Автономная система энергоснабжения Советский патент 1991 года по МПК H02P9/30 H02J7/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах энергоснабжения, предъявляющих повышенные требования по надежности обеспечения электроэнергией в основном систем энергоснабжения транспортных средств.

Целью изобретения является повышение надежности.

Иа фиг. 1 изображена функциональная схема автономной системы энергоснабжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу регулятора напряжения в со ставе системы энергоснабжения.

Изображенная на фиг. 1 автономная система энергоснабжения содержит генератор 1, аккумуляторную батарею 2 и регулятор напряжения генератора, « содержащий первый 3 и второй 4 выходные транзисторные ключи, подключенные соответственно через предохранители 5 и 6 к аноду гасящего диода 7, включенного параллельно обмотке 8 возбуждения генератора. Катод диода 7 подключен к положительной шине 9 питания, соединенной с выходом вспомогательного выпрямителя генератора, Между положительной 9 и отрицательной 10 шинами -питания регулятора . включен третий транзисторный ключ 11, содержащий р-п-р-транзистор 12, базовый 13 и коллекторный 14 резисторы. База транзистора 12 через базовый

9) Я 4

со

СП

-ч

резистор 13 соединена с анодом гасящего диода 7, эмиттер транзистора соединен с положительной шиной 9 питания, а его коллектор через коллекторный резистор 14 подсоединен к отрицательной шине 10 питания. Точка соединения коллектора транзистора 12 с коллекторным резистором 14 связана с одним из входов первого двух- входового элемента И 15, второй вход которого соединен с инверсным выходом узла 16 управления, а его выход - с входом одновибратора. Вход схемы 16 управления подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи 2, соединенной с выходом основного выпрямителя генератора 1, и через выключатель 17 подключен к сигнальной лампочке 18, второй контакт которой связан с анодом защитного диода 19. Удвоитель 20 напряжения содержит два транзистора р-п-р 21 и п-р-п 22 типов проводимости, два последовательно соединенных делителя напряжения, первый из которых образован резисторами 23 и 24, а второй - резисторами 25 и 26, и конденсатор 27, при этом конденсатор 27 включен между точкой соединения коллекторов транзисторов 21 и 22. и катодом заветного диода 19, который в свою очередь соединен с положительной шиной 9 питания иiодним из входов разностного интегратора 28. Второй вход интегратора 28 соединен с эмиттером р-п р-транзистора 21 удвоителя 20 напряжения, свободным выводом 23 первого делителя напряжения и точкой соединения выключателя 17 и сигнальной лампочки 18. База р-п-р-транзистора 21 удвоителя напряжения соединена с выходом первого делителя напряжения 23-24. База р-п-р-транзистора 22 соединена с выходом второго делителя напряжения (25-26), а его эмиттер, соединенный со свободным выводом 26 второго де- лителя напряжения, связан с отрицательной шиной 10 питания. Общая точка резистора 29 и конденсатора 30 дифференцирующей RC- цепочки, подключенной между отрицательной шиной 10 питания и выходом одновиб- ратора 31, соединена с анодом диода 32, катод которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 33, второй вход которого .соединен с выходом второго двухвходового элемента И 34. Первый вход второго элемента И 34

0

5

0

5

0

5

соединен с положительной шиной 9, а второй вход - с выходом порогового устройства 35, при этом вход порогового устройства подключен к выходу разностного интегратора 28. Выход элемента ИЛИ 33 соединен с входом Т-триггера 36, выходы которого соединены попарно с первыми входами элементов И-НЕ 37 и 38, при этом вторые входы элементов И-НЕ подключены к прямому выходу схемы 16 управления, а их выходы соединены соответственно с управляющими входами первого и второго выходных транзисторных ключей, включенных между предохранителями и отрицательной шиной питания.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

U - напряжение на положительной

шине регулятора (,), U2 - выходное напряжение генератора UOCH , подаваемое на аккумуляторную батарею и в грузку;

напряжение на инверсном выходе схемы управления напряжение на коллекторном резисторе третьего транзисторного ключа;

напряжение на выходе одновиб- ратора

напряжение на входе элемента ИЛИ, подключенного через диод к дифференцирующей цепочке,напряжение на выходе разностного интегратора напряжение на выходе порогового устройства; -напряжение на выходе элемен- та ИЛИ}

Uw - напряжение на входе первого транзисторного ключа; ток через первый транзисторный ключ/

ток в обмотке возбуждения; напряжение на входе второго

U и„ U,- и, и„ U8-и„

u tтранзисторного ключа;

напряжение на выходе Т-триггера.

Устройство работает следующим образом.

При исправном регуляторе напряже- ния ток в обмотке 8 возбуждения регулируемого генератора 1 задается первым 3 или вторым 4 выходными транзисторными ключами, в зависимости от состояния прямого и инверсного выходов Т-триггера 36. Предположим, что на прямом выходе триггера установлена логическая единица, тогда сигнал управления от схемы 16 управления будет поступать на вход первого транзисторного ключа 3, а на выходе элемента И-НЕ 38 установится логическая 1, устанавливающая второй транзисторный ключ 4 в запертое состояние (в случае p-n-р проводимости транзисторных ключей). Пусть в момен времени tj (фиг. 2) напряжение Ug, подаваемое на заряд аккумулятора и в нагрузку, превысило номинальное значение ич. Это приводит к появлению на прямом выходе схемы 16 управления логического нуля, а на инверсном выходе - логической единицы. На выкоде элемента И-НЕ 37 устанавливается логическая единица, переводящая первый транзисторный ключ 3 в запертое состояние. Так как ток в обмотке 8 возбуждения при этом уменьт шается до нуля, напряжение и$ на коллекторном резисторе 14 также становится равным нулю, и соответственно на выходе элемента И 15 устанавливается логический нуль Конденсатор 27 схемы удвоения напряжения заряжен до напряжения UH,, так как транзистор 22 открыт высоким потенциалом, существующим на выходе одновибратора 31, Напряжения lf( и V, подаваемые соответственно на шину 9 питания и заряд аккумулятора, начинают падать. В момент времени t напряжение U становится равным Uj,j. На инверсном выходе схемы 16 управления устанавливается логический нуль, а на прямом - логическая единица, переводящая первый транзисторный ключ 3 в открытое состояние. Появляется ток в обмотке 8 возбуждения, и напряжения U и U2, вырабатываемые генератором, начинают расти. Наличие тока в обмотке 8 возбуждения и обусловленное его протеканием падение напряжения на ней приводит к отпиранию транзистора 12, и на его коллекторном сопротивлении появляется напряжение, соответствующее логической единице. Однако вследствие наличия нуля на инверсном выходе схемы 16 управления на выходе элемента И 15 продолжает оставаться напряжение, соответствующее логическому нулю. При достижении напряжением U величины U снова происходит запирание транзисторного ключа 3 и т.д.

0

5

Предположим, что произошел пробой коллекторно эмиттерного перехода первого транзисторного ключа 3. В этом случае при достижении в момент времени напряжением Ug величины 3 не запрется, несмотря на наличие нуля на прямом выходе схемы 16 управления. Так как при этом ток через обмотку 8 возбуждения не прекратится, то транзистор 12 будет открыт и на его коллекторном сопротивлении 14 будет падение напряжения, соответствующее логической единице.

5 -Вследствие наличия единицы на инверсном выходе схемы 16 управления на выходе элемента И 15 установится единица, вызывающая срабатывание одновибратора 31, напряжение на выходе которого на время v становится близким к нулю. Это приводит к запиранию транзистора 22 и отпиранию транзистора 21, в результате чего заряженный до напряжения 1Ь конденсатор 27 оказывается соединенным последовательно через выключатель 17с выходным напряжением генератора UOCH. Напряжение на шине 9 становится равным и( + Ug. Диод 19 оказывается при этом включенным встречно, что препятствует разряду конденсатора 27 через сигнальную лампочку 18. Поэтому конденсатор 27 разряжается через последовательно соединенные обмотку

5 8 возбуждения, предохранитель 5 и

пробитый транзисторный ключ 3.« Вследствие удвоенного напряжения, приложенного к указанному соединению элементов, ток становится примерно

0 в 2 раза больше номинального, что приводит в некоторый момент времени t к перегоранию предохранителя 5 и соответственно отключению пробитого транзисторного ключа 3. Напряже-

5 ние Ug начинает уменьшаться. В момент окончания импульса, генерируемого одновибратором 31, его задний фронт через дифференцирующую RC-це- почку 29-30 и диод 32 воздействует

0 на вход элемента ИЛИ 33 и перебрасывает Т-триггер 36 в противоположное состояние. На прямом выходе триггера 36 устанавливается нуль, а на инверсном - единица, приводящая к под5 ключению второго транзисторного

ключа 4 (сигнал от схемы 16 управления подается на его базу через элемент И-НЕ 37). Регулятор восстанавливает свою работу.

0

При неисправности, заключающейся в обрыве транзисторного ключа 3, ток в обмотке 8 возбуждения прекращается (момент времени tg на фиг.2) и генератор перестает вырабатывать энергию. В результате на шину 9 регулятора подается напряжение от аккумулятора через лампочку 18 и диод 19. Вследствие этого на вход разностного токового интегратора 28 поступают разные токи и на его выходе появляется медленно растущее напряжение U7 (фиг.2), при этом на выходе элемента И 15 будет установлен логический нуль. При достижении напряжением U уровня срабатывания порогового устройства 35 в момент времени t ,j на его выходе появляется положительный импульс, подаваемьй через элемент И 34 и затем элемент ИЛИ 33 на вход Т-триггера 36. Триггер перебрасывается в противоположное состояние, отключая неисправный транзисторный ключ 3 и разрешая посредством подачи единицы на один;из входов схемы И-НЕ 38 прохождение сигнала от схемы 16 управления на базу исправного второго транзисторного ключа 4, обеспечивающего нормальное ФУНК.ЦИО- нирование регулятора.

При коротком замыкании обмотки 8 возбуждения и неисправности выпрямителя генератора 1, когда потенциал положительной шины 9 становится близким к нулю, на входы интегратора 28 также поступают разные токи, и, спусти некоторое время, появляется импульс на выходе порогового устройства 35. Однако вследствие наличия нуля на втором входе второго элемента И 34 импульс с выхода порогового устройства 35 на вход элемента ИЛИ 33 т не поступает. В то же время разность потенциалов на лампочке 18 достаточна для ее свечения, сигнализирующего как и в известном устройстве о наличии неисправностей генератора.

I

образом, применение устройства позволяет увеличить надежность функционирования автономной системы энергоснабжения. Достоинством его также является отсутствие в схеме моточных узлов, электромагнитных реле, что позволяет выполнить регулятор (за.исключением транзисторных ключей 3 и 4 с предохранителями 5 и 6) по гибридной или интегральной технологии.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Автономная система энергоснабжения, содержащая синхронный генератор с основным и дополнительным выпрямителями, входы переменного тока которых подключены к якорной обмотке синхронного генератора, аккумулятор, выводы которого соединены с выводами основного выпрямителя, замыкающий выключатель, один вывод которого соединен с плюсовым выводом аккумулятора, а другой вывод соединен с одним из контактов сигнальной лампы, и регулятор тока возбуждения с узлом управления с прямым и инверсным выходами, измерительный вход последнего подключен к выводам аккумулятора, а выходной транзисторный ключ одним выводом соединен с объединенными минусовыми выводами основного выпрямителя и аккумулятора, а другим выводом через обмотку возбуждения синхронного генератора связан с первым выводом дополнительного выпрямителя, соединенным с положительной шиной питания регулятора, причем параллельно обмотке возбуждения включен гасящий диод, отличающаяся тем, -что, с целью увеличения надежности, дополнительно введены два предохранителя, второй выходной транзисторный ключ, два двухвходовых элемента И-НЕ, p-n-p-транзистор, базовый и коллекторный резисторы, Т-триггер, двухвходовьй элемент ИЛИ, интегратор, пороговое устройство, защитный диод, удвоитель напряжения, содержащий конденсатор, два разнопо- лярных транзистора к дпа реэистивных делителя напряжения, дифференцирующая RC-цепь, диод, одновибратор и двЈ двухвходовых элемента И, при этом один из входов первого элемента И соединен с инверсным выходом у§ла управления регулятора, а второй - с точкой соединения коллектора и коллекторного резистора р-п-р-транзис- тора, эмиттер которого соединен с положительной шиной питания регулятора, а база через базовый резистор подключена к аноду гасящего диода, выход первого элемента К подключен к входу одновибратора, выход которого связан с общей точкой соединения двух делителей напряжения, при этом крайний вывод первого делителя соединен с эмиттером р-п-р-транзистора удвоителя напряжения, одним из вхо -

дов интегратора и общей точкой соединения выключателя и сигнальной лампы, а крайний вывод второго делителя - с отрицательной шиной питания, другой контакт сигнальной лампы через защитный диод соединен с положительной шиной питания и другим входом интегратора, база р-п-р-тран- зистора удвоителя напряжения соединена со средней точкой первого делителя напряжения, а коллектор - с одним из выводов конденсатора удвоителя напряжения, второй вывод которого соединен с положительной шиной питания, и коллектором п-р-п-транзис тора удвоителя напряжения, база которого соединена со средней точкой второго делителя напряжения, а эмиттер - с отрицательной шиной питания, общая точка резистора и конденсатора дифференцирующей RC-цепи, соединенной крайними выводами между отрицательной шиной питания и выходом

5

0

одновибратора, через диод соединена с одним из входов элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, один из выходов которого соединен с положительной шиной питания регулятора, а второй - с выходом порогового устройства, при этом вход порогового устройства соединен с выходом интегратора, а выход элемента ИЛИ соединен с входом Т-триггера, выходы которого соединены с первыми входами общих элементов И-НЕ, при этом вторые входы обоих элементов И-НЕ подключены к прямому выходу узла управления, а их выходы соединены соответственно с управляю- тлми входами первого и второго выходных транзисторных ключей, включенных между отрицательной шиной питания и предохранителями, вторые выводы которых соединены с анодом гасящего диода.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах энергоснабжения, предъявляющих повышенные требования по надежности обеспечения электроэнергии, в основном для систем энергоснабжения транспортных средств. Целью изобретения является повышение надежности. Преимуществом изобретения является наличие логического узла, определяющего характер и вид неисправности выходного ключа регулятора напряжения и позволяющего за счет дублирования и включения выходных ключей через предохранители обеспечивать нормальное функционирование энергосистемы. Для ускорения восстановления работы энергосистемы имеется функциональный узел, обеспечивающий ускоренное перегорание предохранителей при аварии. Для индикации повреждения в энергосистеме имеется сигнальная лампа. 2 ил. с S (Л