Gleichstromleistung auf einer elektrischen Verbindung 21 über ein elektrisches Schütz Cp zu einer elektrischen Verbindung 22, wo die Gleichstromleistung an eine Gleichstrom-Sammelschiene 23 abgegeben wird, um durch Radar- und Flugelektronikverbraucher des Flugzeuges ausgenutzt zu werden. Wie bereits oben erläutert wurde, hat das Flugzeug eine Hauptanforderung für Gleichstrom-Ausgangsleistung und eine Neben- oder Minderanforderung für Wechselstromleistung. Der umkehrbare Wechsel-
strom/Gleichstrom-ümsetzer 19 ist als eine umkehrbare gesteuerte Halbleitergleichrichter-Dreiphasen-Brücke eines üblichen Aufbaues ausgelegt. Der umkehrbare Wechselstrom/ Gleichstrom-Umsetzer 19 ist elektrisch mit dem Synchrongenerator 16 über eine Schaltung gekoppelt, die die elektrische Verbindung 18, das Schütz C. und eine elektrische Verbindung 17 aufweist. Der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 19 ist steuerbar mit einer Steuereinheit 31 über eine gesteuerte Halbleitergleichrichter-Steuerverbindung 32 gekoppelt. Der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 19 liefert nicht nur Gleichstromleistung in einer Generator-Betriebsart, sondern er kann auch von außen eingespeiste Gleichstromleistung von der Gleichstrom-Sammelschiene 23 über die Schaltung empfangen, die die elektrische Verbindung 22, das Schütz C2 und die elektrische Verbindung 21 umfaßt. Die so an den umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer abgegebene Gleichstromleistung liefert eine Wechselstromleistung an den Synchrongenerator/Motor 16 über die Schaltung, die die elektrische Verbindung 18, das Schütz C. und die elektrische Verbindung 17 umfaßt. Der Synchrongenerator/Motor 16 kann dann in der Start-Betriebsart mit einer Leistung angetrieben werden, die von einer äußeren Quelle abgegeben wird, wie dies oben erläutert wurde.
Ein Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 nimmt in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Form eines herkömmlichen Wechselrichters an. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 ist steuerbar elektrisch mit der Regeleinheit 31 über eine Transistorsteuerverbindung 42 und mit der Gleichstrom-Ausgangsleistung vom umkehrbaren Wechselstrom/ Gleichstrom-Umsetzer 19 über die Schaltung verbunden, die die elektrische Verbindung 43, das Schütz C,, die elektrische Verbindung 44 und die elektrische Verbindung 21 umfaßt. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 liefert die
oben erwähnte Neben-Wechselstrom-Leistungsanforderung, die an eine Wechselstrom-Sammelschiene 24 abgegeben ist, um durch wechselstromversorgte Ausrüstung über eine Schaltung verwendet zu werden, die die elektrische Verbindung 44, das Schütz C5 und die Verbindung 24 umfaßt.
In der Start-Betriebsart ist der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 wechselseitig steuerbar elektrisch mit der von außen eingespeisten Gleichstromleistung über eine Schaltung gekoppelt, die die Gleichstrom-Sammelschiene 23, die elektrische Verbindung 22, das Schütz C„, die elektrische Verbindung 21, die elektrische Verbindung 44, das Schütz C, und die elektrische Verbindung 43 umfaßt. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 ist durch die Regeleinheit 31 gesteuert und liefert Wechselstromleistung zum Synchrongenerator/Motor 16, die über eine Schaltung abgegeben ist, die die elektrische Verbindung 44, elektrische Verbindungen 46, 47, das Schütz C4, eine elektrische Verbindung 48 und die elektrische Verbindung 17 umfaßt. Die so an den Synchrongenerator/Motor 16 abgegebene Wechselstromleistung bewirkt,· daß der Synchrongenerator/Motor 16 auf die Betriebsdrehzahl gebracht wird, wonach der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer 19 auf eine von außen über eine Schaltung, die die Gleichstrom-Sammelschiene 23, die elektrische Verbindung 22, das Schütz C„ und die- elektrische Verbindung 21 umfaßt, eingespeiste Leistung anspricht. Der Synchrongenerator/Motor 16 liefert Drehvermögen über die Drehantriebsverbindung 14, die Antriebseinheit 13 und die Antriebsverbindung 12 an das Flugzeugtriebwerk 11, so daß dieses mit der Start-Betriebsart beginnt.
Die Regeleinheit 31 ist als ein Mikroprozessor aufgebaut und bedarf eine Anzahl von Eingängen und liefert eine Anzahl von Ausgangssignalen, um die verschiedenen Schütze und Hauptkomponenten des Systems zu steuern. Demgemäß ist
die Regeleinheit 31 mit Drehzahl-Fühlereingängen ausgestattet, die von jeder Seite der Antriebseinheit 13 genommen sind. Die erfaßte Drehzahl an diesen Punkten wird jeweils über elektrische Verbindungen 33, 34 an die Regeleinheit 31 abgegeben. Der wirksame Betrieb des umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers 19 und des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers 41 erfordert unter anderen Eingangssignalen ein Anzeichen der Rotorstellung des Synchrongenerator/Motors 16, und dieses Eingangssignal wird an die Regeleinheit über die elektrische Verbindung 35 abgegeben. Die Regeleinheit 31 ist auch mit einem Anzeichen der Wechselspannung am Ausgang vom Synchrongenerator 16 über eine Schaltung ausgestattet, die die elektrischen Verbindungen 17 und 36 umfaßt. Die Regeleinheit ist weiterhin mit einem Anzeichen eines Stromes ausgestattet, der auf der elektrischen Verbindung 18 vorgesehen ist, wie dies durch eine elektrische Verbindung
37 gezeigt ist. Die am Ausgang des umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers 19 vorhandene Gleichspannung wird an die Regeleinheit 31 über die elektrische Verbindung
38 abgegeben, und schließlich werden der Wechselstrom und die Spannung, die am Ausgang des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers 41 vorhanden sind, an die Regeleinheit 31 über die elektrischen Verbindungen 46 und 49 abgegeben. Die Art und Weise, in der das eben beschriebene Erfassen von Strom und Spannung mit der Mikroprozessor-Schaltungsanordnung der Regeleinheit 31 zusammenwirkt, soll im folgenden näher erläutert werden.
Das erste elektrische Schütz C1 ist über die elektrische Verbindung 51 von der Regeleinheit 31 gesteuert, während die Schütze C-, C3, C. und C5 jeweils elektrisch über elektrische Verbindungen 52, 53, 54 und 55 gesteuert sind.
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Die Generator-Betriebsart des erfindungsgemäßen Systems zeichnet sich dadurch aus, daß das Schütz C, offen und die Schütze C1, C2, C_ und C1- abhängig von Schütz-Schließ-Steuersignalen von der Regeleinheit 31 geschlossen sind, die jeweils an elektrischen Verbindungen 51, 52, 53 und 55 auftreten.
Die Start-Betriebsart des erfindungsgemäßen Systems zeichnet sich durch eine elektrische Schütz-Offen- und -Schließ-Sequenz aus, in der alle Schütze C1 bis C1. anfänglich offen sind und dort eine von außen eingespeiste Gleichstromleistung anliegt, die durch die Gleichstrom-Sammelschiene 23 abgegeben wird. D.id oben erwähnte Sequenz oder Folge läuft in der angegebenen Weise ab: Die Schütze C„, C, und C, sind geschlossen, und es kann gesehen werden, daß von außen vorgesehene Gleichstromleistung an den Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 über eine Schaltung abgegeben wird, die die Gleichstrom-Sammelschiene 23, die elektrische Verbindung 22, das Schütz C2 , die elektrische Verbindung 21, die elektrische Verbindung 44, das Schütz C-, die elektrische Verbindung 43 umfaßt, wonach Wechselstromleistung an den Synchrongenerator/Motor 16 über eine Schaltung abgegeben wird, die elektrische Verbindungen 44, 46 und 47, das Schütz C. und elektrische Verbindungen 48, 17 umfaßt. Die so an den Synchrongenorator/Motor 16 abgehobene Wechselstromleistung bringt diesen auf die Betriebsdrehzahl, und danach wird das Schütz C. geöffnet, und das Schütz C. wird geschlossen.
Das Drehmomentwandler-Füllventil 56 ist hydraulisch mit der Antriebseinheit 13 durch Füll- und Abflußleitungen 57, 58 verbunden. Das Füllventil 56 ist durch die Re-geleinheit 31 über eine Ein/Aus-Verbindung 59 gesteuert.
Der Betrieb des Füllverltiles 56 wird anhand der Beschreibung der Fig. 2 weiter unten näher erläutert.
Tm folgenden wird auf die Fig. 2 näher eingegangen, die schematisch die in der Antriebseinheit 13 der Fig. 1 enthaltene Vorrichtung sowie den Synchrongenerator/Motor 16 zeigt. Die Antriebseinheit 13 umfaßt einen Drehmomentwandler 61. Zwei Freilaufkupplungen 62, 63 wirken mit der Antriebsverbindung 12 zusammen, um Drehvermögen vom Triebwerk 11 (vgl. Fig. 1) an den Synchrongenerator/Motor 16 abzugeben, wenn das System in der Generator-Betriebsart arbeitet. Die Freilaufkupplungsanordnung erlaubt es, daß das Drehvermögen vom Triebwerk den Drehmomentwandler in der Generator-Betriebsart 61 überbrückt. Die Antriebseinheit mit ihrem Drehmomentwandler und den Freilaufkupplungen ist von üblichem Aufbau.
Das Drehmomentwandler-Füllventil 56, das bei der Beschreibung der Fig. 1 erwähnt ist, ist hydraulisch mit einer Pumpe 60 über eine'Leitung 62 und mit dem Drehmomentwandler 61 über Leitungen 57, 58 verbunden. Das Füllventil 56 ist steuerbar mit der Regeleinheit 31 über eine Ein/Aus-Verbindung 59 gekoppelt, um dadurch zu gewährleisten, daß der Drehmomentwandler 61 nur gefüllt wird, nachdem der als ein Motor arbeitende Synchrongenerator 61 auf die Betriebsdrehzahl gekommen ist und der umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer eine Wechselstromleistung veränderlicher Spannung und veränderlicher Frequenz an den Synchrongenerator/Motor 16 während der Triebwerk-Start-Betriebsart abgibt.
Zwei Drehzahlfühler 28, 29, die so gelagert sind, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist, liefern Eingangssignale für die Regeleinheit 31 über elektrische Verbindungen
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33, 34.'Die Regeleinheit 31 spricht auf die erfaßten oder Ist-Drehzahlen an und bewirkt ein momentanes öffnen und nachfolgendes Schließen des elektrischen Schützes C1 und ein Schließen des elektrischen Schützes C1- nach einem Triebwerkstart und einem Beginn der Generator-Betriebsart.
Ein Synchrongenerator-Rotor-Stellungsfühler 30 ist elektrisch mit der Regeleinheit 31 über die elektrische Verbindung 35 gekoppelt, um durch die Regeleinheit 31 über die elektrische Verbindung 42 eine Steuerung des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers 41 zu bewirken, wenn der Synchrongenerator/Motor 16 auf die Betriebsdrehzahl gebracht ist. Die Einzelheiten, mit denen die Steuerung des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers 41 erfolgt, werden anhand der Fig. 6 näher erläutert.
Im folgenden wird auf die Fig. 3 eingegangen, die in einem Blockschaltbild die Grundkomponenten der Regeleinheit 31 zeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Vielzahl von Möglichkeiten für den Aufbau der Logik der Mikroprozessor-Schaltungsanordnung besteht, um die Ziele der Erfindung zu erfüllen. Demgemäß wird im folgenden lediglich ein bevorzugtes Beispiel von zahlreichen Möglichkeiten gegeben. Die Einzelheiten der Mikroprozessor-Logik selbst betreffen nicht einen wesentlichen Teil der Erfindung. Tatsächlich sind Teile der Beschreibung von den Fig. 3 bis 6 für den Fachmann üblich.
Das Zusammenwirken der verschiedenen, in Fig. 3 gezeigten Komponenten ist am besten zu verstehen, wenn Rolle und Funktion der anhand Fig. 1 erläuterten elektrischen Verbindungen in Erinnerung gebracht werden.
Die Regeleinheit hat drei Grundsteuereinheiten, die
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als gesteuerte Halbleitergleichrichter-Steuerung 40, Steuerlogik und Schutz 50 und Wechselrichter-Steuerung 65 gezeigt sind. Die Steuerfunktionen dieser Grundsteuereinheiten sind am besten anhand der Fig. 4, 5 und 6 zu verstehen.
Das Schaltbild der Fig. 4 stellt Steuerlogik und Schutz dar, die durch'die Steuereinheit 50 geboten werden. Es sei zu Fig. 4 darauf verwiesen, daß alle Steuer- und Logikfunktionen in Software ausgeführt werden.
Im folgenden wird auf Fig. 5 näher eingegangen, die ein Blockschaltbild der gesteuerten Halbleitergleichrichter-Steuereinheit von Fig. 3 zeigt. Wenn von einer Start-Betriebsart in eine Generator-Betriebsart gewechselt wird, müssen alle gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter momentan ausgeschaltet werden. Es sei anhand der Fig. 5 darauf hingewiesen, daß die gesamten Steuer- und Logikfunktionen in Software ausgeführt werden. Es wurde bereits oben anhand der Erläuterung der Fig. 1 und 2 bemerkt, daß bei leerem Drehmomentwandler 61 der Synchrongenerator/Motor 16 überdrehen kann, wenn er unbelastet durch "den Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 angetrieben wird. Wenn der Synchrongenerator/Motor 16 eine Drehzahl erreicht, die eine Kommutierung der gesteuerten Halbleitergleichrichterbrücke des umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers 19 erlaubt, schaltet die Steuerung des Synchrongenerator/Motors 16 vom Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer 41 zur gesteuerten Halbleitergleichrichterbrücke des umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzers. Die Polarität der gesteuerten Halbleitergleichrichterbrücke ist umgekehrt, so daß Leistung von der Gleichstrom-Sammelschiene 23 zum Synchrongenerator/ Motor 16 über eine Schaltung fließen kann, die die elektrische Verbindung 22, das Schütz C2, die Verbindung 21,
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den umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-ümsetzer 19, die Verbindung 18, das Schütz C. und die Verbindung 17 umfaßt. Der Betrieb des Synchrongenerator/Motors 16, der in Fig. 5 gezeigt ist, erfolgt unter der Steuerung einer angelegten Strombegrenzungs-Wechselspannung und des Rotor-Stellungsfühler-Ausgangssignales der Verbindung 35, um dadurch das Zünden der gesteuerten Halbleitergleichrichter zeitlich einzustellen.
Im folgenden wird die Fig. 6 näher beschrieben, in der in einem Blockschaltbild die Wechselrichtersteuerung 65 von Fig. 3 gezeigt ist. Die Anordnung der Fig. 6 liefert in der Start-Betriebsart eine Steuerung des Wechselrichters des Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzers 41 von der Regeleinheit 31 über die elektrische Verbindung 42. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer erzeugt eine konstante Spannung in der Sekunde je Zyklus-Wellenform mit einer geeigneten Strombegrenzung für den Synchrongenerator/Motor 16 über eine Schaltung, die die elektrischen Verbindungen 44, 46, 47,. das Schütz C, und die elektrischen Verbindungen 48, 17 umfaßt. Diese Wellenform veränderlicher Frequenz und veränderlicher Spannung verwendet ein Eingangssignal 35 vom Rotor-Stellungsfühler 30 (vgl. Fig. 2), um zeitlich die Signale einzustellen. Es sei darauf hingewiesen, daß auch in Fig. 6 alle Steuer- und Logik-Funktionen in Software ausgeführt werden.
. 2M
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Claims (10)

Ansprüche
1.) Elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem für ein Flugzeug mit einer triebwerkangesteuerten Antriebseinheit, die mit einem Synchrongenerator gekoppelt ist, der Wechselstromleistung zur Umsetzung in Gleichstrom- und Wechselstromleistung liefert,
gekennzeichnet durch
- eine umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19), die steuerbar elektrisch mit dem Synchrongenerator (16) und einer Regeleinheit (31) gekoppelt ist, um eine Gleichstrom-Ausgangsleistung in einer Generator-Betriebsart zu erzeugen, wobei die umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung
(19) von außen eingespeiste Gleichstromleistung empfangen kann, die in Wechselstromleistung umzusetzen ist, damit der Synchrongenerator (16) als ein Motor in einer Start-Betriebsart angetrieben wird, und
- eine Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzereinrichtung (41), die steuerbar elektrisch mit der Regeleinheit (31) und der Gleichstrom-Ausgangsleistung während der Generator-Betriebsart gekoppelt ist, wobei die Gleichstrom/Wechselstrom-ümsetzereinrichtung (41) in der Start-Betriebsart wechselseitig steuerbar elektrisch mit der von außen eingespeisten Gleichstromleistung gekoppelt ist, wobei die Regeleinheit (31) und der Synchrongenerator (16) ei-
572-(B 01336)-E
■-: .-. 3126U9
ne gesteuerte Wechselstrom-Ausgangsleistung abgeben, ■ die an den Synchrongenerator (16) zu legen ist, um den als ein Motor arbeitenden Synchrongenerator (16) auf eine Betriebsdrehzahl· zu bringen, wonach die umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19) auf die äußere Gleichstromleistung anspricht und elektrisch mit dem Synchrongenerator (16) gekoppelt ist, damit der Synchrongenerator (16) als ein Motor angesteuert wird, so daß Drehvermögen über die Antriebseinheit (13) zum Starten des Flugzeugtriebwerkes abgegeben wird.
2. Elektrisches Flugzeugtriebwerkstart- und Generatorsystem für ein Flugzeug mit einer triebwerkangesteuerten Antriebseinheit, die mit einem Synchrongenerator gekoppelt ist, der Wechselstromleistung zur Umsetzung in Gleichstrom- und Wechselstromleistung liefert, wobei das Flugzeug einen Hauptbedarf für Gleichstrom-Ausgangsieistung und einen Nebenbedarf für Wechselstromleistung hat,
gekennzeichnet durch
- eine umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19), die steuerbar elektrisch mit dem Synchrongenerator (16) und einer Regeleinheit (31) gekoppelt ist, wobei die umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-ümsetzereinrichtung (19) die Hauptgleichstromleistung in einer Generator-Betriebsart liefert und von außen eingespeiste Gieichstromleistung empfangen kann, die in Wechselstromleistung umzusetzen ist, damit der Synchrongenerator (16) als ein Motor in einer Start-Betriebsart angetrieben wird,
- eine Gleichstrom/Wechseistrom-Umsetzereinrichtung (41), die steuerbar eiektrisch mit der Regeieinheit (31) und der Gieichstrom-Ausgangsieistung während der Generator-Betriebsart gekoppeit ist, um den Neben-Wechseistrom-
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Leistungsbedarf zu erfüllen, wobei die Gleichstrom/ Wechselstrom-Umsetzereinrichtung (41) in der Start-Betriebsart wechselseitig steuerbar elektrisch mit der von außen eingespeisten Gleichstromleistung, der Regeleinheit (31) und dem Synchrongenerator (16) gekoppelt ist, um eine gesteuerte Wechselstrom-Ausgangsleistung zu erzeugen, die an den Synchrongenerator (16) abzugeben ist, um diesen als Motor arbeitenden Synchrongenerator (16) auf eine Betriebsdrehzahl zu bringen, wonach die umkehrbare Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19) auf die äußere Gleichstromleistung anspricht und elektrisch mit dem Synchrongenerator (16) gekoppelt ist, damit der Synchrongenerator (16) als ein Motor angesteuert ist und so Drehvermögen über die Antriebseinheit (13) zum Starten des Flugzeugtriebwerkes abgibt.
3. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Antriebseinheit (13) einen Drehmomentwandler umfaßt.
4. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
- daß ein Drehmomentwandler-Füllventil (56) mit dem Drehmomentwandler verbunden und steuerbar mit der Regeleinheit (31) gekoppelt ist, um zu gewährleisten, daß der Drehmomentwandler gefüllt wird lediglich nachdem der als Motor arbeitende Synchrongenerator (16) auf die Betriebsdrehzahl gekommen ist und die umkehrbare Wechselstrom/ Gleichstroin-ümsetzereinrichtung (19) Wechselstromleistung an den Synchrongenerator/Motor (16) während, der Triebwerk-Start-Betriebsart abgibt.
5. System nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Drehmomentwandler eine Freilaufkupplung aufweist, die eine mechanische Kupplung zwischen dem Triebwerk und dem Synchrongenerator (16) erlaubt, die den Drehmomentwandler während der Generator-Betriebsart überbrückt.
6. System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
- daß eine Gleichstrom-Sammelschiene elektrisch steuerbar mit der umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19) gekoppelt ist, und
- daß eine Wechselstrom-Sammelschiene elektrisch steuerbar mit der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzereinrichtung
(41) gekoppelt ist.
7. System nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch
- ein erstes elektrisches Schütz (C1) in der elektrischen Kopplung zwischen dem Synchrongenerator (16) und der umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19),
- ein zweites elektrisches Schütz (C~) in der elektrischen Kopplung zwischen der umkehrbaren Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19) und der Gleichstrom-Sammelschiene,
- ein drittes elektrisches Schütz (C-,) in der elektrischen Kopplung zwischen der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzereinrichtung (41) und der Gleichstrom-Ausgangsleistung von der Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzereinrichtung (19),
- ein viertes elektrisches Schütz (C4) in der elektrischen Kopplung zwischen der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzereinrichtung (41) und dem Synchrongenerator (16), und
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- ein fünftes elektrisches Schütz (C1.) in der elektrischen Kopplung zwischen der Gleichstrom/Wechselstrom-Umsotzereinrichtung (41) und der Wechselstrom-Sainnielschiene,
- wobei das erste bis fünfte elektrische Schütz (C1 bis C1.) getrennt an die Regeleinheit' (31) angeschlossen sind und jedes dadurch gesteuert geöffnet und geschlossen werden kann. . .
8. System nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
- daß in der Generator-Betriebsart das vierte elektrische Schütz (C.) offen ist und das erste, das zweite, das dritte und fünfte elektrische Schütz (C1, C2, C3, C5) abhängig von Schütz-Schließ-Steuersignalen von der Regeleinheit (31) geschlossen sind.
9. System nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
- daß in der Start-Betriebsart eine elektrische Schütz-Offen- und Schließ-Sequenz vorliegt, in der alle Schütze anfänglich offen sind und die von außen eingespeiste Gleichstromleistung a-n der Gleichstrom-Sammelschiene liegt,
- daß das zweite, das dritte und das vierte elektrische Schütz (C2, C-, und C.) geschlossen werden und die von außen eingespeiste Gleichstromleistung an die Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzereinrichtung (41) abgegeben wird, wonach Wechselstromleistung zu dem als Motor betriebenen Synchrongenerator (16) gespeist wird, um diesen Synchrongenerator/Motor bis zu einer Betriebsdrehzahl zu bringen, und
- daß dann das vierte elektrische Schütz (C4) geöffnet und das erste elektrische Schütz (C1) geschlossen wird.
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10. System nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch
- einen Synchrongenerator-Rotor-Stellungsfühler, der elektrisch mit der Regeleinheit (31) gekoppelt ist, um eine
Steuerung der Gleichstrom/Wechselstrom-Steuereinrichtung (41) durch die Regeleinheit (31) zu erzeugen, wenn der
Synchrongenerator/Motor (16) auf eine Betriebsdrehzahl gebracht ist.
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