Регулятор напряжения для электрических машин

Регулятор напряжения для электрических машин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >902196 (6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.11.79 (21) 2843080/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.э

Н 02 P 9/30

Гооударствеииый ионитет

Опубликовано 30.01.82. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 05.02.82 (53) УДК 629.113. .064:621.316. .722 (088.8) ио делан изобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

В. И. Сорокин, В. Н: Кондратьев и Ю. Е. Нн еов — — — —, . 1

1 ь ! E

Ъ

Калужский завод автомотоэлектрооборудования им. 60-летия Октября (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАШИН

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования тока возбуждения электрических машин, преимущественно для автотракторных генераторных установок.

Известны регуляторы напряжения для электрических машин, содержащие последовательно соединенные между собой измерительный орган, промежуточный усилитель и усилитель мощности, соединенный последовательно с аккумуляторной батареей (1).

Недостатком данного регулятора является низкий КПД и невысокое качество регулирования напряжения. Это вызвано тем, что усилитель генератора не имеет внутренней положительной обратной связи, форсирующей переключение транзисторов, это приводит к плохим фронтам переключения и значительным потерям на транзисторах.

Кроме того, частота коммутации транзисторов меняется в зависимости от режима работы генератора.

Известны регуляторы напряжения для электрических машин, которые в своем составе содержат генератор тактовых импульсов, задающий постоянную частоту переключений а усилитель мощности выполнен на транзисторном ключе с токовой положительной обратной связью, выполненной на специальном трансформаторе (2).

Недостатком этого устройства является конструктивная сложность и необходимость использования трансформатора, что увеличивает его стоимость и значительные трудности в изготовлении, особенно в массовом производстве.

Наиболее близким к изобретению являет1о ся регулятор напряжения для электрических машин, содержащий измерительный орган, вход которого подключен к выходу электрической машины, а выход соединен с базой транзистора промежуточного усилителя, эмиттер которого соединен с плюсовой шиной питания, а коллектор — через резистор с минусовой шиной питания, и транзистор выходного усилителя мощности, эмиттер которого также соединен с плюсовой-шиной питания, а коллектор подключен к одному из о выводов обмотки возбуждения генератора, другой вывод которой соединен с минусовой шиной питания, при этом между коллектором выходного транзистора и базой транзистора промежуточного усилителя включен резистор (3) .

902196

Недостатком этого регулятора является плохое качество электроэнергии в системе электроснабжения, плохой КПД и низкая надежность.

Из-за релейного принципа действия регулятора в системе электропитания имеют место значительные пульсации регулируемого напряжения, частота которых зависит от нагрузочно-скоростного режима генератора и изменяется в пределах от 10 — 15 Гц до

1500 — 2000 Гц. Данное обстоятельство приводит к существенному снижению показателей качества регулирования напряжения в системе электропитания, выражающемуся, например, в мигании света фар автотракторных средств, а также к усложнению схем питания электронных устройств-потребителей и к увеличению их веса и габаритов.

Кроме того, из-за отсутствия в схеме элементов, обеспечивающих форсированное запирание и отпирание транзистора, в коллекторную цепь которого включена обмотка возбуждения генератора, указанный регулятор имеет низкие энергетические показатели. Одноврем нно с этим в регуляторе при коротком замыкании в цепи обмотки возбуждения выходной транзистор выходит из строя из-за теплового пробоя эмиттерно-коллекторного перехода. Все указанное приводит к низкой надежности регулятора напряжения и всей энергосистемы в целом.

Цель изобретения — повышение качества электроэнергии, КПД и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены динистор, два конденсатора и стабилитрон, причем катод динистора соединен с коллектором транзистора выходного усилителя мощности, а анод динистора — с минусовой шиной питания, один из конденсаторов включен параллельно резистору, установленному между коллектором выходного транзистора и базой транзистора промежуточного усилителя, а другой конденсатор и стабилитрон соединены параллельно между собой, анод стабилитрона соединен с коллектором транзистора промежуточного усилителя, а катод — с базой выходного транзистора усилителя мощности.

На чертеже приведена принципиальная схема регулятора напряжения., Регулятор напряжения состоит из измерительного органа, выполненного на резисторах 1 и 2, образующих входной делитель напряжения, резисторе 3 и стабилитроне 4, образующих другое плечо моста измерительного органа, и транзистора 5, включенного в диагональ моста измерительного органа между общей точкой соединения резисторов 1 и 2 и точкой соединения катода стабилитрона 4 и резистора 3. Выводы резисторов 1 и 2 являются входом измерительного органа и подключаются на регулируемое напряжение. Коллектор транзистора 5 через резистор 6 соединен с базой транзистора 7 промежуточного усилителя.

<е

1s

И зе

35 ао и

Se

4

Транзистор 7 промежуточного усилителя и транзистор 8 выходного усилителя мощности в данном регуляторе образуют импульсный автогенератор, который образован резисторами 9 и 10, соединенными с транзистором 7, резистором 11 обратной связи, включенным между коллектором транзистора 8 и базой транзистора 7, а также резистором

12, соединенным с плюсовой шиной питания.

Конденсатор 13 включен параллельно резистору 11. Между коллектором транзистора

7 и базой транзистора 8 включена цепочка из параллельно соединенных конденсатора

14 и стабилитрона 15. Динистор 16 включен параллельно обмотке 17 возбуждения, генератора 18, якорные обмотки которого соединены с выпрямителем 19, образуя выход энергосистемы, к KoTopoMv подключены аккумуляторная батарея 20 и нагрузка 21.

Выводы выпрямителя 19, в частном случае, являются одновременно и шинами питания регулятора, но в общем случае это может быть и отдельный источник питания.

Регулятор напряжения для электрических машин работает следующим образом.

При подключении аккумуляторной батареи к шинам питания регулятора пробивается стабилитрон 4, но управляющий транзистор 5 оказывается закрытым, так как величины резисторов 1 и 2 делителя напряжения выбирают такими, чтобы в указанный момент времени потенциал базы транзистора 5 был ниже потенциала катода открытого стабилитрона 4. Благодаря закрытому состоянию транзистора 5, оказывается закрытым и транзистор 7, так как ток в цепи его базы отсутствует. В связи с этим напряжение на коллекторе транзистора 7 максимально, что вызывает пробой стабилитрона 15 и отпирание транзистора 8. Конденсатор 14, включенный параллельно стабилитрону 15, способствует форсированному отпиранию транзистора 8. В результате этого по обмотке 17 возбуждения начинает протекать ток максимально возможной величины, что вызывает быстрое увеличение напряжения генератора

18, а следовательно, и увеличение напряжения на зажимах аккумуляторной батареи 20, соединенных с шинами питания регулятора.

При приближении величины регулируемого напряжения к номинальному значению напряжение на резисторе 1 начинает отпирать транзистор 5 и в цепи базы транзистора 7 автогенератора возникает ток. Транзистор 7 открывается, в результате чего напряжение на его коллекторе начинает уменьшаться.

При использовании в схеме маломощных высокочастотных транзисторов 5 и 7 с достаточно большими коэффициентами усиления тока базы скорость уменьшения напряжения на коллекторе транзистора 7 велика. Это приводит к быстрому запиранию стабилитрона 15 и форсированному запиранию транзистора 8, так как в рассматриваемый момент времени конденсатор 14 оказывается заряженным полюсом к базе указанного

Формула изобретения

9021 транзистора и формирует в ней запирающий импульс тока. Ток в цепи коллектора транзистора 8 резко уменьшается, а на обмотке

17 возбуждения возникает ЭДС, самоиндукции, приложенная плюсом к аноду динистора 16, а минусом — к его катоду. В связи с тем, что индуктивность обмотки возбуждения велика, а собственная емкость мала, ско рость нарастания ЭДС очень высока. При определенном значении ЭДС,равном напряжению включения динистора, последний открывается и ограничивает амплитуду перед- 10 него фронта импульса, длительность которого определяется постоянной времени обмотки возбуждения. Через форсирующий конденсатор 13 импульс прикладывается к базе транзистора 7 и способствует его еще большему отпиранию. После того, как ампли тудa импульса ЭДС на обмотке возбуждения упадет до нуля, конденсатор 13 оказывается заряженным плюсом к базе транзистора 7, что вызывает его быстрое запирание. Увеличение напряжения на коллекторе транзисто- гО ра 7 приводит к отпиранию транзистора 8, в результате чего по цепи обмотки 17 возбуждения .начинает протекать ток. Длительность времени протекания тока в цепи обмотки возбуждения в рассматриваемом случае работы схемы автогенератора определяется

25 постоянной времени цепочки, образованной резистором 11 и конденсатором 13, и током коллекторно-эмиттерной цепи управляющего транзистора 5. Так как постоянная времени указанной КС-цепочки есть величина постоянная, то очевидно, что длительность импульса тока в цепи обмотки возбуждения зависит только от величины тока управления.

Действительно, в процессе разряда конденсатора 13 на резистор 11 отпирание транзистора 7 произойдет тем быстрее, чем больше З5 ток в коллекторно-эмиттерной цепи управляющего транзистора-5 и наоборот. После разряда конденсатора 13 до определенного уровня транзистор 7 открывается, а транзистор 8 закрывается. Опять на обмотке возбуждения формируется импульс ЭДС самоиндукцин 4О постоянной амплитуды и длительности и так далее. Таким образом, mph определенных значениях тока в эмиттерно-коллекторной цепи управляющего транзистора в схеме автогенератора возникает устойчивый колебательный процесс. При этом период следования импульсов формируется из неизменного времени существования ЭДС. самоиндукции на обмотке 17 возбуждения и времени разряда конденсатора 13, зависящего от тока управляющего элемента. В результате это- у» го коэффициент заполнения вырабатываемой генератором импульсной последовательности является функцией тока управляющего элемента.,Параметры элементов схемы и ток управления в цепи базы транзистора 7 подбирают так, чтобы среднее значение импульсного тока, протекающего по обмотке 17 возбуждения, было, например, обратно пропорционально величине сигнала рассогласова96

6 ния, вырабатываемого измерительным органом. Рассмотренный автоколебательный режим работы автогенератора имеет место при относительно медленных изменениях регулируемого напряжения, вызываемых, например, изменением скорости режима работы генератора. В том случае, когда велйчина регулируемого напряжения увеличивается скачком, например, при отключении нагрузки ток в эмиттерно-коллекторной цепи управляющего транзистора также резко увеличивается и теперь уже положительный потенциал конденсатора 13 оказывается не достаточным для запирания транзистора 7. Схема устанавливается в состояние, при котором транзистор 7 открыт, а транзистор 8 заперт. Ток в цепи обмотки возбуждения равен нулю, и напряжение генератора 18 начинает быстро понижаться. При достижении регулируемым напряжением определенного уровня, несколько меньшего номинального, ток в эмиттерно-коллекторной цепи управляющего транзистора падает до значения, при котором транзистор 7 закрывается. Далее схема автогенератора опять переходит в рассмотренный выше автоколебательный режим, обеспечивающий резкое снижение пульсаций регулируемого напряжения.

Введение обмотки 17 возбуждения в схему автогенератора способствует существен- ному повышению КПД регулятора, так как благодаря формированию импульсов ЭДС самоиндукции с крутыми фронтами резко снижается время перехода транзистора 8 из открытого состояния в закрытое.

Кроме того, данный регулятор напряжения имеет и повышенную надежность в аварийном режиме короткого замыкания обмотки возбуждения генератора. Действительно, при коротком замыкании обмотки возбуждения благодаря наличию форсирующего конденсатора 13 в цепи базы транзистора 7 возникает отпирающий импульс тока с крутым передним фронтом. Напряжение на коллекторе указанного транзистора резко падает, что обеспечивает быстрое запирание транзистора 8, предотвращая, тем самым, разрушение его коллекторно-эмиттерного перехода. Благодаря тому, что стабилитрон 15 в рассматриваемом случае также закрывается, транзистор 8 будет надежно заперт до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание обмотки возбуждения. После устранения короткого замыкания автогенератор будет работать в одном из описанных выше трех режимов в зависимости от величины регулируемого напряжения.

Регулятор напряжения для электрических машин, содержащий измерительный орган, вход которого подключен к выходу электрической машины, а выход соединен с базой транзистора промежуточного усилителя, 902196

7 эмиттер которого соединен с плюсовой шиной питания, а коллектор через резистор— с минусовой шиной питания, и транзистор выходного усилителя мощности, эмиттер которого соединен с плюсовой шиной питания, а коллектор подключен к одному из выводов обмотки возбуждения генератора, другой вывод которой соединен с минусовой шиной питания, между коллектором выходного транзистора и базой транзистора промежуточного усилителя включен резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии, КПД и надежности, дополнительно введены динистор, два конденсатора и стабилитрон, причем катод динистора соединен с коллектором транзистора выходного усилителя мощности, а анод динистора — с минусовой шиной питания, один из конденсаторов включен параллельно резистору, установленному между коллектором выходного транзистора и базой транзистора промежуточного усилителя, а другой конденсатор и стабилитрон соединены параллельно между собой, причем анод стабилитрона соединен с коллектором транзистора промежуточного усилителя, а катод — с базой выходного транзистора усилителя мощности.

Источники информации, 10 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 213149, кл. Н 02 P 9/30, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР № 412663, кл. Н 02 P 9/30, 1972.

3. Кулебакин В. С. и др. Полупроводники в автоматике. М., «Академия наук СССР»

1963, с. 90, рис. 63.

Составитель А Лебедев

Редактор М. Янович Техред А. Бойкас Корректор А. Гриценко

Заказ 12414/68 Тираж 7! 8 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