АНАЛОГОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02P9/30 H02J7/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электроснабжения транспортных средств с повышенными требованиями к качеству электроэнергии.

Известен угольный регулятор напряжения в котором для повышения точности регулирования якорь электромагнита имеет профиль, очерченный по кривой, позволяющий компенсировать реакцию угольного столба, и крепится на четырех плоских пружинах, расположенных попарно и взаимно перпендикулярно так, что линия пересечения двух пар плоских пружин является осью вращения якоря [1] .

Недостатком данного регулятора является пониженное качество электроэнергии при переходных процессах, вызванное инерционностью управляющего электромагнита из-за наличия большой индуктивности его обмотки, а также из-за нестабильности параметров угольного столба. Кроме того, угольный регулятор обладает недостаточной надежностью в работе и повышенными массогабаритными показателями.

Наиболее близким техническим решением является бесконтактный полупроводниковый регулятор напряжения, содержащий измерительный мост, элемент сравнения, ключевой усилитель, выходной каскад и цепочки положительный и отрицательной обратной связи, причем выходной каскад выполнен по схеме составного транзистора и включен последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора, а цепочки обратной связи обеспечивают дискретный режим работы транзисторов регулятора [2] .

Недостатком данного регулятора является повышенная пульсация выходного напряжения, вызванная дискретным способом управления током возбуждения генератора. Вследствие наличия индуктивности обмотки возбуждения и статорных обмоток генератора система регулятор - генератор обладает значительной инерционностью, что приводит к колебаниям выходного напряжения относительно регулируемой величины, особенно значительным при отсутствии аккумуляторной батареи. Пульсация не может быть существенно снижена путем увеличения частоты переключений силового транзистора и зависит от частоты вращения и нагрузки генератора.

Изобретение направлено на улучшение качества электроэнергии и снижение уровня радиопомех генераторных установок транспортных средств.

Это достигается тем, что в регулятор введены источник опорного напряжения, подключенный к базе регулирующего транзистора, и цепочка частотозависимый обратной связи, подключенная между базой и коллектором силового транзистора, а измерительное звено подключено к эмиттеру регулирующего транзистора.

На чертеже представлена электрическая схема регулятора напряжения.

Регулятор напряжения содержит измерительное звено 1, подключенное между собой "плюсовым" и "минусовым" проводами регулятора регулирующий транзистор 7, эмиттер которого подключен к средней точке измерительного звена, база - к источнику опорного напряжения и гасящему резистору, коллектор - к "плюсовому" проводу регулятора, силовой транзистор 8, база которого подключен к коллектору регулирующего транзистора 7, эмиттер - к "плюсовому" проводу регулятора, а коллектор - к шунтовой клемме "Ш" регулятора, источник опорного напряжения 6, подключенный между базой регулирующего транзистора и "минусовым" проводом регулятора, и цепочку 9 частотозависимой обратной связи, подключенную между коллектором и базой силового транзистора 8. Обмотка возбуждения синхронного генератора 14 подключается между клеммой "Ш" и "минусовым" проводом регулятора.

Регулятор работает следующим образом.

При подаче на клемму "+", соединенную через выключатель 12 с клеммами "+" генератора 14 и аккумуляторной батареи 13, напряжения питания к базе регулирующего транзистора 7 подводится напряжение, равное опорному напряжению источника опорного напряжения 6, а напряжение U_э7, подводимое к эмиттеру этого транзистора, определяется выражением:
U_э7= (U_рег-U_VD2) R₄/(R₃+R₄), где U_рег - напряжение, поддерживаемое регулятором;
ΔU_VD2 - падение напряжения на диоде 2;
R₃, R₄ - сопротивление резисторов 3 и 4 соответственно.

Напряжение U_б<196>э7между базой и эмиттером транзистора 7 можно определить из выражения:
U_б<196>э7= U_оп+(ΔU_VD2-U_рег)R₄/(R₃+R₄) где U_оп - опорное напряжение источника опорного напряжения 6.

При неработающем генераторе напряжения U_б<196>э7 лежит в пределах 0,50-0,65 В, транзистор 7 открыт. При этом открывается силовой транзистор 8, и по обмотке возбуждения генератора протекает ток, ограниченный активным сопротивлением обмотки возбуждения и сопротивлением коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 8. При вращении ротора генератора 14 от базового двигателя транзисторного средства магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, наводит в обмотках статора ЭДС и при достижении ее величины уровня, превышающего напряжение аккумуляторной батареи 13, генератор будет отдавать ток для подзаряда батареи и во внешнюю нагрузку. При дальнейшем увеличении частоты вращения генератора его напряжение достигнет регулируемой величины и приведет к возрастанию напряжения, приложенного к эмиттеру транзистора 7. Напряжение U_б<196>э7 начнет уменьшаться, что приведет к плавному увеличению сопротивления его коллекторно-эмиттерного перехода. Соответственно увеличится сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 8, что приведет к уменьшению тока через обмотку возбуждения генератора 14. Уменьшение тока возбуждения вызовет уменьшение магнитного потока и, как следствие, уменьшение выходного напряжения генератора и поддержание его на уровне регулируемой величины. При уменьшении напряжения генератора (например, при возрастании нагрузки) напряжение возрастает, что приводит к уменьшению сопротивления коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 7 и транзистора 8 соответственно. Так как ток возбуждения изменяется плавно, отпадает необходимость в шунтирующем диоде, применяемом в дискретных регуляторах.

Ток через обмотку возбуждения возрастает, увеличивая тем самым магнитный поток и напряжение генератора. Регулятор напряжения не имеет входного фильтра и реагирует на изменение напряжения генератора в виде пульсаций выпрямленного напряжения. Однако обмотка возбуждения генератора, обладая большой индуктивностью, является фильтром и пульсации выпрямленного напряжения не оказывают влияния на величину регулирующего напряжения. Для устранения возбуждения силового транзистора и обеспечения его работы на прямолинейном участке выходной характеристики силовой транзистор охвачен частотозависимой отрицательной обратной связью на элементах 10 и 11, которая работает следующим образом.

При работе генератора на режимах, близких к холостому ходу, для поддержания минимального тока возбуждения транзистор 8 находится в режиме, близком к режиму отсечки, и из-за наличия в выходном напряжении генератора пульсаций, вызванных работой выпрямительного блока и большого коэффициента усиления силового транзистора, происходит высокочастотное возбуждение транзистора 8 и переход его в режим отсечки. Для устранения этого явления переменная составляющая напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, подается на базу транзистора 8 через конденсатор 10, уменьшая тем самым коэффициент усиления транзистора 8, и возвращает его на прямолинейный участок рабочей характеристики. Резистором 11 производится установка глубины обратной связи.

Таким образом, работа транзисторов регулятора в активном режиме позволяет плавно изменять ток, протекающий по обмотке возбуждения, пропорционально изменению выходного напряжения генератора и исключает пульсацию выходного напряжения, обусловленную дискретным изменением тока возбуждения генератора, что уменьшает общую пульсацию выходного напряжения генератора, снижает уровень радиопомех, создаваемых генераторной установкой.

Кроме того, работа регулятора в активном режиме уменьшает время протекания переходных процессов при коммутации внешней нагрузки за счет малой инерционности регулятора напряжения. Термокомпенсация регулятора достигается применением транзисторов разных структур (n-p-n и p-n-p), термокомпенсированного стабилитрона и диода.

Отсутствие в схеме регулятора низкоомных резисторов и конденсаторов большой емкости позволяет создать конструкцию регулятора в интегральном исполнении. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 87740, кл. H 02 P 9/22, 1964.

2. Брюханов А. Б. Электронные устройства автомобиля. -М. : Транспорт, 1988, с. 25-26.

Использование: в генераторных установках транспортных средств. Сущность: в аналоговый регулятор напряжения, состоящий из измерительного звена 1, регулирующего 7 и силового 8 транзисторов, источника 6 опорного напряжения на стабилитроне, введена цепочка 9 частотозависимой обратной связи. Источник 6 опорного напряжения подключен к базе регулирующего транзистора 7, измерительное звено 1 - к его эмиттеру, а цепочка обратной связи подключена между базой и коллектором силового транзистора 8, что позволяет изменить режим работы транзисторов регулятора с дискретного на аналоговый, а следовательно, улучшить качество электроэнергии и снизить радиопомехи. 1 ил.

АНАЛОГОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ для синхронного генератора, содержащий измерительное звено, подключенное между плюсовым и минусовым проводами регулятора напряжения, регулирующий транзистор, коллектор и база которого подключены к плюсовому проводу регулятора напряжения, силовой транзистор, база которого подключена к коллектору регулирующего транзистора, эмиттер - к плюсовому проводу регулятора, коллектор - к шунтовой клемме регулятора, и источник опорного напряжения, одним выводом подключенный к базе регулирующего транзистора, отличающийся тем, что в регулятор введена цепочка частотозависимой обратной связи, подключенной между базой и коллектором силового транзистора, эмиттер регулирующего транзистора подключен к средней точке измерительного звена, другой вывод источника опорного напряжения подключен к минусовому проводу регулятора.