Устройство для регулирования напряже-ния электромашинных генераторов по-стоянного toka

Устройство для регулирования напряже-ния электромашинных генераторов по-стоянного toka

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

И ЗОЬРЕТЕН ИЯ

<„,817967

Союз Советск ми

Соцмалистимескмк республмк

К АВТОРСКОМУ СВИ ТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.07.73 (21) 1948098/07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

Н 02 P 9/30

Геаударстееиеый комитет

СССР иа аеием изооретеиий и открытий

Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 05.04.81 (53) УДК 621.313. .12.024.07 (088.8) А. Н. Кулик (72) Автор изобретения

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования напряжения электромашинных генераторов постоянного тока, при изменениях скорости вращения генераторов постоянного тока и различной по характеру и величине нагрузки в пределах соответствующих диапазонов регулирования током возбуждения.

Известны полупроводниковые регуляторы напряжения для генераторов постоянного напряжения, работающие в релейном двухпозиционном режиме и содержащие регулирующий орган на транзисторах, изме.рительный орган в виде однокаскадного усилителя постоянного тока на стабилитро не, резисторах и транзисторах и элементы, обеспечивающие надежное запирание транзисторов регулирующего органа. Подобные регуляторы имеют добавочный регулируемый ускоряющий резистор или дифференцирующую цепочку из емкости и резистора (1)..

Однако ввиду сравнительно небольшого коэффициента усиления измерительного органа этих регуляторов не удается получить достаточно малую амплитуду и достаточно большую частоту автоколебаний напряжения в регулируемых системах генератор постоянного напряжения — потребитель электроэнергии.

Указанный недостаток устраняется в регуляторах напряжения, выполненных - на транзисторах и включающих в себя дифференциальный усилитель.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования напряжения электрома10 шинных генераторов постоянного тока, содержащее измерительный орган в виде нелинейного моста на стабилитронах и резисторах, дифференциальный усилитель и регулнрующий транзисторный орган с управляющим транзистором, подключенным к дифференциальному усилителю (2).

Однако в данном регуляторе отсутствуют условия активного (надежного) запирания управляющего транзистора, так как сигнал управления этим транзисторрм снимается с выхода дифференциального усилителя и формируется относительно общего минуса системы, . к которому подключен эмиттер управляющего транзистора. Поэто817967 му независимо от полярности входного дифференциального сигнала усилителя сигнал управления всегда однополярный — положительный, что, как известно, приводит к неполному запиранию управляющего транзистора, вследствие чего ухудшаются энергетические соотношения регулятора, которые являются одним из основных качественных показателей импульсных устройств. Отмеченный фактор также снижает надежность регул я тор а н а п ряжения.

Цель изобретения — повышение надежности регулятора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что эмиттер и база управляющего транзистора соответственно подключены к прямому и инвертирующему выходам дифференциального усилителя.

На чертеже принципиальная электрическая схема предлагаемого регулятора представлена.

Регулятор напряжения содержит измерительный орган, состоящий из источника эталонного напряжения — стабилитронов 1 и 2, балластного резистора 3 и делителя напряжения на резисторах 4 — 6. Резистор 5 берется переменным для вывода регулятора в рабочую точку с необходимым напряжением при настройке. В устройство входят также дифференциальный усилитель на двух транзисторах 7 и 8, в цепях коллекторов которых включены резисторы 9 и 10 одинаковой величины, резистор 11, включенный в общую цепь эмиттеров транзисторов

7 и 8 и стабилизирующий рабочий режим усилителя, конденсатор 12, шунтирующий резистор 11 и устраняющий влияние отрицательной обратной связи через резистор 11 по высокочастотным составляющим токов эмиттеров. Усилитель подключен базами транзисторов 7 и 8 к выходам измерительного органа. Выходной сигнал усилителя снимается с коллекторов транзисторов 7 и 8.

Управляющий п-р-и транзистор 13 эмиттером и коллектором включен в цепь делителя напряжения на резисторах 10 и 14 так, что коллектор подключен к точке съема напряжения управления, а эмиттер — к коллектору транзистора 8, на базу которого подается сигнал с выхода делителя напряжения измерительного органа. База транзистора 13 подключена ко второму выходу усилителя — коллектору транзистора 7. Управляющий транзистор выполняет роль ключа, преобразующего выходной знакопеременный сигнал дифференциального усилителя в закрытое или открытое состояние транзистора 13. При этом разрывается или замыкается цепь делителя напряжения на резисторах 10 и 14. Регулирующий транзисторный орган расположен на тройном составном транзисторе 15 — 17. В цепь коллектора силового транзистора 17 включена обмотка 18 возбуждения генератора 19. Коллекторы транзисторов 15 и.-16 соединены с общей минусовой шиной через резисторы

20 и 21 соответственно. Стабилитрон 22 совместно с шунтирующим его конденсатором 23 включены в цепь базы транзистора

15 для обеспечения форсировки переключения составного транзистора 15 — 17 из одного состояния в другое и наоборот. Переменный резистор 24 включен в цепь базы транзистора 15 для настройки необходимого безопасного режима составного транзистора по входному базовому току. Регулирующий орган поддерживает необходимое среднее значение тока в обмотке возбуждения и тем самым стабилизирует среднее значение напряжения в системе.

Резистор 25 совместно с резистором 26 обеспечивает надежное запирание составного транзистора 15 — 17 в нужные моменты времени при работе регулятора. Обратный диод 27 шунтирует обмотку 18 возбуждения с целью снятия перенапряжения зо между коллектором и эмиттером транзистора 17 при его запирании. Наличие остаточной ЭДСгенератора постоянного напряжения порядка 0,3 — 1 В достаточно, чтобы выходной сигнал измерительного органа был достаточно усилен дифференциальным усилителем. При этом выходной сигнал усилителя здесь и далее напряжение база— эмиттер транзистора 13, положителен, так как усилитель йнвертирует входной сигнал (напряжение между базами транзисторов

7 и 8), который отрицателен. Поэтому выЗо ход усилителя на коллекторе транзистора 7 именуется инвертирующим, а выход на коллекторе транзистора 8 именуется инвертирующим, а выход на коллекторе транзистора 8 — прямым. Под действием положитель35 ного сигнала транзистор 13 обратной проводимости находится в активной области и тем самым замыкает цепь делителя напряжения на резисторах 10 и 14.

Сигнал управления составным транзистором 15 — 17, снимаемый с упомянутого

4о делителя напряжения, открывает его, уменьшая выходное сопротивление транзистора

17. Цепь обмотки 18 возбуждения замыкается и тем самым обеспечиваются условия самовозбуждения генератора 19 поетоянного напряжения, так как через обмотку 18

45 возбуждения начинает протекать ток возбуждения, который вызывает увеличение напряжения генератора постоянного напряжения. Процесс самовозбуждения протекает непрерывно. Напряжение при этом нарастает, и при определенной величине его управляющий транзистор 13 входит в насыщение, после чего под действием возросшего управляющего напряжения, снимаемого с резистора 14, составной транзистор 15 — 17 также входит в насыщение и его выходное сопротивление уменьшается практически до нуля. Сопротивление резистора 25 мало, поэтому все напряжение генератора прилагается к обмотке возбужде5 ния, в резулЬтате чего происходит форсировка процесса самовозбуждения, при которой скорость увеличения напряжения зависит только от параметров генератора.

В дальнейшем, при определенном значении напряжения, выходной сигнал измерительного органа изменяет полярность (становится положительным) и очень небольшой

его величине соответствует достаточно большой выходной отрицательный сигнал усилителя, под действием которого управляющий транзистор 13 форсированно и надежно запирается. Цепь управляющего делителя размыкается и составной транзистор

15 — 17 также форсированно запирается, при этом происходит надежное запирание за счет наличия запирающего напряжения необходимой величины на резисторе 25. Происходит также безразрывная коммутация цепи обмотки возбуждения, так как под действием возникающей ЭДС самоиндукции ток возбуждения замыкается в цепь диода

27. С этого момента времени ток возбуждения экспоненциально спадает, соответственно уменьшается и напряжение. Выходной сигнал измерительного органа также уменьшается и, достигнув определенного отрицательного значения, вызывает переключение транзистора 13 в состояние насыщения, которое происходит под действием положительного усиленного выходного сигнала дифференциального усилителя.

Управляющее напряжение на резисторе

14 скачком принимает отрицательное значение и происходит переключение составного транзистора в состояние насыщения. Далее процесс самовозбуждения генератора и нарастания напряжения повторяется. В системе устанавливается устойчивый процесс автоколебаний напряжения относительно средней регулируемой величины. Амплитуда автоколебаний определяется чувствитель-. ностью регулятора, т. е. теми значениями отклонения напряжения относительно среднего значения, при которых происходит переключение составного транзистора 15 — 17, и в основном зависит от коэффициента усиления дифференциального усилителя, который, как известно, обеспечивает большой коэффициент усиления по сравне каскадными усилителями постоянного тока.

При подключении (отключении) потребителей электроэнергии напряжение системы скачком уменьшается (увеличивается) под действием возникающей ЭДС самоиндукции цепи якоря генератора 19. При этом возникают . сигналы рассогласования, под действием которых происходит соответственно насыщение или запирание составного транзистора 15 — 17. Указанный процесс протекает очень быстро, поскольку быстро

817967

6 действие транзисторов велико. Затем процесс возбуждения (развозбуждения) системы и возвращение к установившемуся режиму автоколебаиий повторяются.

Аналогичные процессы происходят и при резком сбросе (набросе) скорости вращения генератора 19.

Поскольку регулятор обладает высокой чувствительностью, он реагирует на небольшие высокочастотные пульсации напряжения, например коллекторные высокочастотные пульсации, что приводит к ненужным дополнительным переключениям управляющего и регулирующего транзисторов. Это приводит также к дополнительному нагреву упомянутых транзисторов, поэтому устранение вредного влияния высокочастотных пульсаций может быть достигнуто подключением небольшой емкости между коллекторами транзисторов 7 и 8. Резисторы 20 и 21 обеспечивают условия насыщения транзис. торов 15 †!7. Вместо резистора 25 целесообразно использовать полупроводниковый диод, что позволяет в широком диапазоне изменить ток возбуждения и стабилизировать величину запирающего напряжения за счет нелинейности характеристики диода. Отмеченный фактор улучшает энерге25 тические соотношения регулятора.

При использовании предлагаемого устройства улучшаются условия запирания управляющего транзистора. 3 результате чего уменьшаются энергетические потери

30 (потери мощности) при переключении и в состоянии запирания упомянутого транзистора, что повышает надежность регулятора и соответственно увеличивает область его применения.

" Формула изобретения

Устройство для регулирования напряжения электромашинных генераторов постоянного тока, содержащее измерительный ор40 ган в виде нелинейного моста на стабилитронах и, резисторах, дифференциальный усилитель и регулирующий транзисторный ляющим .т анзисто ом подди еренциальному усилителю,. отличающееся тем, что, с целью повы45 шения надежности устройства, эмиттер и база управляющего транзистора подсоединены к прямому и инвертирующему выходам дифференциального усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-1. Авторское свидетельство СССР № 237231, кл. Н 02 D 9/30, 1969.

2. Патент США № 3023354, кл. 322-25, 1962 (прототип).

817967

Составитель В. Круглова

Редактор М. Мнтровка Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга

Заказ 1023/77 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4