Регулятор напряжения для электромашинного генератора Советский патент 1992 года по МПК H02P9/30 

VJ

О

ел о ю ю

выходами измерительного органа 1, что позволяет сузить зону работы интегрального канала до величины, достаточной для компенсации ошибки пропорционального канала, но при этом исключить перерегулирование в переходных режимах. Выполнение резистивных делителей 16,17 и 18, 19 с одинаковым коэффициентом деления обеспечивает возможность автоподстройки при изменении выходного уровня регулирования напряжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления током возбуждения генераторов как постоянного, так и переменного тока, работающих в составе автономных энергосистем. Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора. Особенностью выполнения регулятора является наличие новых связей интегратора 3 с Ј

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования напряжения электромашинных генераторов (постоянного и переменного тока) преимущественно автономных транспортных средств.

Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного на- пряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора.

На чертеже приведена принципиальная схема регулятора напряжения электромашинного генератора,

Регулятор напряжения реализует принцип ПИ-регулирования и состоит из изме- рительного органа 1, компаратора 2, интегратора 3, усилителя 4 мощности, выход которого предназначен для соединения с обмоткой 5 возбуждения генератора, а вход подключен к выходу компаратора 2. Измерительный орган 1 представляет собой нелинейный измерительный мост и выполнен на резистивном делителе напряжения из последовательно соединенных резистора 6, регулируемого резистора 7 и резисто- ра 8, составляющих первое плечо, и последовательно включенных резистора 9, стабилитрона 10 и опорного стабилитрона 11, составляющих второе плечо, крайние выводы обоих плеч связаны с выводами 12 и 13 регулятора напряжения, которые являются измерительными входами и предназначены для подключения к выходу датчика напряжения регулируемого генератора или непосредственно к якорной обмотке регу- лируемого электромашинного генератора в случае, если этот генератор является машиной постоянного тока. Средние точки указанных плеч образуют первый (движок резистора 7) и второй (катод опорного ста- билитрона 11) выходы измерительного органа 1. Компаратор 2 и интегратор 3 выполнены соответственно на операционных усилителях 14 и 15 инвертирующими и

неинвертирующими входами и содержат два резистивных делителя 16, 17 и 18, 19с одинаковыми коэффициентами деления и три резистора 20-22. Крайние выводы обоих делителей подсоединены между первым выходом нелинейного моста и анодом опорного стабилитрона, а средний вывод первого делителя 16, 17 соединен с неинвертирующим входом компаратора, средний вывод второго делителя соединен с инвертирующим входом интегратора. Резисторы 20 и 21 одним из выводов подключены к второму выходу нелинейного моста, а другими выводами - соответственно к инвертирующему входу компаратора и неинвертирующему входу интегратора. Выход интегратора через резистор 22 связан с инвертирующим входом компаратора.

Регулятор работает следующим образом.

На измерительные входы 12 и 13 измерительного органа 1 подается напряжение от датчика напряжения регулируемого электромашинного генератора или непосредственно от якорной обмотки в случае, если этот генератор является машиной постоянного тока. В последнем случае это же напря- жение используется и для питания регулятора напряжения, как показано на чертеже.

На первом ьыхсде измерительного органа формируется сигнал обратной связи по напряжению регулируемого генератора:

Uoc(t)Ki(VrfUn(t)),

где Vr - среднее значение входного сигнала на клеммах 12 и 13 регулятора;

Un(t) - мгновенное значение наложенного напряжения пульсаций;

Ki - коэффициент схемы измерительного органа.

На втором выходе измерительного органа формируется задающий сигнал опорного напряжения V0n const. Сигнал, снимаемый с первого выхода измерительного органа, через резистивные делители 16-19 подается соответственно на неинвертирующий вход компаратора 2(операционный усилитель 14)

и на инвертирующий вход интегратора 3 (операционный усилитель 15). Сигнал опорного напряжения, снимаемый с второго выхода измерительного органа, через резистор 20 подается на инвертирующий вход компаратора, а через резистор 21 - на неинвертирующий вход интегратора. Таким образом на входах компаратора происходит сравнение сигнала обратной связи по на пряжению регулируемого генератора с сигналом уставки и формируется сигнал ошибки, равный

AU(t)Uoc(i)-Von.

При A U(t)0 t выход компаратора 2 переходит в состояние высокого уровня, что приводит к запиранию выходного транзистора усилителя 4 мощности и отключению обмотки возбуждения регулируемого генератора от источника питания, при Д U(t) О выход компаратора 2 переходит в состояние низкого уровня, что приводит к включению выходного транзистора усилителя 4 мощности и к подключению обмотки 5 возбуждения генератора к источнику питания. При подключении обмотки 5 возбуждения к источнику питания ток в ней нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени цепи питания обмотки возбуждения, при отключении обмотки 5 возбуждения от источника питания ток в ней снижается также по экспоненциальному закону, но с постоянной времени самой обмотки возбуждения. Среднее значение тока в обмотке возбуждения (в установившемся режиме) определяется напряжением источника питания и скважностью импульсов на выходе компаратора 2. При этом среднее значение напряжения на выходе электромашинного генератора (для генератора постоянного тока) равно

«нас Ш IB- Д U,

где IB - среднее значение тока в обмотке 5 возбуждения;

ш- частота вращения ротора электромашинного генератора;

Л U - падение напряжения, учитывающее падение напряжения в якорной цепи и реакцию якоря;

Ci - константа;

Кнас - коэффициент, учитывающий нелинейность магнитной цепи генератора.

При отклонении Vr от заданного значения, например при изменении частоты вращения ротора генератора, определенным образом меняется сигнал ошибка ;з входах компаратора 2 и изменяются ус/ювиз переключения компаратора. Это приводит к

соответствующему изменению тока возбуждения генератора восстановлению напряжения регул,;pyo..;cipo ечера- гора практически на прежнем уроь ie. Таким образом регулятор напряжения ; .еспечивает стабилизацию напряжения регулируемого генератора при изменении в широких пределах частоты вращения ротора, тока нагрузки и т.д.

Ошибка регулирования, возникающая

при работе пропорционального канала регулирования, компенсируется интегральным каналом аналогично тому, как эго выполняется в известных ПИ-регуляторах. Особенность интегрального канала регулятора напряжения по предлагаемому изобретению заключается в том, что мерный выход измерительного органа 1 через второй рези- стивный делитель 18, 19 подключен к инвертирующему входу интегратора 3. ; ьторой

выход измерительного органа 1 подключен к неинвертирующему входу интегратора 3 через резистор 21, а выход интегратора 3 через резистор 22 подключен к инвертирующему входу компаратора 2. Для ссгласования работы пропорционального и интегрального каналов регулирования ко эффициенты деления резистивных делителей 16-19 должны быть одинаковыми. Благодаря этому отпадает необходимость в

изменении параметров схемы регулятора напряжения при настройке его (движком резистора 7) на новое заданное значение выходного напряжения регулируемого генератора. Подключение выхода интегратора к инвертирующему входу компаратора через резистор 22, который вместе с резистором 20 образует резистивный делитель напряжения, обеспечивает работу интегратора 3 в узкой зоне, достаточной для

компенсации ошибки регулирования пропорционального канала, в то же время дает возможность исключить сильное перерегулирование в переходных режимах работы электромашинного генератора (например,

при сбросах или набросах нагрузки). Погрешность регулятора напряжения дополнительно снижена симметрированием напряжения питания интегратора 3 и компаратора 2 путем включения между резистором 9 и опорным стабилитроном 11 дополнительного однотипного стабилитрона 10, как показано на чертеже, и подключением входов питания компаратора и интегратора соответственно к катсду дополнительного и аноду опорного стабилитронов.

Формула изобретения 1. Регулятор напряжения для электромашинного генератора, содержащий изме- рительный орган в виде нелинейного моста, одно плечо которого выполнено на резистив- ном делителе, а другое состоит из последовательно соединенных между собой резистора и опорного элемента, причем крайние выводы обоих плеч попарно объединены и предназначены для соединения с выходом датчика регулируемого параметра, а промежуточные выводы от каждого из указанных плеч соединены с первым и вторым выходами измерительного органа соответственно, компаратор с инвертирующим и неинвертирующим входами и выводами для соединения с источником питания, интегратор с инвертирующим и неинвертирующим входами и выводами для соединения с источником питания, усилитель мощности, выход которого предназначен для соединения с обмоткой возбуждения генератора, а вход подключен к выходу компаратора, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечения взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора, в него дополнительно введены

первый и второй резистивные делители с одинаковыми коэффициентами деления и три резистора, причем первые крайние выводы обоих дополнительных делителей подсоединены к первому выходу нелинейного моста, вторые крайние выводы обоих дополнительных делителей подключены к общей точке соединения опорного элемента с ре- зистивным делителем нелинейного моста, а средний вывод первого делителя соединен с неинвертирующим входом компаратора, средний вывод второго делителя соединен с инвертирующим входом интегратора, первый и второй дополнительные резисторы одними из выводов подключены к второму выходу нелинейного моста, а другими выводами - соответственно к инвертирующему входу компаратора и неинвертирующему входу интегратора, при этом выход интегратора через третий дополнительный резистор связан с инвертирующим входом компаратора.

2. Регулятор поп. 1,отличающий- с я тем, что опорный элемент выполнен из двух последовательно соединенных стабилитронов, при этом общая точка соединения анода первого стабилитрона и катода второго соединена с вторым выходом измерительного органа, а выводы для подключения источника питания интегратора и компаратора подключены соответственно между катодом первого стабилитрона и анодом второго стабилитрона.