Регулятор напряжения для синхронного генератора Советский патент 1983 года по МПК H02P9/30 

00 00

-ч Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при комплексной автоматизации авто.номных систем электроснабжения, например систем электроснабжения транс портных средств. Известны регуляторы- напряжения для синхронных генераторов, содержащие измерительный орган, а также промежуточный и выходной усилители, соединенные с обмоткой возбуждения генератора. Для повышения динамической точности регулирования путем форсировки спада тока в обмотке возбуждения в цепь диода, шунтирующего обмотку возбуждения, введен дополнительный резистор i . Введение такого резистора ускоряет скорость спадания тока в обмотк возбуждения при отключении выходного усилителя, однако при их использовании возникает необходимость в применении высоковольтных ключей в регуля торе, рассчитанных на тем болыйее напряжение, чем быстрее происходит спад тока в обмотке возбуждения (т.е чем большее сопротивление вводится в цепь возбуждения), что вызывает большие потери мощности в добавочном резисторе, увеличивает потери в генераторе за счет переменной составляющей в токе возбуждения, обуслов-. ленной быстрым спадом тока, в статических режимах и приводит к перенапряжениям на генераторе при пробое силового ключа. Известен также регулятор напряжения, в котором обмотка возбуждения генератора включена последовательно с двумя ключами, установленными по обе стороны обмотки возбуждения, которые синхронно управляются от одного общего тра нзистора, а для обеспечения возможности замыкания тока воз буждения введены два диода, каждый из которых шунтирует один из ключей так, что при закрывании обоих транзисторов в цеп .обмотки возбуждения вводится противоЭДС аккумуляторной батареи, что позволяет ускорить динамические процессы регулирования zj Недостатки данного устройства неработоспособность при отключении аккумуляторной батареи, а также пуль сации тока в цепи аккумуляторной батареи. Возможность возникновения перенапряжений приводит к необходимости установки дополнительных элементов защиты и применения высоковольтных транзисторов. Наиболее близок к предлагаемому регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий выходной усилитель, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены .для Подсоед нения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора через широтно-импульсный модулятор связана с выходом якорных цепей генератора, при этом между коллектором второго транзистора и плюсовой шиной питания включен шунтирующий диод зЗ. Недостатком известного регулятора является необходимость его питания от источника, допускающего рекуперацию энергии, в то же время в большинстве транспортных средств питание регулятора осуществляется через выпрямитель от независимого вспомогательного источника (подвозбудителя). В этом.случае источник питания не допускает рекуперацию энергии, поэтому при запирании силовых ключей они оказываются под высоким напряжением, вызванным ЭДС - самоиндукции обмотки возбуждения. Кроме того,в генераторе возникают дополнительные потери,обусловленные пульсацией.тока возбуждения в статических режимах. Все это приводит к низкому качеству энергии основного источника и снижению надежности регулятора напряжения. Цель изобретения - повышение качества электроэнергии и надежности. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий выходной усилитель, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второго транзистора подключен к.минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу шйротноимпульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к як орным обмоткам генератора, при этом между коллектором второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунтирующий диод, дополнительно введены транзистор, два конденсатора и резистор, при этом один из конденсаторов включен между плюсовой и минусовой шинами питания, ДИН из выводов второго конденсатора соединен с коллекторами дополнительного и управляющего транзисторов,, база дополнительного транзистора через резистор соединена с минусовой шиной питания и свободным выводом второго конденсатора, а эмиттер дополнительного транзистора подключен к коллектору первого транзистора выходного усилителя.

На чертеже, приведена принципиальная схема регулятора напряжения, включенного в систему регулирования тока возбуждения бесконтактного синхронного генератора.

Выходной усилитель регулятора напряжения выполненна транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости, к коллекторам которых подключается обмотка 3 возбуждения генератора (например, возбудитель основного генератора). Эмиттер транзистора 2 подключен к минусовой шине, а базы транзисторов 1 и 2 через токоо граничивающий резистор 4 и эмиттерно-коллекторный иереход управляющего транзистора 5 соединены между собой. База управляющего транзистора 5 подключена к выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 6, вход которого предназначен для подключения к якорным обмоткам 7 основного генератора. Между коллектором транзистора 1 усилителя и выводом обмотки возбуждения включен шунтирующий диод 8. Дополнительно введенный транзистор 9 эмиттером подключен к коллектору транзистора 2, а кол.лектором - к Коллектору управляющего транзистора 5. База транзистора 9 через резистор 10 подключена к минусовой шине питания. Конденсатор подключен одним выводом к коллектору управляющего транзистора 5, а другим выводом - к NMнусовой шине.- Конденсатор 12 подключен между плюсовой и минусовой шинами питания. В этом варианте реализации шины питания образованы выпрямителем 13, к которому, подсоединены якорные выводы обмотки 14 подвозбудителя, индуктором которого является ротор 15. Обмотка 3 возбуждения является индуктором для генератора возбудителя, якорные обмотки 16 которого через выпрямитель 17 соединяются с основной обмоткой 18 возбуждения. Резисторы 19 и 20 в регуляторе напряжения служат для исключения режима оборванной базы при запирании транзисторов 1 и 2.

Устройство работает следующим образом.

В статических режимах ШИМ 6 постоянно открывает и закрывает управляющий транзистор 5 с определенной скважностью, определяемой напряжением генератора 7 и периодичностью f определяемой характеристиками ШИМ 6. При отпирании транзистора 5 конденсатор 11 разряжается на базо-вый переход транзистора 2 через транзистор 5, отпирая транзистор 2. Одновременно с этим ток, протекающий через резистор 4, вызывает отпирание транзистора 1 и через обмотку3 воз-. буждения протекает ток.

Так как современные „транзисторы допускают режим оборванной базы, то резисторы 19 и 20 не являются обязательными.

При запирании транзистора 5 транзистор 2 также запирается, а транзистор 1 остается в насыщенном состоянии за счет тока, протекающего через резистор.4 и- заряжающего конденсатор 11« Постоянная времени заряда конденсатора 11 выбирается таким образом, чтобы к моменту следую1цего отпирания транзистора 5 конденсатор II не успел зарядиться, т.е. чтобы транзистор 1 не успел запереться. В результате запирания транзистора 2 ЭДС с амоиндукции обмотки 3 возбуждения создает ток через шунтирующий диод В и насыщенный транзистор 1. Такой режим имеет место при отсутствии переходных процессов в .системе регулирования, т.е. в статических режимах. Пульсации тока возбуждения в этом режиме определяются только частотой работы широтно-импульсного модулятора и параметрами обмотки возбуждения.

При переходном режиме, вызванном сбросом нагрузки, транзистор 5 запирается, вызывая запирание транзистора 2. Спустя некоторое врЬмя, определяемое ПОСТОЯНН9Й времени заряда конденсатора 11, конденсатор 11 заряжается и транзистор 1 выходит из насыщения, тем самым прерывая ток от ЭДС самоиндукции обмотки 3 возбужде ния. Вследствие этого происходит увеличение напряжения на обмотке 3 возбуждения. Так как потенциал коллектора 2 не может увеличиться больше, чем напряжение на выходе выпрямителя 13, то происходит снижение . потенциала на коллекторе транзистора 1. Как только этот потенциал станет ниже потенциала минусовой шины питания, произойдет отпирание, транзистора 9, он выйдет из запирания и будет поддерживать транзистор 1 в активном режиме таким образом, чтобы потенцисШ на его коллекторе приблизительно равнялся потенциалу . минусовой шины питания. Такое состояние будет иметь место до тех пор-, пока энергия, накопленная в обмотке 3 возбуждения, не израсходуется в тепловую в активном сопротивлении обмотки 3 возбуждения и в цепи коллектора транзистора 1. После этого транзистор 9, а следовательно, и транзистор 1 закроются.

МаКсимальное . напряжение на коллекторах транзисторор Л и 2 не превы-

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащий выходной усилитель, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания,.эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу широтноимпульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к якорным обмЬткам генератора, при этом между коллектором-второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунтирующий диод, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии и надежности, дополнительно введены транзистор, два конденсатора и резистор, при этом один из конденсаторов подключен между плюсовой и минусовойшинами питания, один из выводов втоi рого конденсатора {юединен с коллекторами дополнительного и управляющэ(Л го транзисторовf база дополнительного транзистора через резистор соединена с минусовой шиной питания и свободным выводом второго конденсатора, а эмиттер дополнительного транЗистора подключен к коллектору первого транзистора выходного усилителя.