РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2005 года по МПК H02P9/30 H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулирования напряжения электрических генераторов постоянного тока, преимущественно для генераторных установок автономных систем энергоснабжения.

Известен реле-регулятор Р15М-3С для электрического генератора постоянного тока, выпускаемый ОАО "Электромашина", содержащий измерительный орган УР-45, реле самовозбуждения Р6, аппарат комплексный ДМР, транзисторный ключ, выполненный на транзисторах Т1...Т3 и резисторах R7, R11, устройство защиты от повышенного напряжения, выполненное на реле Р3...Р5, резисторах R2, R3, R5, R6, диоде Д11 и стабилитроне Д12. Плюсовая шина реле-регулятора через плавкий предохранитель Пр8 соединена с выводом "+Я", предназначенным для подключения к плюсовому выводу генератора постоянного тока. Минусовая шина реле-регулятора соединена с выводом Ш2:2, предназначенным для подключения к минусовым выводам генератора постоянного тока и обмотки возбуждения. Вход измерительного органа включен между плюсовой и минусовой шинами, а выход соединен с входом транзисторного ключа, плюсовой силовой вывод которого подсоединен к плюсовой шине, а минусовой силовой вывод - к выводу Ш2:3, предназначенному для подключения к плюсовому выводу обмотки возбуждения. Устройство защиты от повышенного напряжения включено между минусовым силовым выходом транзисторного ключа и минусовой шиной [1].

Недостатком такого реле-регулятора является отсутствие защиты схемы реле-регулятора при коротком замыкании плюсового вывода генератора постоянного тока на плюсовой вывод обмотки возбуждения. После срабатывания защиты от повышенного напряжения и выгорания предохранителя Пр8, под повышенным напряжением самовозбуждения генератора постоянного тока до 70 В остается вся схема реле-регулятора, включая транзисторный ключ, измерительный орган, ДМР, устройство защиты от повышенного напряжения, что приводит к выходу из строя всей схемы, рассчитанной на работу при напряжении до 29 В.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является регулятор напряжения генератора постоянного тока, содержащий плюсовую шину, соединенную через плавкий предохранитель с первым выводом регулятора напряжения, предназначенным для подключения к плюсовому выводу генератора постоянного тока, минусовую шину, соединенную со вторым выводом регулятора напряжения, предназначенным для подключения к минусовому выводу генератора постоянного тока и первому выводу обмотки возбуждения генератора постоянного тока, измерительный орган напряжения, вход которого включен между плюсовой и минусовой шинами, а выход соединен с входом транзисторного ключа, плюсовой силовой вывод которого подсоединен к плюсовой шине, а минусовой силовой вывод - к аноду первого разделительного диода, катодом подключенного к третьему выводу регулятора напряжения, предназначенному для подключения ко второму выводу обмотки возбуждения генератора постоянного тока, реле самовозбуждения, первый вывод обмотки управления которого подключен к минусовой шине, а второй вывод связан с плюсовой шиной, причем его размыкающий контакт включен через первый ограничительный резистор между плюсовой шиной и катодом первого разделительного диода, гасящий диод, подключенный катодом к катоду первого разделительного диода, а анодом - к минусовой шине, блок защиты от повышенного напряжения, вход которого включен между анодом и катодом гасящего диода, выходной замыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения, второй разделительный диод и второй ограничительный резистор, причем связь второго вывода обмотки управления реле самовозбуждения с плюсовой шиной осуществлена через второй разделительный диод, катод которого объединен со вторым выводом обмотки управления реле самовозбуждения и одним выводом второго ограничительного резистора, другой вывод которого подключен к первому выводу регулятора напряжения, выходной замыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения включен между плюсовой и минусовой шинами [2].

Такой регулятор напряжения не защищен надежно от аварийного режима, обусловленного замыканием второго вывода обмотки возбуждения на плюсовой вывод генератора постоянного тока, так как после выжигания предохранителя блок защиты от повышенного напряжения остается под напряжением самовозбуждения генератора постоянного тока до 70 В на неопределенное, длительное время, что приведет к перегреву и выходу из строя электроэлементов его схемы. После выхода из строя блока защиты от повышенного напряжения регулятор напряжения остается незащищенным от аварийной ситуации, обусловленной замыканием второго вывода обмотки возбуждения на плюсовой вывод генератора постоянного тока.

Рассчитывать электроэлементы блока защиты от повышенного напряжения для работы при напряжении до 70 В также является недостатком, так как это приведет к значительному увеличению габаритов блока защиты от повышенного напряжения.

Другим недостатком такого регулятора напряжения, по сравнению, в том числе и с известными схемами регуляторов напряжения, является наличие диода (первый разделительный диод), включенного последовательно с транзисторным ключом, что снижает энергоотдачу генератора постоянного тока в бортсеть на начальных оборотах генератора постоянного тока, когда при низких оборотах двигателя, являющегося приводом, возможно прекращение подзарядки аккумуляторных батарей, наличие которых в бортсети почти всегда необходимо.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности регулятора напряжения и улучшения качества защиты.

Технический результат достигается тем, что в регуляторе напряжения генератора постоянного тока, содержащем плюсовую шину, соединенную через плавкий предохранитель с первым выводом регулятора напряжения, предназначенным для подключения к плюсовому выводу генератора постоянного тока, минусовую шину, соединенную со вторым выводом регулятора напряжения, предназначенным для подключения к минусовому выводу генератора постоянного тока и первому выводу обмотки возбуждения генератора постоянного тока, измерительный орган напряжения, вход которого включен между плюсовой и минусовой шинами, а выход соединен с входом транзисторного ключа, реле самовозбуждения, первый вывод обмотки управления которого подключен к минусовой шине, первый диод, подключенный катодом к третьему выводу регулятора напряжения, предназначенному для подключения второго вывода обмотки возбуждения генератора постоянного тока, а анодом - к минусовой шине, блок защиты от повышенного напряжения, выходной замыкающий контакт которого включен между плюсовой и минусовой шинами, второй диод, анодом подключенный к плюсовой шине, первый резистор, первый и второй выводы которого подключены соответственно к первому выводу регулятора напряжения и катоду второго диода, блок защиты от повышенного напряжения снабжен выходным размыкающим контактом, а его измерительный вход подключен к третьему выводу регулятора напряжения, который соединен с плюсовой шиной через последовательно соединенные транзисторный ключ, зашунтированный размыкающим контактом реле самовозбуждения, и выходной размыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения, при этом шина питания блока защиты от повышенного напряжения подключена к катоду второго диода, а его общая шина - к минусовой шине.

В устройство дополнительно введены второй резистор, через который выходной замыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения подключен к минусовой шине, и третий диод, подключенный анодом к общей точке соединения выходного замыкающего контакта блока защиты от повышенного напряжения и второго резистора, а катодом - к третьему выходу регулятора напряжения.

На фиг.1, 2 представлены электрические схемы регулятора напряжения. Регулятор 1 напряжения генератора 2 постоянного тока содержит плюсовую шину 3, соединенную через плавкий предохранитель 4 с первым выводом 5 регулятора 1 напряжения, предназначенным для подключения к плюсовому выводу 6 генератора 2 постоянного тока, минусовую шину 7, соединенную со вторым выводом 8 регулятора 1 напряжения, предназначенным для подключения к минусовому выводу 9 генератора 2 постоянного тока и первому выводу 10 обмотки возбуждения генератора 2 постоянного тока, измерительный орган 11 напряжения, вход которого включен между плюсовой шиной 3 и минусовой шиной 7, а выход соединен с входом транзисторного ключа 12, реле самовозбуждения, первый вывод обмотки 13 управления которого подключен к минусовой шине 7, первый диод 14, подключенный катодом к третьему выводу 15 регулятора 1 напряжения, предназначенному для подключения второго вывода 16 обмотки возбуждения генератора 2 постоянного тока, а анодом - к минусовой шине 7, блок 17 защиты от повышенного напряжения, выходной замыкающий контакт 18 которого включен между плюсовой шиной 3 и минусовой шиной 7, второй диод 19, анодом подключенный к плюсовой шине 3, первый резистор 20, первый и второй выводы которого подключены соответственно к первому выводу 5 регулятора 1 напряжения и катоду второго диода 19, блок 17 защиты от повышенного напряжения, снабженный выходным размыкающим контактом 21, а его измерительный вход подключен к третьему выводу 15 регулятора 1 напряжения, который соединен с плюсовой шиной 3 через последовательно соединенные транзисторный ключ 12, зашунтированный размыкающим контактом 22 реле самовозбуждения, и выходной размыкающий контакт 21 блока 17 защиты от повышенного напряжения, при этом шина питания блока 17 защиты от повышенного напряжения подключена к катоду второго диода 19, а его общая шина - к минусовой шине 7.

На фиг.1 и 3 представлены электрические схемы регулятора 1 напряжения, когда выходной размыкающий контакт 18 блока 17 защиты включен между плюсовой шиной 3 и плюсовым силовым выводом транзисторного ключа 12, а минусовой вывод транзисторного ключа 12 соединен с третьим выводом 15 регулятора 1 напряжения.

На фиг.2 и 4 представлены электрические схемы регулятора 1 напряжения, когда выходной размыкающий контакт 18 блока 17 защиты включен между третьим выводом 15 регулятора 1 напряжения и минусовым силовым выводом транзисторного ключа 12, а плюсовой силовой вывод транзисторного ключа 12 соединен с плюсовой шиной 3.

На фиг.3, 4 представлены электрические схемы регулятора напряжения, когда в его устройство дополнительно введены второй резистор 23, через который выходной замыкающий контакт 18 блока 17 защиты от повышенного напряжения подключен к минусовой шине 7, и третий диод 24, подключенный анодом к общей точке соединения выходного замыкающего контакта 18 блока 17 защиты от повышенного напряжения и второго резистора 23, а катодом - к третьему выходу 15 регулятора 1 напряжения.

Регулятор 1 напряжения генератора 2 постоянного тока работает следующим образом.

При повышении частоты вращения генератора 2 постоянного тока идет процесс его самовозбуждения по цепи: плюсовой вывод 6 генератора 2 постоянного тока - первый вывод 5 регулятора 1 напряжения - плавкий предохранитель 4 - выходной размыкающий контакт 21 блока защиты 17 от повышенного напряжения размыкающий контакт 22 реле самовозбуждения - обмотка возбуждения генератора 2 постоянного тока - минусовой вывод 9 генератора 2 постоянного тока. После включения реле самовозбуждения, которое происходит при выходном напряжении генератора 2 постоянного тока ниже напряжения уставки, поддерживаемого напряжения регулятором 1 напряжения, шунтирование размыкающим контактом 22 реле самовозбуждения, транзисторного ключа 12 прекращается и ток возбуждения генератора 2 постоянного тока протекает через открытый транзисторный ключ 12. При превышении выходного напряжения генератора 2 постоянного тока напряжения уставки регулятора 1 напряжения по сигналу измерительного органа 11 напряжения транзисторный ключ 12 закрывается и ток возбуждения генератора 2 постоянного тока и его выходное напряжение понижаются. Первым диодом 14 обеспечивается шунтирование тока обмотки возбуждения генератора 2 постоянного тока в момент закрытого состояния транзисторного ключа 12. Как только выходное напряжение генератора 2 постоянного тока становится ниже напряжения уставки регулятора 1 напряжения, транзисторный ключ 12 откроется. Таким образом, выходное напряжение генератора 2 постоянного тока поддерживается на заданном уровне.

При аварийном режиме, обусловленном замыканием второго вывода 16 обмотки возбуждения на плюсовой вывод 6 генератора 2 постоянного тока, происходит неуправляемый рост выходного напряжения генератора 2 постоянного тока, срабатывает блок 17 защиты от повышенного напряжения, при этом его выходной замыкающий контакт 18 закорачивает плюсовую шину 3 на минусовую шину 7 регулятора 1 напряжения, а его выходной размыкающий контакт обесточивает плюсовой силовой вывод транзисторного ключа 12, в случае выполнения схемы регулятора 1 напряжения по фиг.1 или минусовой силовой вывод транзисторного ключа 12, в случае выполнения схемы регулятора 1 напряжения по фиг.2. При закорачивании плюсовой шины 3 и минусовой шины 7 происходит выгорание плавкого предохранителя 4 по цепи: плюсовой 6 генератора 2 постоянного тока - первый вывод 5 регулятора 1 напряжения - плавкий предохранитель 4 - замкнутый контакт 18 блока 17 защиты от повышенного напряжения - минусовая шина 7 - второй вывод 8 регулятора 1 напряжения - минусовой вывод 9 генератора 2 постоянного тока.

После выгорания плавного предохранителя 4 обесточивается обмотка 13 реле самовозбуждения и плюсовая шина 3 регулятора 1 напряжения, при этом, если регулятор 1 напряжения выполнен по схеме, приведенной на фиг.2, то вся схема регулятора 1 напряжения отключается от повышенного напряжения самовозбуждения генератора 2 постоянного тока, за исключением блока 17 защиты от повышенного напряжения, который удерживается в сработанном состоянии выходным напряжением генератора 2 постоянного тока через первый резистор 20, если же регулятора 1 напряжения выполнен по схеме, приведенной на фиг.1, то под повышенным напряжением самовозбуждения генератора 1 постоянного тока дополнительно остается минусовой силовой вывод транзисторного ключа 12, но это не приводит к аварийным режимам, так как измерительный орган 11 напряжения обесточен и его выход закрыт, поэтому через коллектор-базовый переход транзистора, включенного в прямом направлении, и резистор транзисторного ключа 12 ток не протекает.

Работоспособность блока 17 защиты от повышенного напряжения, после выгорания плавкого предохранителя 4 и в условиях повышенного выходного напряжения генератора 2 постоянного тока, обеспечивается включением в цепь питания его схемы первого резистора 20. Для блока 17 защиты от повышенного напряжения высокое напряжение на входе не представляется опасным.

В случае аварийной ситуации, приводящей к неуправляемому росту выходного напряжения генератора 2 постоянного тока, вследствие отказа какого-либо элемента схемы регулятора 1 напряжения, блок 17 защиты от повышенного напряжения срабатывает и его выходной замыкающий контакт 18 выжигает плавкий предохранитель 4, после чего питание обмотки возбуждения генератора 2 постоянного тока прекращается и генератор 2 постоянного тока полностью развозбуждается. Таким образом, обеспечивается защита бортсети, которую питает генератор 2 постоянного тока, и исправных элементов схемы регулятора 1 напряжения.

Защита регулятора 1 напряжения от переполюсовки генератора 2 постоянного тока может быть обеспечена техническим решением, примененным в аналоге [1]: включением диодов Д1...Д7 между плюсовой шиной 3 и минусовой шиной 7 в обратном направлении. Когда генератор 2 постоянного тока самовоозбуждается в обратном направлении, через размыкающий контакт 22 реле самовоозбуждения, произойдет выгорание плавного предохранителя 4 через диоды Д1...Д7, работающие, в этом случае, в прямом направлении, после чего регулятор 1 напряжения обесточивается, а генератор 2 постоянного тока развозбуждается.

Таким образом, в предложенном техническом решении достигнут положительный технический результат, заключающийся в повышении надежности регулятора 1 напряжения путем исключения аварийного режима работы электроэлементов схемы блока 17 защиты от повышенного напряжения при повышенном выходном напряжении генератора 2 постоянного тока, обусловленном замыканием второго вывода 16 обмотки возбуждения на плюсовой вывод 6.

Работа регулятора 1 напряжения, приведенного на фиг.3 и 4, не отличается от работы регулятора 1 напряжения, приведенного на рисунках 1 и 2. Однако, если аварийная ситуация вызвана отказом элементов регулятора 1 напряжения и произошла при низкой частоте вращения якоря генератора 2 постоянного тока, то возможна ситуация, когда энергии генератора 2 постоянного тока окажется недостаточно для надежного выжигания плавкого предохранителя 4 с первого срабатывания блока 17 защиты от повышенного напряжения. В этой ситуации произойдет резкое снижение выходного напряжения генератора 2 постоянного тока, что приведет к отключению блока 17 защиты от повышенного напряжения и отключению реле самовозбуждения, а это, в свою очередь, вызовет повторное самовозбуждение генератора 2 постоянного тока и повторное срабатывание блока 17 защиты от повышенного напряжения для выжигания плавкого предохранителя 4. При постоянной низкой частоте вращения якоря генератора 2 постоянного тока может быть циклическое повторение вышеописанных процессов. Чтобы этого не происходило, последовательно в цепь выгорания включен второй резистор 23, образующий с сопротивлением плавкого предохранителя 4 делитель напряжения на момент выжигания плавкого предохранителя 4. Напряжение, снимаемое с второго резистора 23, через третий диод 24 поступает на обмотку возбуждения генератора 2 постоянного тока, что позволяет увеличить энергоотдачу генератора 2 постоянного тока на момент выжигания плавкого предохранителя 4 и выжечь его с первого срабатывания блока защиты от повышенного напряжения.

Таким образом, предложенным техническим решением по п.2 формулы изобретения улучшено качество защиты от повышенного выходного напряжения генератора 2 постоянного тока, обусловленного отказом какого-либо элемента схемы регулятора 1 напряжения при пониженной частоте вращения генератора 2 постоянного тока.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Реле-регулятор Р15М-3С, Р15М-3С. 000.

2. Авторское свидетельство СССР №1262683, МКИ Н 02 Р 9/30.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулирования напряжения электрических генераторов постоянного тока, преимущественно для генераторных установок автономных систем энергоснабжения. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности регулятора напряжения и улучшения качества защиты. Регулятор напряжения генератора постоянного тока содержит предохранитель, измерительный орган напряжения, транзисторный ключ, реле самовозбуждения, два диода, блок защиты от повышенного напряжения, два резистора. Блок защиты от повышенного напряжения снабжен выходным размыкающим контактом, а его измерительный вход подключен к третьему выводу регулятора напряжения, который соединен с плюсовой шиной через последовательно соединенные транзисторный ключ, зашунтированный размыкающим контактом реле самовозбуждения, и выходной размыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения, при этом шина питания блока защиты от повышенного напряжения подключена к катоду второго диода, а его общая шина - к минусовой шине. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регулятор напряжения генератора постоянного тока, содержащий плюсовую шину, соединенную через плавкий предохранитель с первым выводом регулятора напряжения, предназначенным для подключения к плюсовому выводу генератора постоянного тока, минусовую шину, соединенную со вторым выводом регулятора напряжения, предназначенным для подключения к минусовому выводу генератора постоянного тока и первому выводу обмотки возбуждения генератора постоянного тока, измерительный орган напряжения, вход которого включен между плюсовой и минусовой шинами, а выход соединен с входом транзисторного ключа, реле самовозбуждения, первый вывод обмотки управления которого подключен к минусовой шине, первый диод, подключенный катодом к третьему выводу регулятора напряжения, предназначенному для подключения второго вывода обмотки возбуждения генератора постоянного тока, а анодом - к минусовой шине, блок защиты от повышенного напряжения, выходной замыкающий контакт которого включен между плюсовой и минусовой шинами, второй диод, анодом подключенный к плюсовой шине, первый резистор, первый и второй выводы которого подключены соответственно к первому выводу регулятора напряжения и катоду второго диода, отличающийся тем, что блок защиты от повышенного напряжения снабжен выходным размыкающим контактом, а его измерительный вход подключен к третьему выводу регулятора напряжения, который соединен с плюсовой шиной через последовательно соединенные транзисторный ключ, зашунтированный размыкающим контактом реле самовозбуждения, и выходной размыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения, при этом шина питания блока защиты от повышенного напряжения подключена к катоду второго диода, а его общая шина - к минусовой шине.2. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что в него введены второй резистор, через который выходной замыкающий контакт блока защиты от повышенного напряжения подключен к минусовой шине, и третий диод, подключенный анодом к общей точке соединения выходного замыкающего контакта блока защиты от повышенного напряжения и второго резистора, а катодом - к третьему выводу регулятора напряжения.