Регулятор напряжения для синхронного генератора

 

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащий выходной усилитель, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости , коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания,.эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу широтноимпульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к якорным обмЬткам генератора, при этом между коллектором-второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунтирующий диод, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии и надежности, дополнительно введены транзистор, два конденсатора и резистор , при этом один из конденсаторов подключен между плюсовой и минусовойшинами питания, один из выводов втоi рого конденсатора {юединен с коллекторами дополнительного и управляющэ (Л го транзисторовf база дополнительного транзистора через резистор соединена с минусовой шиной питания и свободным выводом второго конденсатора , а эмиттер дополнительного транЗистора подключен к коллектору первого транзистора выходного усилителя.

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК

g(5g Н 02 Р 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ! - -пц"-i-й, ; :

@ %ЙФТаа, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3353486/24-07 (22) 18.11.81 (46) 30,03,83. Бюл. 9 12 (72) В.В. Кушнерев (53) 621.316.722(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 758459, кл. Н 02 Р 9/30, 1979.

2; Заявка Великобритании Р 1445834; кл. G 3 R 1976.

3. Патент США 9 3858103,кл.320-64, 1974. (54)(57) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ

-СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащий выходной усилитель, выполненный на двух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, змиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход

„„SU„„1008877 А управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу широтноимпульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к якорным обмоткам генератора, при этом между коллектором второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунтирующий диод, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии и надежности, дополнительно. введены транзистор, два конденсатора и резистор, при этом один из конденсаторов подключен между nmocoaoA и минусовойшинами питания один из выводов втоР

Ф рого конденсатора доединен с коллек- щ торами дополнительного и управляющего транзисторов, база дополнительного транзистора через резистор соединена с минусовой шиной питания и свободным выводом второго конденсатора, а эмиттер дополнительного транзистора подключен к коллектору первого транзистора выходного усилителя.

1008877

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при комплексной автоматизации авто.номных систем электроснабжения, например систем электроснабжения транспортных средств.

Известны регуляторы напряжения для синхронных генераторов, содержа° щие измерительный орган, а также промежуточный и выходной усилители, соединенные с обмоткой возбуждения 10 генератора. Для повышения динамической точности регулирования путем форсировки спада тока в обмотке возбуждения в цепь диода, шунтирующего обмотку возбуждения, введен дополни- 15 тельный резистор (1).

Введение такого резистора ускоряет скорость спадания тока в обмотке возбуждения при отключении выходного усилителя, однако при их использовании воэникает необходимость в применении высоковольтных ключей в регуляторе, рассчитанных на тем большее напряжение, чем быстрее происходит спад тока в обмотке возбуждения (т.е. 25 чем большее сопротивление вводится в цепь возбуждения), что вызывает большие потери мощности в добавочном. резисторе, увеличивает потери в генераторе за счет переменной составляющей в токе возбуждения, обуслов-. ленной быстрым спадом тока, в статических режимах и приводит к перенапряжениям на генераторе при пробое силового ключа.

Известен также регулятор напряжения, в котором обмотка возбуждения генератора включена последовательно с двумя ключами, установленными по обе стороны обмотки возбуждения, которые синхронно управляются от одно- 40

ro общего транзистора, а для обеспечения возможности замыкания тока возбуждения введены два диода, каждый из которых шунтирует один из ключей так, что при закрывании обоих тран- 45 зисторов в цепь .обмотки возбуждения вводится противоЭДС аккумуляторной батареи, что позволяет ускорить динамические процессы регулирования (2) .

Недостатки данного УстРойства— неработоспособность при отключении аккумуляторной батареи, а также пульсации тока в цепи аккумуляторной батареи. Возможность возникновения перенапряжений приводит к необходимости установки дополнительных элементов защиты и применения высоковольтных транзисторов.

Наиболее близок к предлагаемому регулятор напряжения для синхронного 60 генератора, содержащий выходной усилитель, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены, для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора через широтно-импульсный модулятор связана с выходом якорных цепей генератора, при этом между коллектором второго транзистора и плюсовой шиной питания включен шунтирующий диод "j3J.

Недостатком известного регулятора является необходимость его питания от источника, допускающего рекуперацию энергии. В то же время в большинстве транспортных средств питание регулятора осуществляется через выпрямитель от независимого вспомогательного источника (подвозбудителя).

В этом. случае источник питания не допускает рекуперацию энергии, поэтому при запирании силовых ключей они оказываются под высоким напряжением, вызванным ЭДС вЂ” самоиндукции ббмотки возбуждения. Кроме того,в генераторе возникают дополнительные потери,обусловленные пульсацией тока возбуждения в статических реяСимах ° Все это приводит к низкому качеству энергии основного источника и снижению надежности регулятора напряжения.

Цель изобретения — повышение качества электроэнергии и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий выходной усилитель, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу широтноимпульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к якорным обмоткам генератора, при этом между коллектором второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунхирующий диод, дополнительно введены транзистор, два конденсатора и резистор, при этом один из конденсаторов включен между плюсовой и минусовой шинами питания, ;один из выводов второго конденсатора соединен с коллекторами дополнитель1ОО8877 кого и управляющего транзисторов,. база дополнительного транзистора через резистор соединена с минусовой шиной питания и свободным выводом второго конденсатора, а эмиттер до-. полнительного транзистора подключен к коллектору первого транзистора выходного усилителя.

На чертеже, приведена принципиальная схема регулятора напряжения, включенного в систему регулирования тока возбуждения бескактакткого синхронного генератора. .Выходной усилитель регулятора напряжения выполнен на транзисторах

1 и 2 разного типа проводимости, к коллекторам которых подключается обмотка 3 возбуждения генератора (например, возбудитель основного генератора) . Эмиттер транзистора 2 подключен к минусовой шине, а базы транзисторов 1 и 2 через токоограничивающий резистор 4 и эмиттерно-коллекторный иереход управляющего транзистора 5 соединены между собой. База управляющего транзистора 5 подклю чена к выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 6, вход которого предназначен для подключения к якорным обмоткам 7 основного генератора.

Между коллектором транзистора 1 усилителя и выводом обмотки возбуждения включен шунтирующий диод 8. Дополнительно введенный транзистор 9 эмиттером подключен к коллектору-транзистора 2, а коллектором — к коллектору управляющего транзистора 5. База транэйстора 9 через резистор 10 подключена к минусовой шине питания.

Конденсатор 11 подключен одним выводом к коллектору управляющего транзистора 5, а другим выводом — к минусовой шине.- Конденсатор 12 подключен между плюсовой и минусовой шиками питания. В этом варианте реализации шины питания образованы выпрямителем 13, к которому подсоединены якорные выводы обмотки 14 подвозбудителя, индуктором которого является ротор 15. Обмотка 3 возбуждения является индуктором для генератора возбудителя, якорные обмотки 16 которого через выпрямитель 17 соединяются с основной обмоткой 18 возбуждения. Резисторы 19 и 20 в регуляторе

-напряжения служат для исключения режима оборванной базы при запирании транзисторов 1 и 2.

Устройство работает следующим образом.

В статических режимах ШИМ 6 пос тоянно открывает и закрывает управляющий транзистор 5 с определенной скважностью, определяемой напряжением генератора 7 и периодичностью

Т„,р, определяемой характеристиками

ШИМ 6. При отпирании транзистора 5 конденсатор 11 разряжается на базо-вый переход транзистора 2 через транзистор 5, отпирая транзистор 2. Одновременно с этим ток, протекающий через резистор. 4, вызывает отпирание транзистора 1 и через обмотку 3 возбуждения протекает ток.

Так как современные транзисторы допускают режим оборванной базы, то резисторы 19 и 20 не являются обязательными.

10 При запирании транзистора 5 транзистор 2 также запирается, а транзистор 1 остается в насыщенном состоянии за счет тока, протекающего через резистор. 4 и. заряжающего конденсатор.

15 11. Постоянная вРемени заряда кон- . денсатора 11 выбирается таким образом, чтобы к .моменту следующего отпирания транзистора 5 конденсатор Xl не успел зарядиться, т.е. чтобы транзистор 1 не успел запереться. В ре.зультате запирания транзистора 2 ЭДС самоиндукции обмотки 3 возбуждения создает ток через шунтирующкй диод

8 и насыщенный транзистор 1. Такой

25 режим имеет место при отсутствии переходных процессов в системе регулирования, т.е. в статических режимах. Пульсации тока возбуждения в этом режиме определяются только частотой работы широтно-импульсного моЗ0 дулятора и параметрами обмотки возбуждения.

При переходном режиме, вызванном .сбросом нагрузки, транзистор 5 запирается, вызывая запирание транэисто35 ра 2. Спустя некоторое время, определяемое постоянной времени заряда конденсатора 11, конденсатор ll заряжается и транзистор 1 выходит из насыщения, тем саввам прерывая ток от

40 ЭДС самоиндукции обмоткй 3 возбужде ния. Вследствие этого происходит увеличение напряжения на обмотке 3 возбуждения. Так как потенциал коллектора 2 не может увеличиться боль45 ше, чем напряжение на выходе выпрямителя 13, то происходит снижение . потенциала на коллекторе транзистора 1. Как только этот потенциал станет ниже потенциала минусовой шины питания, произойдет отпирание, транзистора 9, он выйдет из запирания и будет поддерживать транзистор 1 в активном режиме таким образом, чтобы потенциал на его коллекторе приблизительно равнялся потенциалу минусовой шины питания. Такое состояние будет иметь место до тех пор, пока энергия, накопленная в обмотке

3. возбуждения, не израсходуется в тепловую в активном сопротивлении

60 обмотки 3 возбуждения и в цепи коллектора транзистора 1. После этого транзистор 9, а следовательно, и транзистор 1 закроютcR.

Максимальное .напряжение ка коллек65 тоРах транзисторов -1 и 2 Hå превы1008877

Составитель A. Лебедев

Редактор Л. Пчелннская Техред М. Гергель Корректор А, Дзятко

Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2 356/66

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, .4

/ шает напряжение на выходе. выпрямителя 13, что позволяет использовать в схеме регулятора напряжения низковольтные ключи.

При пробое силового транзистора

2 функцию ключевого элемента берет на себя транзистор 1. Частота его включения при этом определяется не, величиной периода Т „, а постоянной времени заряда конденсатора 11.

ФорСВровка спада тока возбуждения обеспечивается введением в цепь обмотки возбуждения нелинейного элемента, Падение напряжения на котором равно напряжению питания.

Предлагаемый регулятор напряжения позволяет сократить выброс напряжения при сбросе нагрузки до величины, определяемой только падением напряжения на сверхпереходном реактансе генератора, что улучшает качество электроэнергии, а в результате наличия двух ключевых элементов регулятор обладает высокой на..дежностью. Кроме того, это позволяет !

О исключить из системы энергоснабжения электромеханический выключатель, подающий питание на регулятор при. включении возбуждения.