Регулятор напряжения генератора Советский патент 1991 года по МПК H02P9/30 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения автомобилей, сельскохозяйственных машин и других автономных объектов, содержащих генератор.

Целью изобретения является повышение надежности без снижения устойчивости процесса включения силового транзисторного ключа и увеличения ошибки регулирования.

На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные электрические схемы регулятора напряжения генератора.

Регулятор напряжения генератора (РНГ) содержит измерительный орган 1. включенный между первым 2 и вторым 3 выводом для подключения к силовым выводам генератора. Силовой транзисторный ключ 4, подключенный между вторым 3 и третьим 5 выводами РНГ. Третий вывод РНГ для под- ключения к обмотке возбуждения генератора связан с первым выводом 2 через обратно включенный гасящий диод 6. Управляющий транзистор 7, подключенный эмиттер-коллекторным переходом парал- лельно управляющему переходу силового транзисторного ключа, базой - к выходу измерительного органа 1, эмиттером - к второму выводу 3 РНГ, коллектором через токоограничительный резистор 8 - к перво- му выводу 2 питания. Транзистор 9 защиты подключен базой через первый резистор 10 к первому выводу конденсатора 11, подключенного вторым выводом к выводу 5 РНГ, коллектором - к второму выводу 3 РНГ, эмиттером-к средней точке делителя 12,13 напряжения подключенного крайними выводами между третьим 5 выводом РНГ и базой управляющего транзистора 7. Рези- стивный делитель 14, 15 напряжения подключен .крайними выводами между базой и эмиттером управляющего транзистора 7, средней точкой - к аноду диода 16 защиты, подключенного катодом к первому выводу конденсатора 11. Второй резистор 17 подключен между вторым выводом 3 РНГ и первым выводом конденсатора 11.

В состав РНГ (фиг. 2) входят дополнительно дроссель 18 и дополнительный кон- денсатор 19, Гасящий диод 6 подключен катодом к третьему выводу 5 РНГ, а анодом к общей точке резистора 8, дросселя 18, дополнительного конденсатора 19.

Регулятор работает следующим обра- зом.

При напряжении между первым 2 и вторым 3 выводами РНГ меньшем номинального уровня выходной ток измерительного органа мал и недостаточен для открывания управляющего транзистора 7. При этом в

цепи обмотки возбуждения генератора благодаря открытому состоянию силового транзисторного ключа 4 протекает ток, который при вращающемся генераторе обеспечивает повышение напряжения на силовых выводах генераторной установки и соответственно на первом 2 и втором 3 вы водах РНГ. При достижении регулируемым напряжением значения, несколько превышающего номинальный уровень, выходной ток измерительного органа 1 резко возрастает, что вызывает открытие управляющего транзистора 7. Силовой транзисторный ключ 4 закрывается, а ток в цепи обмотки возбуждения генератора, замыкаясь через гасящий диод 6, уменьшается по экспоненциальному за кону. Напряжение на первом 2 и втором 3 выводах РНГ при этом понижается и при его значении несколько меньше номинального уровня выходной ток измерительного органа уменьшается до значения, при котором управляющий транзистор 7 закрывается. Силовой транзисторный ключ открывается и далее процесс регулирования протекает аналогично вышеописанному, в результате чего напряжение на выводах Плюс, Минус генератора автоматически поддерживается на номинальном уровне.

В аномальном режиме-короткого замыкания обмотки возбуждения генератора регулятор работает, как релаксационный генеоатор с большой сложностью импульсов тока в цепи силового транзисторного ключа 4. Принцип действия регулятора в указанном аномальном режиме состоит в следующем. При замыкании обмотки возбуждения, например, в момен-; открытого состояния силового транзисторного ключа 4 последний после завершения переходного процесса в цепи питания (10-15 мкс) переходит в линейный режим усиления, сопровождающийся повышением напряжения между третьим 5 и вторым 3 выводами РНГ. Благодаря интегрирующему (инерционному) свойству цепи: второй резистор 17, конденсатор 11, на рассматриваемом этапе повышения напряжения; транзистор 9 защиты остается а закрытом состоянии, а в цепи жесткой обратной связи (делитель 12, 13 напряжения) возникает ток, приоткрывающий управляющий транзистор 7. В схеме РНГ возникает кратковременный регенеративный процесс (2-3 мкс), после завершения которого силовой транзисторный ключ переходит в устойчивое закрытое состояние, а управляющий транзистор 7 - в открытое. В указанном состоянии схема находится достаточно продолжительное время (2-3 мкс), зависящее от постоянной

времени цепи заряда конденсатора 11 и коэффициента деления делителя 12,13 напряжения, с помощью которого задают уровень опорного напряжения на эмиттере транзистора 9 защиты. После того, как конденса- тор 11 зарядится до напряжения, достаточного для открывания транзистора 9 защиты, последний открывается и шунтирует сигнал положительной обратной связи транзистора 7. обесточивается, вызывая его закрывание. В РНГ вновь возникает кратковременный регенеративный процесс, после завершения которого силовой транзисторный ключ 4 переходит в открытое состояние, а управляющий транзистор 7 - в закрытое. При этом конденсатор 11 быстро разряжается по цепи: силовой транзисторный ключ 4, ограничительный резистор 15, диод 16 защиты. Данное состояние схемы регулятора является неустойчивым, а его продолжи- тельность (10-15 мкс) зависит от индуктивности присоединительных проводов и индуктивной составляющей сопротивления аккумуляторной батареи. После завершения переходного процесса в цепи питания силовой транзисторный ключ 4 переходит в линейный режим усиления, сопровождающийсяповышениемнапряжения между вторым и третьим выводами РНГ. Далее процесс повторяется ана- логично описанному, в результате чего в регуляторе возникают устойчивые автоколебания. В рассматриваемом аномальном режиме короткого замыкания обмотки возбуждения генератора в выходной цепи си- левого транзисторного ключа 4 протекает импульсныйток, среднее значение которого при сопротивлении второго резистора 17, значительно большем сопротивления резистора 15, пренебрежимо мало. После устранения указанного замыкания регулятор включается в работу автоматически.

Принцип действия РНГ (фиг. 2) аналогичен принципу действия РНГ, изображенного на фиг. 1. Его отличительной особенностью является то, что силовой транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, диод 16 защиты подключен к второму выводу 3 РНГ непосредственно, то- коограничительный элементе и гасящий ди- од 6 подключены к первому выводу питания 2 РНГ через дроссель 18, а к общей точке дросселя 18 и гасящего диода 6 подключен дополнительный конденсатор 19, другой вывод которого подключен к второму выво- ду 3 РНГ. Дроссель 18 и конденсатор 19 предназначены для снижения уровня радиопомех, возбуждаемых регулятором при переключениях силового транзисторного ключа.

Благодаря тому, что цепь обратной связи в данном РНГ не обладает дифференцирующими свойствами, импульс напряжения обратной полярности, формируемый между вторым и третьим выводами РНГ на этапе открывания силового транзисторного ключа 4, оказывает на управляющий транзистор 7 закрывающее воздействие. Это исключает возможность ложного возврата силового транзисторного ключа 4 в закрытое состояние и повышает точность регулирование и частоту переключения регулятора.

Кроме того, в предлагаемом регуляторе значение коэффициента пеоедачи цепи обратной связи может быть задано достаточно большим без фактического увеличения гистерезиса и снижения точности регулирования, так как в функциональном отношении обратная связь выполнена исчезающей. Например, при закрытом силовом транзисторном ключе 4 и разряженном конденсаторе 11 транзистор 9 защиты закрыт и коэффициент передачи цепи обратной связи имеет максимальное значение. По мере зарядки конденсатора 11 транзистор 9 защиты открывается и коэффициент передачи обратной связи уменьшается до нуля.

Таким образом, использование РНГ позволяет существенно повысить надежность регулятора без снижения устойчивости процесса включения силового транзистора и увеличения ошибки регулирования.

Формула изобретения

Регулятор напряжения генератора, содержащий измерительный орган, подключенный входом к первому и второму выводам регулятора для связи с силовым выходом генератора, силовой транзистор-, ный ключ, подсоединенный силовым переходом между вторым выводом регулятора и третьим выводом регулятора для подключения обмотки возбуждения генератора, связанным через гасящий диод с первым выводом регулятора, управляющий транзистор, связанный базой с выходом измерительного органа, эмиттером - с вторым выводом регулятора, коллектором - с базой силового транзисторного ключа и через то- хоограничительный элемент - с первым выводом регулятора, транзистор защиты, подключенный базой через первый резистор к первому выводу конденсатора, вторым выводом подсоединенного к третьему выводу регулятора, первый вывод конденсатора и второй вывод регулятора связаны через диод зашиты с направлением проводимости, соответствующим направленикт проводимости последовательно подключенного к нему через конденсатор эмиттер- но-коллекторного перехода силового

транзисторного ключа, второй резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введен делитель напряжения, подключенный крайними выводами между третьим выводом регулятора и базой управляющего транзистора, средним выводом - к эмиттеру транзистора защиты, коллектором подсоединенного к второму выводу регулятора, соединенного через второй резистор с первым выводом конденсатора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения автомобилей, сельскохозяйственных машин и доугих автономных объектов, содержащих генератор. Целью изобретения является повышение надех ности регулятора напряжения генератора (РНГ). РНГ содержит измерительный орган 1. выходной транзисторный ключ 4, управляющий транзистор 7. Новым является введение в состав узла защиты РНГ от коротких замыканий обмотки возбуждения генератора делителя напряжения 12, 13 и подключение транзистора защиты 9. 2 ил.