Регулятор напряжения для синхронных генераторов Советский патент 1985 года по МПК H02P9/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано и регуляторах напряжения, работающих в комплекте с синхронными генераторами, и предназначено для поддержаНИН постоянства уровня напряжения в системах электрооборудования автомобилей, тракторов или других автономных энергосистемах.

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг. 1 представлена система электроснабжения, в состав которой входит регулятор напряжения для синхронного генератора, выполненный на транзисторах р-п-р типа; на фиг.2 схема варианта выполнения регулятора напряжения с тpaнзиcтopa да п-р-п типа.

Схема (фиг. 1 ) содержит измерительный орган i, входные выводы которого соединены с шинами питания регулятора напряжения, управляющий транзистор 2, коллектор которого подключей к минусовой шине питания через

токоограничительнутоцепь - резистив ный делитель напряжения 3 и 4, а база подключена к выходу измерительного органа 1. СиЛовой транзистор 5, коллектор которого соединен с обмоткой 6 возбуждения синхронного генератора 7, зашунтированной диодом 8, а эмиттер подключен к плюсовой шине питания, к которой подключен эмиттер управляющего транзистора 2, коллекто которого через резистор 9 соединен с базой силового транзистора 5, транзистор 10 защиты, эмиттер которого подключен .к базе управляющего транзистора 2, коллектор - к средней точке резистивного делителя 3 и 4, а база - к коллектору силового транзистора 5 через последовательно соединенные резистор 11 и конденсатор 12, к общей точке которых подключен анод диода 13, катод которого подключен к средней точке резистивного делителя К и 15 напряжения, включенного между базой и эмиттером управляющего транзистора 2. Шины питания регулятора соединены с якорными цепями синронного генератора 7 через выпрямитель 16, параллельно которому включе.ны аккумуляторная батарея 17, нагрузка 18 и диод 19, предназначенный для защиты ползтроводниковых элементов схемы от импульсов напряжения обратной полярности.

Регулятор напряжения работает следующим образом.

При подключении аккумуляторной батареи 17 к шинам питания регулятора напряжение на выходе измерительного .органа 1 мало и недостаточно для отпирания управляющего транзистора 2. В связи с этим силовой транзистор 5 открывается, а транзистор 10 защиты из-за отсутствия тока в цепи конденсатора 12 находится в закрытом состоянии. При увеличении частоты вращения ротора генератора 7 напряжение на шинах питания начинает расти и, наконец, достигает значения, при котором измерительный орган вырабатывает напряжение, отпирающее управляющий транзистор 2. Силовой, транзисто 5 из-за шунтирующего действия управляющего транзистора 2 закрьшается. В результате этого в цепи: конденсатор 12 резистор 11 - переход базаэмиттер транзистора 10 защиты протекает ток, который открывает транзистор защиты, что обеспечивает форсированное переключение управляющего и силового транзисторов. По мере уменьшения тока в цепи обмотки 6 возбуждения выходное напряжение генератора 7 понижается и соответственно понижается напг яжение на шинах питания регулятора. При достижении регулируемьм напряжением уровня, несколько, меньшего номинального значения, напряжение на выходе измерительного органа реле понижается, что вызывает запирание управляющего транзистора 2 и отпирание силового транзистора 5. Транзистор Ю запирается, а конденсатор 12 разряжается по цепи: . диод I3 - ограничительный резистор 15 - переходы коллектор-эмиттер силового транзистора 5. В этом случае к базе управляющего транзистора 2 через ограничительный резистор 4 прикладывается положительный потенциал, форсирующий процесс переключения схемы. Поскольку величину резистора 15 выбирают малой, процесс разряда конденсатора 12 протекает очень быстро. Далее процесс регулирования протекает аналогично выщеопйсанно:му, в результате чего напряжение в системе электропитания автоматически поддерживается на номинальном уровне.

В режиме короткого замыкания обмотки возбуждения транзисторы 2,5 и 10 образуют схему релаксационно3го генератора, работающего в автоко лебательном режиме. Процесс возникновения автоколебаний состоит в том что при открытом силовом транзисторе 5 и замкнутой обмотке возбуждения в первоначальньй момент времени ток в коллекторной цепи транзистора 5 ограничивается индуктивной сос тавляющей сопротивления цепи питания регулятора (например, индуктивностью аккумуляторной батареи и при соединительньЬ: проводов}. В дальней шем транзистор 5 переходит в линейньй )режим работы, вследствие чего напряжение на его переходах коллектор-эмиттер начинает возрастать, а в цепи: конденсатор 12 - резистор 11 - переход база-эмиттер транзистора 10 возникает ток, открывающий транзисторы 10 и 2. Силовой транзис тор 5 при этом закрывается. В таком состоянии схема находится в течение времени, обусловленного в основном постоянной времени цепи, состоящей из конденсатора 12 и резистора II. При заверщёнии процесса заряда конденсатора 12 транзисторы 10 и 2 закрываются, а силовой транзистор 5 открывается. Конденсатор 12 быстро разряжается через диод 1.3, резистор 15 и открь1тый транзистор 5. Импульс ный ток, протекающий через диод 13, ограничивается резистором 15, что существенно повстает надёжность диода. Далее процесс протекает аналогично вышеописанному, в результате чего в схеме возникают устойчивые автоколебания. 6 рассмотр енном режиме Через силовой транзистор 5 про текает импульсный ток, среднее значение которого при выборе величины резистора II значительно большей ве личины резистора 15. довольно мало. После устранения Короткого замыкания обмотки возбуждения регулятор включается в работу автоматически. При работе регуляторов в аномальном режиме,например, с отключенной аккумуляторной батареей, возникающие при сбросах тока нагрузки генератора импульсы перенапряжения удерживают управляющий транзистор 2 в открытом состоянии в течение времевд действия как переднего, так и заднего фронтов. В результате этого к коллектору транзистора защиты прикладывается напряжение, равное сумме напряжений на переходах кол94лектор-змиттер открытого транзистора 2 и резистора 4. Учитывая, что падение напряжения на переходах коллектор-эмиттер открытого транзистора 2 мало (например, не более 0,5 В I, а падение напряжения на резисторе 4 зависит от соотношения величины с величиной резистора 3, при выборе величины резистора 4 значительио меньше величины резистора 3 напряжение на коллекторе транзистора защиты можно ограничить до 3-5 В. Это позволяет значительно снизить требования к величине предельно допустимого коллекторного напряжения транзистора 10 заш;иты. В состав схемы (фиг. 2)входят следующие элементы: измерительный орган 1, выход которого подключен к базе управлякицего транзистора 2, силовой транзистор 5, база которого подключена к коллектору управляющего транзистора 2, блок защиты от короткого замыкания обмотки возбуждения, состоявший из транзистора 10. резистора 1, конденсатора 12 и диода 13. Принцип действия этого регулято ра напряжения аналогичен схеме, изображенной на фиг. 1. Особенностью схемы является то, что в ней силовой транзистор выполнен по схеме эьдаттерного повторителя, а токоограничивающий элемент (резистор) 4, включенный между коллектором транзистора защиты и коллектором управляющего транзистора, вьшолнен в виде диода и также предназначен для ограничения базового и соответственно коллекторного токов силового транзистора при случайном отсоединении вывода плюс регулятора от системы электропитания. Предлагаемый регулятор напряжения обладает повышенной надежностью . и при замыкании рбмоткИ возбуждения, так как благодаря подключению диода 13 к базе управляющего транзистора 2 возникающий в цепи Конденсатора 12 схемы защиты даже небольшой импульс разрядного тока сказывает дополнительное запирающее воздействие а управляющий транзистор 2. В езультате этого процесс отпираия силового транзистора 5 сущестенно ускоряется, и в связи с увеичением ЭДС с амоиндукции цепи пита- . ия регулятора осуществляется более олный разряд конденсаторй схемы затиты через силовой транзистор 5. Это повьшает зарядный ток указанного конденсатора на этапе перехода силового транзистора в линейный режим работы, в свяэи с чем управляющий трайзистор открьгаается при более низких значениях напряжения и коллекторе силового транзистора, что существенно снижает рассеиваему иа нем мгновенную мощность, а следова тельно, повышает надежность регулятора.

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ, содержащий измерительный орган, входные выводы которого связаны с выводами якорHbfx цепей синхронного генератора, цепь, состоящую из последовательно соединенных диода, шунтирующего л, обмотку возбуждения синхронного генератора и перехода коллекторгэмнттер силового транзистора, включенную мвзкду входными выводами, измерительного органа, управляющий транзистор, база которого подключена к выходу измерительного органа, а переход коллектор-змяттер включен параллельно цепи базы силового транзистора, причем коллектор управляющего транзистора через токоограничительную цепь соединен с одним из входных выводов измери;тельного органа, транзистор защиты, эмиттер которого подключен к базе управляющего транзистора, а базе через резистор подключена к общей точке последовательно соединенных второго диода и конденсатора, другой вывод которого подсоединен к электроду силового транзистора, соединенному с шунтирующим диодом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежностиj коллектор транзистора защиты через введенный токоограничивающий элемент связан с коллектором управлшощего транзистора, причем свободный вывод второго диода подключен к средней точке- дополнительного резистивного делитеСП ля напряжения, включенного между базой и эмиттеромУправляющего транзистора. О) со со

0ut2