Полупроводниковый регулятор напряжения электрического генератора Советский патент 1982 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регули|зования возбуждения электрических машин.

Известны полупроводниковые регуляторы напряжения электрических генераторов, содержащие включенные последовательно измерительный орган, вход которого подключен на регулируемое напряжение, блок преобразования сигнала ошибки,полупроводниковый усилитель, выход которого подключен на обмотку возбуждения генератора, зашунтированную в обратном направлении блокирующим диодом, и блок стабилизации, вход которого подключен на выход полупроводникового усилителя , а выход - на второй вход блока преобразования сигнала ошибки 1 и 123.

Эти регуляторы, несмотря на отсутствие электромеханических элемен- ; тов, обладают недостаточно высоким 1 быстродействием, что приводит к низ-.

кому качеству переходных процессов большим максимальным динамическим отклонениям напряжения генератора и большой длительности переходных процессов. Низкое быстродействие этих регуляторов вызвано инерционностью отдельных звеньев в измерительном органе и блоке преобразования сигнала ошибки - низкочастотного входного фильтра, модулятора ширины импульсов, особенно, если он выполнен на основе магнитного усилителя, что снижает эффективность системы регулирования-, отрицательным влиянием на быстродействие регулятора блока стабилизации, поскольку при изменении регулирующего воздействия на выходе регулятора блок стабилизации вырабатывает сигнал, направленный встречно сигналу с измерительного органа, препятствуя тем самым;форсированному формированию регулирующего воздействия, а также наличием блокирующего диода, шунтирующего обмотку возбужде390ния в обратном направлении, введение которого увеличивает постоянную времени контура с индуктивностью обмотки возбуждения при уменьшении тока в последней. Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый регулятор напряжения электрического регулятора, содержащий включенные последовательно измерительный орган, вход которого подключен на регулируемое напряжение, блок преобразования сигнала ошибки, блок логики и полупроводниковый усилитель, один из выводов выхода которого подключен к общей точке обмотки возбуждения генератора и блокирукяцего диода, а так же блок стабилизации и блок непосред ственной связи, вход которого подклю чен на регулируемое напряжение, а первый и второй выходы соответственно к первому и второму управляющим входам блока логики 31. В статических режимах работы сист мы регулирования сигнал на обоих вых дах блока непосредственной связи отсутствует, а сигнал на выходе блока логики повторяет сигнал на его основном входе, т.е. сигнал на выходе блока преобразования сигнала ошибки. При переходных процессах со спадом регулируемого напряжения сигнал логи ческой 1 появляется на первом выходе блока непосредственной связи, а при переходных процессах с ростом ре гулируемого напряжения - на втором его выходе. При наличии сигнала логи ческой 1 на первом управляющем вхо де блока логики и отсутствии его на втором управляющем входе этого блока сигнал на выходе блока логики так же равен логической , вне зависимости от сигнала на основном входе блока логики. При подаче сигнала лог ческой 1 на второй управляющий вхо блока логики сигнал на его выходе принимает значение логического О, вне зависимости от сигналов на других входах блока. В известном регуляторе исключены первые две из перечисленных причин недостаточно высокого быстродействия полупроводниковых регуляторов: отрицательное влияние на быстродействие в переходных процессах инерцио ности отдельных звеньев в измерительном органе и блоке преобразования сигнала ошибки, а также влияния блока стабилизации на форсированное формирование регулирующего воздействия. И хотя в этом случае регулятор становится практически безынерционным (при скачкообразном изменении регулируемого напряжения выходное напряжение регулятора практически мгновенно становится максимальным или полностью снимается, в зависимости от знака отклонения регулируемого напряжения), наличие блокирующего диода резко снижает эффективность системы регулирования: прм снятии напряжения с обмотки возбуждения генератора ток в последней спадает достаточно медленно из-за большой постоянной времени контура с обмоткой возбуждения, зашунтированной в обратном направлении диодом. Это приводит к увеличению забросов напряжения генератора и длительности переходных процессов, связанных с повышением напряжения, т.е. к ухудшению качества переходных процессов. Целью изобретения является повышение качества переходных процессов. Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковый регулятор напряжения электрического генератора, содержащий включенные последовательно измерительный орган, вход которого подключен на регулируемое напряжение, блок преобразования сигнала ошибки 5 блок логики и полупроводниковый усилитель, один из выводов выхода которого подключен к общей точке обмотки возбуждения генератора и блокирующего диода, а также блок стабилизации и блокнепосредственной связи, вход которого подключен на регулируемое напряжение, а первый и второй выходы - соответственно к первому и второму управляющим входам блока логики, дополнительно введено бесконтактное репе, исполнительный орган которого вместе с обмоткой возбуждения генератора и блокирущим диодом обра.зуют замкнутый конту|э, управляющий вход бесконтактного реле подключен ко второму выходу блока непосредственной Iсвязи, а другой вывод выхода полупроводникового усилителя - к общей точке обмотки возбуждения и исполнительного органа бесконтактного реле или к общей точке блокирующего диода и исполнительного органа бесконтактного реле. На чертеже представлена структурная блок-схема, поясняющая принцип работы предлагаемого полупроводникового регулятора напряжения. Полупроводниковый регулятор напря жения содержит включенные последовательно измерительный орган 1, вход которого подключен на регулируемое напряжение 11, блок 2 преобразования сигнала ошибки, блок 3 логики и полупроводниковый усилитель k, один из выводов выхода которого подключен к обмотке возбуждения генератора 5 и к катоду блокирующего диода 6. Регулятор содержит также блок 7 стабилизации, вход которого подключен к выходу усилителя k, а выход ко второму входу блока 2, блок 8 непосредственной связи, вход которого подключен на регулируемое напряжение а первый и второй выходы - соответст венно к первому и второму управляюшим входам блока 3 и бесконтактное реле 9. Один из выводов исполнительного органа бесконтактного реле подключен к аноду блокируемого диода 6 другой его вывод соединен со вторым выводом обмотки, возбуждения генерато ра 5 и вместе с последним подключен ко второму выводу выхода блока k, а управляющий вход бесконтактного реле 9 ко второму выходу блока 8 непосредственной связи. Полупроводниковый регулятор напря жения работает следующим образом. В статических режимах работы системы регулирования сигнал на первом и втором выходах блока 8, а следовательно, и на управляющих входах блока 3, отсутствует, т.е. равен логическому О. При этом сигнал на выхо де блока 3 повторяет сигнал, поступа щий на его основной вход с выхода блока 2. При переходных процессах, связанных со снижением напряжения, на первом выходе блока 8 появляется сигнал логической 1, который поступает на первый управляющий вход блока 3. Поскольку при этом сигнал н втором выходе блока 8 равен логическому О, то на выходе блока 3 появляется постоянный сигнал логической 1, вне зависимости от сигнала на основном входе этого блока, и полупроводниковый усилитель 4 скачком переводится в полностью открытое сос тояние, напряжение питания полностью прикладывается к обмотке возбуждения генератора 5, форсируя возбуждение. Поскольку во всех этих режимах на управляющем входе блока 9, связанном 9 СО вторым выходом блока 8, сигнал отсутствует, то исполнительный орган блока 9 замкнут и не оказывает влияния на работу регулятора. При переходных процессах, связанных с ростом напряжения генератора, если темп нарастания напряжения генератора или его уровень выше заданного, на втором выходе блока 8 появляется сигнал логической 1, который поступает одновременно на второй управляющий вход блока 3 и на управляющий вход блока 9. При этом на выходе блока 3, вне зависимости от сигналов на других его входах, появляется сигнал логического О, полупроводниковый усилитель скачком запирается, напряжение питания полностью снимается с обмотки возбуждения генератора, но электродвижущая сила самоиндукции индуктивности обмотки возбуждения генератора поддерживаетток возбуждения, протекающий после запирания полупроводникового усилителя по контуру 1 об «5тка возбуждения 5 исполнительный орган бесконтактного релр 9 блокирующий дис 6. Одновременно срабатывает блок 9, поскольку на его управляющем входе также присутствует сигнал логической 1, При этом скачком изменяются параметры контуре с обмоткой возбуждения, например, возрастает его активное сопротивление и при одной и той же величине тока увеличивается мгновенная мощность, отдаваемая обмоткой возбуждения и поглощаемая элементами контура, что приводит к более быстрому спаду тока возбуждения и напряжения генератора, т.е. к улучшению качества переходных процессов - уменьшению максимальных отклонений и общей длительности переходных процессов. Бесконтактное реле может быть выполнено, например, в виде узла с вольтамперкой характеристикой стабилитрона, включенного параллельно с размыкающим полупроводниковым ключом, управляющий вход которого является управляющим входом бесконтактного реле Когда полупроводниковый усилитель регулятора закрывается, индуктивность обмотки возбуждения генератора 5 удерживает ток возбуждения в направлении, и ток замыкается через сполнительный орган бесконтактного реле 9 и блокирующий диод 6. Для подержания этого тока индуктивность обмотки возбуждения генерирует ЭДС, ко торая при замкнутом ключе бесконтакт ного реле компенсирует падение напря жения от тока возбуждения на активном сопротивлении обмотки возбуждения (падением напряжения на открытом ключе и блокирующем диоде пренебрегаем) . При малом сопротивлении обмотки возбуждения это падение невелико и ,скорость спада тока возбуждения достаточно низкая, причем она уменьшается по мере спада тока возбуждения. При разомкнутом ключе бесконтактного реле для поддержания тока возбуждения той же величины индуктивность обмотки возбуждения генератора генерирует существенно большую ЭДС, поскольку к падению напряжения на актив ном сопротивлении обмотки возбуждени добавляется падение напряжения на уз ле с характеристикой стабилитрона. Поэтому скорость спада тока возбуждения значительно возрастает. Скорость спада тока возбуждения может регулироваться путем соответствующего выбора напряжения стабилизации узла с характеристикой стаби.. литрона, причем при достаточно высоком напряжении спгабилизации этого узла (существенно большем, чем падение напряжения на активном сопротивлении обмотки возбуждения) скорость спада тока возбуждения мало снижается по мере спада тока возбужд ния. Улучшение качества переходных про цессов при использовании предлагаемого регулятора достигается за счет того, что при переходных процессах, связанных с ростом напряжения генератора, одновременно с запиранием полупроводникового усилителя регулятора ускоряется и спад тока возбуждения генератора. 9 8 Формула изобретения Полупроводниковый регулятор напряжения электрического генератора, содержащий включенные последовательно измерительный орган, вход которого подключен на регулируемое напряжение, блок преобразования сигнала ошибки, блок логики и полупроводниковый усилитель, один из выводов выхода которого, подключен к общей точке обмотки возбуждения генератора, и блокирующего диода, а также блок стабилизации и блок непосредственной связи вход которого подключен на регулируемое напряжение, а первый и второй выходы соответственно к первому и второму управляющим входам блока логики, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества переходных процессов, дополнительно введено бесконтактное реле, исполнительный орган которого вместе с обмоткой возбуждения генератора и блокирующим диодом образуют замкнутый контур, управлякндий вход бесконтактного реле подключен ко аторому выходу блока непосредственной связи, а другой вывод выхода полупроводникового усилителя - к общей точке обмотки возбуждения и исполнительного органа бесконтактного реле или к общей точке блокирующего диода и исполнительного органа бесконтактного реле. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 Р 9/1, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 Р 9/00, 1955. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2766 23/07, кл. Н 02 Р 9/Н, 1979.