Устройство для регулирования напряжения электрического генератора

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) зш H 02 P 9/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3443064/24-07 (22) 27.05.82. (46) 23 08,83. бел. У 31 (72) В.И. Сорок н, В.И. Аким в, В.Н. Кондратьев и М .И. Горлов (71) Калужский завод автомотозлектрооборудования им. 60-летия Октября (53) 621. 313. 12. 024. 07(088 .8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР и 762124, кл. Н 02 Р 9/30, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

М 762123 кл, Н 02 Р 9/30, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащее силовой транзистор, коллектор которого соединен с .обмоткой возбуждения генератора,, блокированной диодом, измерительный транзистор, шунтирующий цепь базы си свого транзистора, измерительный орган, цепь обратной связи из последовательно соединенных диода и конденсатора, транзистор защиты, база которого через. первый резистор соедииена с общей точкой диода и "конден сатора цепи обратной связи, а коллек-.. тор соединен с вторым резистором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и тех" нологичности, в него введены дополнительный транзистор и третий резис-. тор, при этом силовой, транзистор и измерительный транзистор имеют один тип проводимости, а транзистор защиты и дополнительный транзистор - дру. гой тип проводимости, эмиттер транзистора защиты и свободный вывод дио. да цепи обратной связи соединены с коллектором силового транзистора, свободный вывод второго резистора © соединен с коллектором дополнительного транзистора и третьим резистором., свободный вывод третьего резистора соединен с базой иэмерительного транзистора и свободным выводом конденсатора цепи обратной связи, база дополнительного транзистора соединена с выходом измерительного ор- гана,а эмиттер - со свободным выво.дом обмотки возбуждения генератора.

1 037412

Изобретение относится к автотракторному электрооборудованию, в частности к устройствам, работающим в комплекте с генераторами тока и предназначенным для поддержания постоянства напряжения в схеме электрообо= рудования автомобиля или трактора.

Известны устройства для регулиро- вания напряжения электрического гене ратора, содержащие измерительный ор- 1О ган, транзисторные элементы регулирования, управления и защиты от короткого замыкания, обмотки возбуждения генератора (1) и 5 2).

Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее силовой тран-, зистор, коллектор которого соединен; с обмоткой возбуждения генератора, блокированной диодом, измерительный 2О транзистор, шунтирующий цепь базы силового транзистора, измерительный орган, цепь .обратной связи из последовательно соединенных диода и конденсатора, транзистор защиты, база 25 которого через первый резистор соединена с общей точкой диода и конденсатора цепи обратной связи, а коллектор соединен с вторым резистором (2).

ЗО

Обладая высоким КПД и улучшенными характеристиками, известна схема обладает следующими недостатками.

Включение транзистора защиты переходами коллектор - эмиттер между 35 базой измерительного и коллектором силового транзисторов накладывает повышенное требование к величине предельно-допустимого напряжения коллектор-эмиттер транзистора защиты, @ величина которого должна быть не менее предельно допустимого коллек" торного напряжения силового транзистора. Объясняется это следующим. При работе схемы в аварийном режиме без <5 аккумуляторной батареи при сбросе нагрузки (например, выключении фар) напряжение генератора резко увелиЧивается, а затем по закону близкому к экспоненциальному, медленно в те- 50 чение 100-300 мс, спадает до номинального уровня. При этом амплитудное значение напряжения на шинах питания может достигать 60-100 В. На интервале времени действия переднего фронта импульса перенапряжения транзистор защиты открыт током заряда конденсатора и поэтому все напряжение прикладывается к ограничительному резистору, а падение напряжения на переходах коллектор-эмиттер транзистора защиты мало. На интервале времени действия заднего фронта импульса перенапряжения, когда измерительный транзистор еще открыт током стабилитрона, а силовой соответственно закрыт, ток базового конденсатора транзистора защиты изменяет свое направление на обратное и запирает тем самым транзистор защиты. При этом к переходам коллектор - эмиттер транзистора защиты прикладывается амплитудное значение импульса перенапряжения. Поэтому, во избежание пробоя переходов коллектор-эмиттер транзистора защиты, его предельно допустимое коллекторное напряжение должно быть не менее предельно допустимого коллекторного напряжения силового транзистора. Данное обстоятельство существенно снижает надежность и технологичность устройства при его реализации в интегральном исполнении.

Цель изобретения - повышение надежности и технологичности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительный транзистор и третий резистор, при этом силовой транзистор и измерительный транзистор имеют один тип проводимости, а транзистор защиты и дополнительный транзистор — другой тип проводимости, эмиттер транзистора защиты и свободный вывод диода цепи обратной связи соединены с коллектором силового транзистора, свободный вывод второго резистора соединен с коллектором дополнительного транзистора и третьим резистором, свободный вывод третьего резистора соединен с базой измерительного тран. эистора и свободным выводом конденсатора цепи обратной связи, база дополнительного транзистора соединена с выходом измерительного органа, а эмиттер - со свободным выводом обмотки возбуждения генератора .

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого .регулятора напряжения; на фиг. 2 - схема регулятора напряжения для систем электропитания, в которых обмотка возбуждения генератора соединена с плюсовой шиной пи ения.

7412, 55

Э 103

В состав регулятора входят следующие элементы. Измерительный орган, содержащий измерительный резистив, ный делитель напряжения на резисто" рах 1-3, плечо на резисторах 1 и 2 которого зашунтировано конденсатором

4 фильтра. Стабилитрон 5 (пороговый элемент), включенный между выходом резистивного делителя и базой дополнительного транзистора 6, коллектор 10 которого подключен к общей точке резистором 7 и 8, включенных между коллектором транзистора 9 защиты и базовым резистором 10 иэмерительного транзистора 11. Силовой транзис- 15 тор 12, база которого подключена к коллектору измерительного транзистора 11, а коллектор -. к обмотке 13 возбуждения генератора 14, заблокированной диодом 15, к катоду которо- 20

ro подключен эмиттер. транзистора 9 защиты. К базе транзистора 9 защиты через резистор 16 подключена точка соединения диода 17, формируемого вместе с конденсатором 18 цепь об- 25 ратной связи и подключенного анодом к коллектору силового транзистора

12, и конденсатора 18, другой вывод которого подключен к базе измерительного транзистора 11. Коллектор сило- З0 вого транзистора 12 соединен с измерительным органом через резистор

19 °

Шины питания регулятора подключены к параллельно соединенным выпря- З мителю 20, аккумуляторной батареи

21 и нагрузке 22.

Устройство работает следующим образом.

При подключении аккумуляторной о батареи 21 к шинам питания регулятора транзисторы 6 и 11 закрыты, так как закрыт стабилитрон 5, а силовой транзистор 12 устанавливается я откоытое состояние. Поскольку разность потенциалов на. обкладках конденсато. ра 18 и в этом случае близка к нулю, тока в цепи конденсатора нет и соответственно нет тока в цепи базы транзистора 9 защиты, что обусловливает его закрытое состояние.

При увеличении оборотов генератора напряжения на шинах питания нацинает расти и, наконец, достигает значения, при котором пробивается стабилитрон 5 и открывается транзистор 6, коллекторный ток которого открывает измерительный транзистор 11. Силовой транзистор 12 иэ-за

4 шунтирующего воздействия транзистора 11 закрывается.

Между эмиттером измерительного транзистора 11 и эмиттером транзистора 9 защиты возникает разность по, тенциалов, которая вызывает протекание тока в цепи: базовый резистор

10 - конденсатор 18 - резистор 16база - эмиттер транзистора 9. Транзистор 9 открывается и в цейи базы транзистора 11 и резисторов 7 и 8 протекает ток, форсирующий процесс йереключения схемы.По мере уменьшения тока в цепи: обмотка возбуждения 13 - блокирующий диод 15 выходное напряжение генератора 14 понижается и соответственно понижается напряжение на шинах питания устройства. При достижении регулируемым напряжением величины несколько меньшей заданного номинального уровня ток в цепи стабилитрона 5 резко уменьшается, что вызывает запирание транзисторов 6 и 11 и отпирание силового транзистора 12. В этом случае конденсатор 18 разряжается по цепи: базовый резистор 10 - переходы эмиттер - коллектор транзистора 12 - диод 17, а транзистор 9 закрывается.

Поскольку величина базового резистора 10 мала и учитывая, .что к базе транзистора 11 прикладывается запирающее напряжение конденсатора

18, процесс переключения схемы регулятора, сопровождающийся разрядом конденсатора 18, протекает очень быстро. Далее процесс регулирования протекает аналогично вышеописанному, поддерживая величину регулируемого напряжения на номинальном уровне.

В режиме короткого замыкания о6мотки возбуждения из-за понижения уровня регулируемого напряжения транзистор 6 находится в закрытом,состоянии, а транзисторы 9, 11 и 12 образуют схему релаксационного генератора, работающего в автоколебательном режиме.

Процесс возникновения автоколебаний состоит в следующем.

При открытом силовом транзисторе

12 и замкнутой обмотке возбуждения в первоначальный момент времени ток в цепи транзистора 12 ограничивается.индуктивным сопротивлением соединительных проводов. В дальнейшем транзистор 12 переходит в линейный режим работы, при котором напряже10)7412 ние на его переходах коллектор-эмит; тер на инает возрастать, а в цепи: базовый резистор 1Î - конденсатор

18 - резистор 1S - база - эмиттер транзистора 9 возникает ток, откры-, вающий транзистор 9. Вследствие это. го база транзистора 11 Через резисторы 7 и В и переходы коллекторзмиттер транзистора 9 оказывается подсоединенной к минусовой шине пи" тания и транзистор 11 открывается, закрыввя транзистор 12. В таком сос" тоянии схема находится в течение времени, обусловленного в основном вели чиной постоянной времени конденсатора 18 и резистора 16. При завершени процесса заряда конденсатора 18 транзисторы 9 и 1 1 закрываются, а транзистор 12 открывается. При этом конденсатор быстро разряжается через

-базовый резистор 10, транзистор 12 и диод 17. Ranee процесс протекает аналогично вышеописанному, в результате чего в схеме возникают устойчивые автоколебания. В рассмотренном автоколебательном режиме через силовой транзистор 12 протекают импульс" ный ток, среднее значение которого (при выборе величины резистора 1б значительно больше величины базового резистора 10) пренебрежимо мапо. После устранения короткого замыкания обмотки возбуждения устройство включается в работу автоматически.

При работе устройства в аварийном режиме с отключенной аккумуляторной батареей возникающие при сбросах нагрузки импульсы перенапряжения удерживают транзисторы б и 11 в открытом состоянии, а транзистор 12 - .a закрытом. При этом (из-за того, что транзистор Ь открыт, а транзистор 12 закрыт) напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 9 близко к нулю в течение всего времени существования импульса перенапряже1Î ния.Данное обстоятельство позволяет значительно снизить требования к величине предельно допустимого кол" лекторного напряжения транзистора Я защиты.

Введение p" îëíèòåëüíoão транзистора б позволяет схватить схему отрицательной обратной связью. В предлагаемом устройстве указанная связь реализована путем включения между коллектором силового транзистора 12 и дополнительным отводом входного ! делителя интегрирующей цепочки 19 и 4, Это позволяет повысить частоту переключений схемы регулятора и существенно уменьшить ошибку регулирования по скорости и нагрузке при работе как с подключенной, так и с отключенной аккумуляторной батареей.

Принцип дейст вия предла гаемо го устройства (фиг. 2) аналогичен принб ципу действия вышеописанного регулятора.

35 Таким образом, предложенное устройство в отличие от известного позволяет существенно повысить надежность и технологичность регулятора.

1037412

Составитель И, Головиновв

Техрец И. Тепер Корректор А. Дзятко

Рецактор А. Козооиз

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6034/58 Тираж бо7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)0)$ Москва Ж-)g Раушская наб. д. 4/5