Un supervisor de generador adaptado para uso con un generador eléctrico incluyendo una bobina de campo (F),

un devanado acoplado con un par de terminales de salida, y un eje de generador operativo para modificar la interacción electromagnética de la bobina de campo (F) y el devanado cuando el eje gira, incluyendo el supervisor de generador:

un tacómetro (42), sensible al generador y operativo para generar una señal de velocidad indicativa de la velocidad rotacional del eje de generador;

un supervisor de corriente (46) operativo para generar una señal de corriente de campo indicativa de la corriente de campo media de la bobina de campo del generador (F); y

un elemento de procesado (36) sensible a las señales de velocidad y corriente de campo y operativo para generar una señal de par de entrada indicativa del par requerido para accionar el eje de entrada; caracterizándose el supervisor de generador por

un controlador (38), sensible a la señal de par de entrada, y operativo para reducir la corriente media en la bobina de campo del generador (F) cuando la señal de par de entrada es indicativa de par de entrada excesivo

Monitorización de un generador.

Antecedentes

Esta invención se refiere a un regulador de voltaje adecuado para uso con un generador eléctrico tal como un alternador, y en particular a un regulador de voltaje que realiza mejores funciones de control determinando y limitando la corriente de salida del alternador así como el voltaje de salida.

Un vehículo moderno usa un alternador para mover el sistema eléctrico del vehículo y para recargar una batería que proporciona potencia eléctrica de reserva siempre que el motor del vehículo no esté operando o cuando se pueda obtener insuficiente potencia eléctrica del alternador. El alternador incluye un devanado de campo, devanados de estator, y un eje de rotación que es movido a través de algún dispositivo por un motor. Se usan rectificadores para convertir la corriente alterna generada por los devanados de estator a corriente continua para carga de la batería. Un regulador de voltaje detecta el voltaje de salida del alternador y controla la corriente de bobina de campo para mantener un voltaje constante según la referencia de voltaje interna del regulador cuando se añaden o quitan cargas eléctricas externas, dentro de los límites de la capacidad de potencia de salida del alternador. Esto se logra normalmente haciendo que fluya corriente a través del devanado de campo siempre que el voltaje de salida caiga por debajo del voltaje de referencia, y parando el flujo de corriente a través del devanado de campo siempre que el voltaje de salida suba por encima del voltaje de referencia.

El voltaje de referencia apropiado del regulador se determina por el voltaje de carga de la batería necesario para la aplicación particular, y el sistema eléctrico del vehículo está diseñado típicamente para operar en este voltaje. El voltaje de referencia está diseñado a menudo con compensación de temperatura porque es deseable para la carga de la batería que el voltaje de carga disminuya cuando aumente la temperatura de la batería. La corriente de salida del alternador se produce en los devanados de estator cuando el devanado de campo conduce corriente y el eje del alternador está girando. A voltaje constante, la corriente de salida del alternador aumenta con la velocidad del eje en una relación no lineal, y esta corriente de salida eleva la temperatura del devanado de estator. Cuando aumenta la temperatura del estator, la corriente de salida máxima del alternador a voltaje constante disminuye. El régimen de potencia de salida de un alternador de automóvil se determina típicamente a una velocidad del eje del alternador de 5000 revoluciones por minuto.

Cuando un motor del vehículo está operando a velocidad de marcha en vacío, la potencia de salida del alternador está típicamente por debajo de la potencia de régimen del alternador. Esto significa a menudo que el alternador es incapaz de suministrar toda la potencia eléctrica necesaria a velocidad de marcha en vacío del motor, y la batería suministra la potencia eléctrica deficiente. Cuando aumenta la temperatura del compartimiento motor y del devanado de estator del alternador, la potencia máxima de salida del alternador disminuye más. Generalmente no se conoce la rapidez con que se descarga la batería en tales circunstancias a no ser que se utilice un shunt de corriente para medir la corriente de descarga de la batería, o si se emplean otros medios para medir el estado de carga de la batería.

Tiene lugar una situación diferente a temperaturas árticas si se usa precalentamiento para arrancar el motor y se aplican rápidamente altas cargas eléctricas cuando el alternador todavía está frío. En tales circunstancias la potencia de salida del alternador puede exceder de forma significativa de la potencia de salida de régimen máxima durante unos pocos minutos. La potencia de accionamiento al alternador para cumplir la demanda eléctrica puede exceder el par o los límites de accionamiento del mecanismo de accionamiento entre el motor y el alternador y producir fallo de accionamiento. Los dispositivos de accionamiento de alternadores de alta potencia tienen poco margen para exceder el par máximo y límites de accionamiento máximos que se basan típicamente en datos de temperatura ambiente. El voltaje de salida del alternador, la corriente de salida, y la eficiencia pueden ser usados para determinar la potencia de entrada, mientras que la potencia de entrada y la velocidad del eje pueden ser usadas para determinar el par de entrada. Es difícil medir la corriente continua sin un shunt, un dispositivo calibrado que desarrolla un voltaje a través de sus terminales proporcional al flujo de corriente a través del shunt.

No es evidente que alguien haya resuelto todos los problemas anteriores en el diseño de un alternador o regulador de voltaje. Sin embargo, se han propuesto varios sistemas que tocan algunos aspectos de los problemas anteriores. Por ejemplo, Ueda, Patente de Estados Unidos número 5.712.786, propone un método de control de velocidad de marcha en vacío del motor que emplea, entre otras características, un mapa relacionado con la velocidad de marcha en vacío del motor y el ciclo de trabajo de campo del alternador para determinar la corriente de salida del alternador sin usar un shunt. La determinación de la corriente del alternador es una característica en el control general de una válvula de control de velocidad en vacío para regular automáticamente la velocidad en vacío de un motor de combustión interna. Ueda no mide la velocidad del eje del alternador ni aplica una compensación proporcionada a datos medidos referentes a la operación del alternador.

Vanek y colaboradores, Patente de Estados Unidos número 5.559.704, propone un método de calcular la potencia del alternador en base a valores medidos de la corriente y voltaje del alternador para determinar la eficiencia y potencia del motor. Se usan detectores de corriente alterna y shunts de corriente continua para medir la corriente. La velocidad del eje no se tiene en cuenta en esta aplicación de locomoción a velocidad controlada del motor, ni se mide la temperatura ambiente ni la temperatura del devanado de estator.

US 5.270.575 describe un dispositivo para controlar la velocidad de marcha en vacío de un motor que mueve un alternador.

Resumen

Según un primer aspecto de la presente invención se facilita un generador según la reivindicación 1

Según un segundo aspecto de la presente invención se facilita un método según la reivindicación 2.

Según un tercer aspecto de la presente invención se facilita un generador según la reivindicación 3.

Según un cuarto aspecto de la presente invención se facilita un método según la reivindicación 4.

Hoy día se necesita un regulador de voltaje mejorado que sea capaz de supervisar la corriente de salida de modo que se satisfagan las necesidades de salida sin imponer esfuerzo excesivo a los requisitos de accionamiento de entrada. También es deseable supervisar la potencia de salida del alternador con respecto a las cargas aplicadas para ser consciente de cuándo se aplican cargas excesivas de modo que se puedan tomar medidas para priorizar las cargas o para aumentar la velocidad del eje del alternador. El sistema proporciona preferiblemente esta información en un amplio rango de velocidades del eje del alternador y temperaturas ambiente. Es deseable comunicar con otros sistemas para compartir información de estado y tomar medidas a petición.

La realización preferida descrita a continuación incluye un regulador de voltaje de microcontrolador que supervisa varias señales de entrada y procesa los valores representados por las señales para determinar exactamente dónde está operando el alternador dentro de su envolvente de rendimiento. Las señales de entrada incluyen voltaje de fase de una de las fases de corriente alterna, señal de energización de campo, señales de energización externa, voltaje de salida, y señales de temperatura de varias fuentes. La señal de energización externa activa el regulador a operación. La señal de salida del circuito intermedio RPM es procesada para determinar la velocidad del eje del alternador.

A continuación, se miden la temperatura y el voltaje de salida y se compensa la temperatura del voltaje de referencia programado. El voltaje de fase de corriente alterna sigue siendo supervisado para proporcionar la velocidad del eje del alternador. Si el voltaje medido está por debajo del voltaje de referencia, el regulador hace que pase corriente a través del devanado de campo del alternador a una tasa gradualmente creciente. Esto hace que se genere la corriente...

1. Un supervisor de generador adaptado para uso con un generador eléctrico incluyendo una bobina de campo (F), un devanado acoplado con un par de terminales de salida, y un eje de generador operativo para modificar la interacción electromagnética de la bobina de campo (F) y el devanado cuando el eje gira, incluyendo el supervisor de generador:

un tacómetro (42), sensible al generador y operativo para generar una señal de velocidad indicativa de la velocidad rotacional del eje de generador;

un supervisor de corriente (46) operativo para generar una señal de corriente de campo indicativa de la corriente de campo media de la bobina de campo del generador (F); y

un elemento de procesado (36) sensible a las señales de velocidad y corriente de campo y operativo para generar una señal de par de entrada indicativa del par requerido para accionar el eje de entrada; caracterizándose el supervisor de generador por

un controlador (38), sensible a la señal de par de entrada, y operativo para reducir la corriente media en la bobina de campo del generador (F) cuando la señal de par de entrada es indicativa de par de entrada excesivo.

2. Un método para supervisar un generador eléctrico incluyendo una bobina de campo (F), un devanado acoplado con un par de terminales de salida, y un eje de generador operativo para modificar la interacción electromagnética de la bobina de campo (F) y el devanado cuando el eje gira, incluyendo dicho método:

(a) generar una señal de velocidad indicativa de la velocidad rotacional del eje de generador;

(b) generar una señal de corriente de campo indicativa de corriente de campo media de la bobina de campo del generador (F);

(c) generar una señal de par de entrada en respuesta a las señales de velocidad y corriente de campo, siendo dicha señal de par de entrada indicativa del par aplicado al eje de generador; caracterizándose el método por

(d) reducir la corriente media de la bobina de campo en la bobina de campo del generador (F) cuando la señal de par de entrada es indicativa de par de entrada excesivo.

3. Un supervisor de generador adaptado para uso con un generador eléctrico incluyendo una bobina de campo (F), un devanado acoplado con un par de terminales de salida, y un eje de generador operativo para modificar la interacción electromagnética de la bobina de campo (F) y el devanado cuando el eje gira, incluyendo el supervisor de generador:

un tacómetro (42), sensible al generador y operativo para generar una señal de velocidad indicativa de la velocidad rotacional del eje de generador;

un supervisor de corriente (46) operativo para generar una señal de corriente de campo indicativa de la corriente de campo media de la bobina de campo del generador (F); y

un elemento de procesado (34) sensible a las señales de velocidad y corriente de campo y operativo para generar una señal de potencia de entrada indicativa de la potencia requerida para accionar el eje de entrada; caracterizándose el supervisor de generador por

un controlador (38) sensible a la señal de potencia de entrada y operativo para reducir la corriente media en la bobina de campo del generador (F) cuando la señal de potencia de entrada es indicativa de la potencia de entrada excesiva.

4. Un método para supervisar un generador eléctrico incluyendo una bobina de campo (F), un devanado acoplado con un par de terminales de salida, y un eje de generador operativo para modificar la interacción electromagnética de la bobina de campo (F) y el devanado cuando el eje gira, incluyendo dicho método:

(a) generar una señal de velocidad indicativa de la velocidad rotacional del eje de generador;

(b) generar una señal de corriente de campo indicativa de la corriente de campo media de la bobina de campo del generador (F);

(c) generar una señal de potencia de entrada en respuesta a las señales de velocidad y corriente de campo, siendo dicha señal de potencia de entrada indicativa de la potencia aplicada al eje de generador; caracterizándose el método por

(d) reducir la corriente media de la bobina de campo en la bobina de campo del generador (F) cuando la señal de potencia de entrada es indicativa de la potencia de entrada excesiva.

5. El generador de la reivindicación 1 incluyendo además:

un sensor de voltaje operativo para generar una señal de voltaje indicativa de voltaje en uno de los terminales de salida del generador; y

un segundo elemento de procesado (34) sensible a las señales de corriente de salida y voltaje y operativo para generar una señal de potencia de entrada indicativa de la potencia aplicada al generador.

6. El generador de la reivindicación 5, donde el controlador (38) es operativo además para reducir la corriente media de la bobina de campo del generador (F) cuando la señal de potencia de entrada es indicativa de la potencia de entrada excesiva.