DE3242426C2 - Central on-board power supply system at airports - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bordnetzversorgungsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung. Externe Bordversorgungsanlagen werden auf Flughafen benötigt, um die am Boden abgestellten Flugzeuge versorgen zu können. Hierbei ist es aus Wirtschaftlichkeitsgründen und auch aus Gründen des Lärmschutzes unzweckmäßig, die Verbraucher des Flugzeuges durch die bordeigene Anlage versorgen zu lassen, die entweder über Gelriebeunordnungen von den Haupttriebwerken selbst oder über ein kleines nur der Versorgung dienendes Hilfstriebwerk angetrieben wird. Während früher ausschließlich dieselelektrische Aggregate benutzt wurden, die an den Ort des Abstellplatzes des betreffenden Flugzeugs herangeführt wurden, setzen sich insbesondere auf Großflughäfen in zunehmendem Maße zentrale Bordnetzversorgungsanlagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung durch, welche wirtschaftlicher ίο sind als die Diesel-Aggregate, was im Hinblick auf die benötigten Leistungen, die etwa 70 bis 100 kVA betragen können, wesentlich ist.The invention relates to an on-board power supply system in the preamble of the claim specified genus. External on-board supply systems are required at the airport to cover those on the ground to be able to supply parked aircraft. Here it is for reasons of economy and also off Reasons of noise protection inexpedient, the consumers of the aircraft through the on-board system to have taken care of, either via gel drives from the main engines themselves or via a small only the supply serving auxiliary power unit is driven. While in the past exclusively diesel-electric Aggregates were used that were brought to the location of the parking area of the aircraft in question central on-board power supply systems are increasingly being used, especially at large airports the type specified in the preamble of claim 1 by which more economical ίο are as the diesel aggregates what in terms of required power, which can be around 70 to 100 kVA, is essential.

Bei derartigen zentralen Bordnetzversorgungsanlagen ergeben sich Probleme insbesondere im Hinblick auf die erforderliche Leitungslänge zwischen zentralem Generator, der gewöhnlich über eine elektrische Maschine angetrieben wird, und der Bordnetzanschlußstation am Gate. Die Länge der Leitungen kann mehrere 100 m betragen. Durch die für den Übertragungsweg benutzte relativ hohe Spannung können die Ohm'schen Verluste relativ niedrig gehalten werden. Im Hinblick auf die den Übertragungskabeln anhaftende Induktivität, die zudem unsymmetrisch ist, ergeben sich bei der erforderlichen Frequenz von 400 Hz bereits schwerwiegende Probleme. Es ist bekannt, diese Induktivitäten jeweils an Ort festzukeilen und durch Zuschalten von Kondensator-Batterien zu kompensieren.In the case of such central on-board power supply systems, problems arise, in particular with regard to this on the required cable length between the central generator, which is usually via an electrical machine is driven, and the electrical system connection station at the gate. The length of the lines can be several 100 m. Due to the relatively high voltage used for the transmission path, the ohmic Losses are kept relatively low. With regard to the inductance inherent in transmission cables, which is also asymmetrical, serious problems arise at the required frequency of 400 Hz Problems. It is known to wedge these inductances in place and by connecting Compensate capacitor batteries.

Es ist auch bekannt, zur Vermeidung des unerwünschten unsymmetrischen induktiven Spannungsabfalls induktivitäts-symmetrtsche Kabel zu verwenden. Derartige Kabel sind aber außerordentlich teuer.It is also known, to avoid the undesired asymmetrical inductive voltage drop, inductivity-symmetry Cable to use. Such cables are extremely expensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine zentrale Bordnetzversorgungsanlage zu schaffen, die unter Vermeidung teurer induktivitätssymmetrischer Kabel oder Kondensator-Batterien in der Lage ist, das Bordnetz unabhängig von symmetrischen oder asymmetrischen Belastungszustand ständig mit der benötigten Spannung zu versorgen, die auch bei Belastungsänderungen aufrecht erhalten wird.The invention is therefore based on the object of creating a central on-board power supply system which while avoiding expensive inductance symmetrical cables or capacitor batteries is able to do that On-board network, regardless of symmetrical or asymmetrical load condition, constantly with the required To supply voltage that is maintained even with changes in load.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die hierbei benutzten Regeltransformatoren brauchen nur für eine relativ geringe Leistung ausgelegt zu werden, so daß der Hauptlransformator hinsichtlich seines Übersetzungsverhältnisses fest ausgelegt werden kann und an diesem, die volle Leistung übertragenden Transformator, keine Stell- oder Regelanordnungen vorgesehen werden müssen.The problem posed is achieved by what is specified in the characterizing part of claim 1 Characteristics. The regulating transformers used here only need to be designed for a relatively low output to be, so that the main transformer is designed to be fixed in terms of its transformation ratio can be and on this, the full power transmitting transformer, no setting or control arrangements must be provided.

Die vorgesehenen Drehtransformatoren ermöglichen so eine praktisch stufenlosc Spannungsänderung auf den gewünschten Istwert.The provided rotary transformers enable a practically stepless voltage change on the desired actual value.

Es ist zwar durch die DE-PS 6 Π 409 bereits eine Anordnung zur Regelung der Spannung in Wechselstromnetzen bekannt, bei der zu den einzelnen Phasenspannungen über Hilfstransformatoren eine über eine Rcgelschleife gesteuerte Zusatzspannung addiert werden kann, um die Phasenspannungen konstant zu halten. Hierbei wird aber die Zusatzspannung jeweils über aus Wechselstrommotor und Synchrongenerator bestehenho de Umförmeraggregate geliefert, und die Spannung*· steuerung erfolgt über eine Änderung der Erregung der Synchrongeneratoren. Diese Art der Regelung wäre für eine 400 Hz-Versorgungsanlage auf Flughafen außerordentlich aufwendig und schlecht im Hinblick auf den t,5 Wirkungsgrad. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Hilfsspannung von der jeweiligen Phasenspannung gewonnen wird, können derartige aufwendige Umformeriiggregatc für die Regelschleife vermieden werden.DE-PS 6409 already provides an arrangement for regulating the voltage in alternating current networks known, in the case of the individual phase voltages via auxiliary transformers one via a Control loop controlled additional voltage can be added can to keep the phase voltages constant. In this case, however, the additional voltage is turned off in each case AC motor and synchronous generator exist if converter units are supplied, and the voltage * control takes place via a change in the excitation of the synchronous generators. This type of scheme would be for a 400 Hz supply system at the airport is extraordinary expensive and poor in terms of the t.5 efficiency. The fact that according to the invention Auxiliary voltage obtained from the respective phase voltage such complex Umformeriiggregatc for the control loop can be avoided.

Im übrigen ergeben sich bei der bekannten Anordnung Synchronisierungsschwierigkeiten, die bei einem 400 Hz-Netz noch schwerwiegender wären und die durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vermieden werden.In addition, there are synchronization difficulties in the known arrangement, which in a 400 Hz network would be even more serious and avoided by the circuit arrangement according to the invention will.

Zweckmäßigerweise ist die Anordnung derart getroffen, daß die Sekundärwicklung des Hilfstrafos so geschaltet ist, daß die Spannung gleichphasig mit der zugeordneten Phasenspannung ist, so daß sich die Spannungsvektoren addieren. Es wird dann der Haupttransformator so ausgelegt, daß die Sekundärspannungen etwas unter dem Sollwert Hegen, wobei der Regelbereich der Regeltransformatoren so gewählt ist, daß alle im Betrieb denkbaren Spannungsabfälle noch erfaßt werden können. Es hat sich gezeigt, daß hierfür ein Regelbereich von 15 Volt pro Phase ausreichend ist.The arrangement is expediently such that the secondary winding of the auxiliary transformer is switched is that the voltage is in phase with the associated phase voltage, so that the voltage vectors add. The main transformer is then designed so that the secondary voltages slightly below the setpoint Hegen, the control range of the control transformers being chosen so that all in Possible voltage drops in operation can still be recorded. It has been shown that there is a control range for this 15 volts per phase is sufficient.

Stattdessen könnte die Anordnung auch derart getroffen werden, daß die Spannungsvektoren in der Phasenwicklung und in der Sekundärwicklung der Hilfstransformatoren entgegen gerichtet sind, so daß eine Regelung von oben her erfolgt, jedoch ist aus verschiedenen Gründen die erstgenannte Anordnung zu bevorzugen. Instead, the arrangement could also be made such that the voltage vectors in the phase winding and in the secondary winding of the auxiliary transformers are directed opposite, so that a Regulation takes place from above, but is made up of different Reasons to prefer the former arrangement.

Durch die Erfindung wird der gestellten Forderung voll entsprochen, gemäß welcher der Spannungsubfall nicht mehr als 3% betragen darf. Dadurch, daß die Phasenspannungen einzeln geregelt werden, ergibt sich auch bei unsymmetrischer Belastung ständig ein Einregeln auf die gewünschte Sollspannung. Damit können alle Spannungsänderungen ausgeglichen werden, unabhängig davon ob sie auf einem Realanteil oder einem Blindanteil beruhen. Erforderlichenfalls kann jedoch der Blindanteil auch noch in an sich bekannter Weise generatorseitig kompensiert werden, indem entweder kapazitive Belastungen zugeschaltet werden können, oder eine jeweils nicht benötigte Synchronmaschine einer zentralen Generatoranlage durch entsprechende Überbzw. Untererregung den cos-p>-Wert auf 1 einstellt.The invention fully meets the requirement according to which the voltage drop may not be more than 3%. The fact that the phase voltages are regulated individually results Constant adjustment to the desired setpoint voltage even with asymmetrical loading. So can all voltage changes are compensated, regardless of whether they are due to a real component or a Blind share are based. If necessary, however, the reactive component can also be generated on the generator side in a manner known per se be compensated by either capacitive loads can be switched on, or a synchronous machine that is not required in each case in a central generator system by means of appropriate Überbzw. Underexcitation sets the cos-p> value to 1.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung zeigtFurther expedient refinements of the invention emerge from the subclaims and in connection with the drawings. In these drawings, an embodiment of the invention is shown. In the drawing shows

Fig. 1 ein Gesamtschaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten zentralen Bordnetzvers. Kgungsanlage: F i g. 2 ein Blockschaltbild des Reglers;
F i g. 3 ein Schaltbild der Effektivwertgewinnungsstufe des Reglers gemäß F i g. 2;1 shows an overall circuit diagram of a central electrical system designed according to the invention. Kgungsanlage: F i g. 2 is a block diagram of the controller;
F i g. 3 is a circuit diagram of the effective value extraction stage of the controller according to FIG. 2;

F i g. 4 ein Schaltbild d«.'-· Reglerstufe für eine Phase, von denen für jede Phase jeweils eine Stufe vorgesehen ist.F i g. 4 a circuit diagram d «.'- · regulator stage for one phase, one stage is provided for each phase.

In F i g. 1 ist ein Drehspannungsgenerator G dargestellt, der an einer zentralen Stelle des Flughafens angeordnet ist und beispielsweise 100 kVA bei 400 Hz liefert. Je nach Größe des Flughafens ist dabei ein Generator oder es sind mehrere Generatoren vorgesehen. Jeder liefert dabei eine Spannung von 3 · 820 V verkettet.In Fig. 1 shows a three-phase voltage generator G, which is located at a central point in the airport and supplies, for example, 100 kVA at 400 Hz. Depending on the size of the airport, one generator or several generators are provided. Everyone supplies a voltage of 3 · 820 V concatenated.

Von den Generatoren G führen jeweils drei Phasenleiter nach je einem Haupttransformator HTR, von denen jeweils einer an einer Bordnetzanschlußstation angeordnet ist. Die Primärwicklung des Haupttransformators ist im Dreieck und die Sekundärwicklung ist im Stern geschaltet. Die Sekundärphascnwicklungen des Haupttransformalcrs sind mit Pi, Pt und Pi bezeichnet. In F i g. 1 ist die Ansch.lußsteckvorrichtung, mit der eine Steckverbindung nach di.r\ Bordnetz des betreffenden Flugzeugs hergestellt werden kann, mit AS bezeichnet. Hier sind die Ausgänge der drei Phasen sowie der Null-Leiter zugänglich.From the generators G , three phase conductors each lead to a main transformer HTR, one of which is arranged at an on-board network connection station. The primary winding of the main transformer is connected in a triangle and the secondary winding is connected in a star. The secondary phase windings of the main transformer are labeled Pi, Pt and Pi. In Fig. 1 is the Ansch.lußsteckvorrichtung can be prepared with a connector according to di.r \ electrical system of the aircraft in question, designated AS. The outputs of the three phases and the neutral conductor are accessible here.

Mit jeder der Sekundärphasenwicklungen P₁, P₂, Pi liegt die Sekundärwicklung Si. S₂, S₃ von Hilfstransformatoren TRu TR₂, TRz in Reihe. Die Primärwicklung jedes Hilfstrafos ist an einen Drehtransformator DT\, DT₂ bzw. DT} angeschaltet Diese wiederum werden mit der jeweiligen Phasenspannung gespeist Dadurch, daß über die Drehtransformatoren eine Spannung zu der Phasenspannung hinzugeschaltet werden kann, läßt sich ίο auch bei Belastungsänderungen ständig eine Nachführung auf die Sollspannung erreichen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Spannungen von Phasenwicklung und Sekundärwicklung der HiIFstransformatoren addiert. Erforderlichenfalls kann jedoch auch eine Umschaltung derart vorgenommen werden, daß wahlweise eine Subtraktion erfolgt Schließlich könnten auch die Drehtransformatorerr mit einer Mittelanzapfung versehen sein, die eine Regelung nach beiden Seiten ermöglicht.The secondary winding Si is connected to each of the secondary phase windings P ₁ , P ₂ , Pi. S ₂ , S ₃ of auxiliary transformers TRu TR ₂ , TRz in series. The primary winding of each auxiliary transformer is connected to a rotary transformer DT \, DT ₂ or DT} These in turn are fed with the respective phase voltage to reach the target voltage. According to the illustrated embodiment, the voltages of the phase winding and secondary winding of the HiIF transformers are added. If necessary, however, a switchover can also be carried out in such a way that a subtraction optionally takes place. Finally, the rotary transformers could also be provided with a center tap which enables regulation to both sides.

Die Drehtransformatoren werden dv.-ch Steilmotore M_n M„ M, von einem Regler 10 eingestellt, dem die Istspannung über Leitungen 12 zugeführt wird und in dem diese Istspannung mit einer Sollspannung verglichen wird. Dieser Regler 10 wird aus dem 50 Hz-Netz versorgt.The rotary transformers are dv.-ch ball motors M _n M "M, set by a controller 10, which is supplied with the actual voltage on lines 12 and in which these actual voltage is compared with a reference voltage. This controller 10 is supplied from the 50 Hz network.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Reglers. Dieser weist eine Effektivwertgewinnungsstufe Ph und drei Reglerstufen Ph, Ph und PU auf, von welch letzterem jeweils eine je einer Phase zugeordnet ist. Die Schaltung der Effektivwertgewinnungsstufe Ph ergibt sich im einzelnen aus Fig.3. Die Eingänge und Ausgänge sind in den verschiedenen Darstellungen einheitlich angegeben.F i g. 2 shows a block diagram of the controller. This has an effective value extraction stage Ph and three controller stages Ph, Ph and PU , of which the latter is each assigned to a phase. The circuit of the effective value extraction stage Ph is shown in detail in FIG. The inputs and outputs are uniformly indicated in the various representations.

F i g. 4 zeigt das Schaltbild einer der Reglerstufen Ph, J5 PI} oder PU. Diese drei Regierstufen sind einander identisch ausgebildet, so daß die Beschreibung einer einzigen Stufe gemäß F i g. 4 ausreicht.F i g. 4 shows the circuit diagram of one of the controller stages Ph, J5 PI} or PU. These three levels of government are identical to one another, so that the description of a single level according to FIG. 4 is sufficient.

Jede Reglerstufe weist einer, ersten Komparator 14, einen zweiten Komparator 16 und einen dritten Kornpara'or 18 auf. Alle Komparatoren werden über die Leitung 20 und die Widerstände P₂, Ra, Ri mit Sollspannungen versorgt, während die Istspannung über 22 zugeführt wird.Each controller stage has a first comparator 14, a second comparator 16 and a third Kornpara'or 18. All comparators are supplied with nominal voltages via line 20 and resistors P ₂ , Ra, Ri , while the actual voltage is supplied via 22.

Der Komparator 14 erfaßt einen Fehler zwischen der Sollspannung und einer darunterliegenden Istspannung und er bewirkt, daß der Ausgang die Stellmotoren M_n Ms, M₁ im Sinne einer Spannungserhöhung antreibt.The comparator 14 detects an error between the nominal voltage and an underlying actual voltage and it causes the output to drive the servomotors M _n Ms, M ₁ in the sense of a voltage increase.

Der Komparator 16 erfaßt einen Fehler zwischen einer Sollspannung und einer darüberliegenden lstspannung und er bewirkt eine Spannungserniedrigung.The comparator 16 detects an error between a nominal voltage and an actual voltage above it and it brings about a decrease in voltage.

Der Komparator 18 erfaßt den spannungslosen Zustand und er bewirkt bei Abschaltung des Netzes eine Stillsetzung der Stellmotoren, um zu verhindern, daß unnötigerweise der Komparator 16 jeweils den zugeordneten Drehtransformator bis in die NuH-Sttllung zurückführt. Es wird dadurch gewährleistet, daß beim Wiedereinschalten wieder die zuvor und zuletzt eingeregelte Spannung ze; Verfügung steht.The comparator 18 detects the de-energized state and it causes a disconnection of the network Shutdown of the servomotors to prevent the comparator 16 unnecessarily from the associated Rotary transformer returns to the NuH position. This ensures that when you switch on again, the previously and last adjusted Voltage ze; Available.

Der Regler wirkt gemäß dem dargestellten Ausfühbo rungsbeispiel als Zweipunktregler. Erforderlichenfalls können jedoch auch andere RegelcharakterisCiken, insbesondere eine aperiodische Annäherung an den Sollwert gewährleistet werden. According to the exemplary embodiment shown, the controller acts as a two-point controller. If necessary however, other control characteristics can also be used, in particular an aperiodic approach to the setpoint can be guaranteed.

Eine galvanische '/rennung zwischen dem 400 Hzb.-, Netz und dem 50 Hz-Netz erfolgt über Optokoppler 24.A galvanic separation between the 400 Hzb. Network and the 50 Hz network takes place via optocouplers 24.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Zentrale externe Bordnetzversorgungsanlage auf Flughäfen, mit einem oder mehreren zentralen Drehstromgeneratoren, die eine Spannung von z. B. 3 · 820 Volt bei einer Frequenz von 400 Hz liefern, mit einzelnen Leitungsverbindungen zwischen dem zentralen Generator und jeder Bordnetzanschlußstation und mit einem Transformator in jeder Bordnetzstation, der die Speisespannung auf die Verbraucherspannung von etwa 208 Volt verkettet herabsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Phasenwicklung (Pt, P₂. Pj) der in Stern geschalteten Sekundärseite des Transformators, die Sekundärwicklungen (Si. S₂. S₃) dreier Hilfstransformatoren (TRu TR₂, TR₃) geschaltet sind, deren Primärwicklungen von je einem Drehtransformator (DTv OT₂, DT₃) gespeist werden, die an die ;_e,_veijjge Speisespannung angeschaltet sind, und die von Stellmotoren in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert werden.1. Central external on-board power supply system at airports, with one or more central three-phase generators that generate a voltage of z. B. deliver 3 820 volts at a frequency of 400 Hz, with individual line connections between the central generator and each on-board network connection station and with a transformer in each on-board network station, which lowers the supply voltage to the consumer voltage of about 208 volts, characterized in that in Series with each phase winding (Pt, P _2. Pj) of the star-connected secondary side of the transformer, the secondary windings (Si. S _2. S ₃ ) of three auxiliary transformers (TRu TR ₂ , TR ₃ ) are connected, the primary windings of which are each connected by a rotary transformer (DTv OT ₂ , DT ₃ ) fed to the; _e , _ve ijjge supply voltage are switched on, and which are controlled by servomotors as a function of an error signal. 2. Bordnetzversorgungsanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenspannungen der Sekundärseite des Transformators eine unter der Nennphasenspannung von 117 Voll liegende Spannung von etwa 112VoIt liefern, und daß das Übersetzungsverhältnis der Hilfstransformatoren (TRt, TR₂, TR₃) in Verbindung mit den Drehtransformatoren so cugelegt ist, daß eine Rcgelspannung von 0 bis +15 Volt gleichphasig zur Verfügung gestellt wird.2. On-board power supply system according to claim 1, characterized in that the phase voltages of the secondary side of the transformer deliver a voltage of about 112VoIt below the nominal phase voltage of 117 full, and that the transformation ratio of the auxiliary transformers (TRt, TR ₂ , TR ₃ ) in conjunction with the Rotary transformers are so designed that a regulating voltage of 0 to +15 volts is made available in phase. 3. BordnetzversorgungsEfilage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dvT die Stellmotoren (Mr. M„ M₁) einstellende Regler vom 50 Hz-Netz gespeist und galvanisch von dem 400 Hz-Teil durch Optokoppler getrennt ist.3. BordnetzversorgungsEfilage according to claim 1, characterized in that dvT the servomotors (Mr. M "M ₁ ) adjusting controller is fed from the 50 Hz network and galvanically isolated from the 400 Hz part by optocouplers. 4. Bordnetzversorgungsanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung gebildet ist, indem das die Differenz zwischen Sollspannung und Istspannung bildende Fehlersigna! drei Komparatoren zugeführt wird, die über eine Steuerschaltung die Stellmotoren steuern und von denen der erste im Sinne einer Spannungserhöhung und der zweite im Sinne einer Spannungserniedrigung wirksam ist, während der dritte Komparator eine Stillsetzung des betreffenden Stellmotors bewirkt, wenn bei Abschaltung des Generatornetzes die Fehlerspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet.4. On-board power supply system according to claim 1, characterized in that a control circuit is formed by the error signal forming the difference between the nominal voltage and the actual voltage! three comparators are supplied, which control the servomotors via a control circuit and of those of the first in the sense of an increase in voltage and the second in the sense of a voltage decrease is effective while the third comparator stops the relevant servomotor, if, when the generator network is switched off, the fault voltage has a predetermined value exceeds. 5. Bordnetzversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßphasenspannungen zur Effektivwertgewinnung einer Stufe (Ph) zugeführt werden, deren Ausgang den einzelnen Regelstufen (Ph, Pit. PU) zugeführt wird, von denen jede mit den drei Komparatoren ausgerüstet ist.5. On-board power supply system according to claim 4, characterized in that the measuring phase voltages are fed to a stage (Ph) for obtaining effective values, the output of which is fed to the individual control stages (Ph, Pit. PU) , each of which is equipped with the three comparators.