Полупроводниковый регулятор напряжения для электрического генератора Советский патент 1982 года по МПК H02P9/30 

(S) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулирования на ряжения электрических генераторов, преимущественно для генераторных установок автономных систем энергоснабжения. Известен контактно-транзисторный регулятор напряжения для генерато|ров постоянного и переменного тока, содержащий силовой транзистор, нели нейное сопротивление, Управляющее реле и релейный элемент защиты сило вого транзистора от коротких замыканий обмотки возбуждения на массуD Однако в этом регуляторе напряжения частота переключения транзист ного ключа в процессе регулирования нестабильна, а малое быстродействие схемы защиты от коротких замыканий в цепи обмотки возбуждения не позволяет надежно защищать сило вой транзистор. Известен также регулятор напряжения для электрического генератора, содержащий измерительный блок, комиутирукшу й транзистор с сопротив- . лением в-коллекторной цепи, исполнительный блок на силовых транзисторах, блок защиты от короткого замыка ния в цепи обмотки возбуждения, выполненный на транзисторе, резистоpax и конденсаторе Г2. Однако слабая лемехазацищенность схемы защиты от короткого замыкания в цепи обмотки возбуждения такого ре гулятора нагфяжения приводит к ложным запираниям силового транзистора и псшному развозбуждению генератора, а это увеличивает количество срабаты-. ваний контактора, включающего в сеть электрообсч)уд.ованил электрический генератор, что уменьшает его срок службы и приводит к дополнительному резряду аккумуляторной батареи. Указант ный недостаток проявляется и при перемежающем коротком замыкании o6MoV и возбуждения на массу.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является полупроводниковый регулятор напряжения для электрического генератора, содержан й входной резистибный делитель напряжения, крайние выводы которого предназначены для подключения к якорным цепям генератора, а средняя точка соединена с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника эталонного напряжения, промежуточный усилитель, выход которого связан со входом силового транзисторного ключа, выход которого предназначен jcyia соединения с одним из выводов обмбтки возбуждения электрического генератора и ;катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора, анод которого соединен с об щей шиной питания ГЗ 3. Недостатком известного регулятора является низкая надежность, вызванная отсутствием защиты выходного транзистора от кс зотких замыканий на массу, а также низкое качество электроэнергии из-за зависимости частоты реключений транзисторов от peжима работы, что вызывает низкочас тотнуо модуляцию выходного напряжения якорных цепей электрического генератора. Цепью изобретения является повышение надежности и улучшение качества энергии. Указанная цель достигается тем, что в регулятор-напряжения для электрического генератора, содержащий вход ной резистивный делкртель напряжения, крайние выводы которого предназначёны для подключения к якорным

цепям генератора, а средняя тонка соеданена с инвертирующим входом компаратора, неинвертируюи й вход которого подключен к выходу источника эталонного напряжения, промежуточный усилитель, выход которого связан со входом силового транзисторного клщча, выход которого предназначен для соединения с одним из выводов обмотки возбуждения генератора и катодом диода, шунтирующего с мотку возбуждения генератора, анод которого соединен с общей шиной источника питания, в.ведены генератор тактовых импульсов, цепь положительной обратной связи, элемент И и элемент ИЛИ,

Выход которого подключен ко эходу промежуточного усилителя, крайние , выводы которого предназначены для подключения к якорным цепям электрического генератора, а средняя точка соединена с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к источник эталонного напряжения, промежуточный

усилитель, выход которого предназначен, для соединения с одним из выводов обмотки возбуждения генерагора и катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора, .

анод которого соединен с общей шиной источникапитания, а первый и второй входы соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и выходу элемента И, первый вход коемкостный.делитель 5, выполненный на емкостях 6 и 7 и включенный между общей шиной электрического генератора и. выходом генератора А пилообразного напряжения, источник 8 эталонного напряжения, генератор 9 тактовых импульсов, компаратор Ю. инвертирующий вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя. 1 и выходом емкостного делителя 5, а неинвертирующий вход соединен с выходом источника 9 эталонного напряжения. Элемент ИЛИ 11, первый вход которого подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов, подключенному такторого сЪединен с выходом компаратора, а второй - через цепь положительной обратной связи с выходом силового транзисторного клюма. Кроме того, в устройство дополнительно введены генератор пилообразного напряжения и емкостный делитель ,. включенный между общей шиной электрического генератора или выходом генератора пилос5бразного напряжения, синхронизирующий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход емкостного делителя подключен к инвертирующему входу компаратора. На чертеже представлена блок-схема регулятора напряжения. Регулятор напряжения содержит резистивный делитель 1 напряжения, выполненный на резисторах 2 и 3, крайние выводы которого предназначены для подключения к якорным це пям электрического генератора, генератор k пилообразного напряжения, же К синхронизирующему входу генератора 4 пилообразного напряжения, элемент И 12, у которого первый вход соединяется с выходом компаратора. 10,. а выход - со вторым «ходом элемента ИЛИ 11, промежуточный усилитель 13, цепь 1 положительной обратной связи, силовой транзисторный ключ 15, обмотку возбуждения 1б, зашунтированную диодом 17. Выход транзистор ного ключа 15 соединен с одним из выводов обмотки 16 возбуждения и через цепь 1- положительной офатной связи подсоеди нен ко второму входу элемента И 12. Выход элемента ИЛИ 11 подключен ко входу пром ежуточного усилителя 13, сбединенному со входом транзисторного ключа 15. Регулятор напряжения работает следуюи м образом. Генератор 9 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы , скважность которых,составляет , а частота выбирается из условий мак сима.пьной частоты переключения тоан зисторного ключа 15. Тактовые импул проходят через элемент ИЛИ 11, и уси ленные промежуточные усилители 13 к повременно открывают транзисторный ключ 15. Такое кратковременное открызание транзисторного ключа 15 не :оказывает влияния на величину тока возбуждения в процессе регулирования. При напряжении электрического нератора ниже заданного на выходе компаратора 10 появляется сигнал, разрешающий прохождение сигнала положительной обратной связи через цепь И положительной обратной сеязи с выхода транзисторного ключа 15 После прихода очередного тактового импульса транзисторный клк)ч 15 отф вается, и Сигнал положительной обра ной связи элемент И 12, эле--, мент ИЛИ 11, усиленный промежуТоч-г ным усилителем 13, поступает на вхо транзисторного ключа 15 и удерживает его в открытом состоянии. Ток ч рез обмотку 16 возбуждения увеличива ется, а следовательно, увеличивает ся и напряжение на электрическом генераторе, и когда оно превысит заданное, на выходе компаратора 10 поя вится сигнал, заключаЮ11 1й прохождение сигнала положительной обратной связи с выхода транзисторного кяюча 15. Транзисторный ключ 15 закрывается. Ток через обмотку возбужде86ния уменьшается, а следовательно, уменьшается и напряжение на электрическом генераторе. Далее orwcaHHirfe процессы повторяются. При коротком ззмыкан и на массу в цепи обмотки 16 возбуждения тактовые импульсы открывают транзисторный ключ 16. Однако отсутствие сигнала положительной обратной связи не позволяет удерживать его в открытом состоянии на время действия разрешающего импульса с выхода компаратора 10. длительном коротком замыкании электрический генератор развозбуждается. Открывание транзисторного ключа 15 на время действия тактовых импульсов при коротком замьГкании не приводит его к выходу из строя, так как средняя мощность, выделяемая на нем, мала вследствие большой скважности тактовых импульсов. После устранения короткого замыкания в цепи обмбтки 16 возбуждения появляется сигнал положительной обраТной связи с выхода транзисторного ключа 15 и нормальная работа регулятора напряжения восстанавливается. Введением в регулятор напряжения генератора k гмлообразного напряжения и емкостного делителя 5 осуществцяется стабилизация частоты переключения транзисторного ключа 15. Напряжение пилообразной формы с выхода генератора k пилообразного напряжения, засинхронизированно о тактовыми импульсами от генератора 9 тактовых импульсов, поступает на вход емкостного делителя 5. На инвертирующем входе компаратора 10 появится напряжение с выхода резистивного делителя 1, пропорциональное напряжению генератора постоянного или переменного тока и промодулированное пилообразным напряжением, которое пропорционально пилоофазному напряжению с выхода генератора А пилообразного напря)«енил. toдyлирование напряжения с выхода рёзистивного делителя 1 обеспечивает изменение напряжения на инвертирующем вхот де 10 относительно его неиивертирующего входа с постоянной час.тотой, определяемой генератором 9 тактовых импульсов. Следовательно, и разрешающий сигнал на выходе компаратора 10 будет иметь постоянную частоту а его скважность будет опреде