Устройство для электроснабжения транспортного средства

 

Использование: устройства электропитания транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит синхронный генератор, аккумуляторную батарею, импульсный регулятор тока возбуждения генератора, два выпрямителя, блок контроля частоты напряжения генератора и блок сравнения напряжений генератора и батареи. Блок контроля частоты блокирует работу регулятора тока и предотвращает протекание тока в обмотке возбуждения генератора до тех пор, пока частота вращения его ротора не увеличится до значения, при котором у генератора появится возможность заряжать батарею и питать нагрузку. Блок сравнения напряжений переводит блок контроля в исходное состояние и прерывает работу регулятора тока, когда частота вращения ротора уменьшается до значения, при котором напряжение генератора становится меньше напряжения батареи. 1 ил.

Изобретение относится к области устройств снабжения электрической энергией транспортных средств и преимущественно предназначено для пассажирских вагонов.

В качестве прототипа принято устройство, которое предназначено для электроснабжения пассажирских вагонов и содержит трехфазный синхронный генератор, ротор которого механически сочленен с приводным валом, вращающимся с переменной частотой (осью колесной пары вагона), первый и второй трехфазные выпрямители, аккумуляторную батарею, цепочку из энергоотводящего диода, первого токоограничивающего резистора и светодиода, импульсный регулятор тока возбуждения генератора, первый и второй разделительные диоды, транзисторный компаратор, первую и вторую кнопки контроля, датчики токов батареи и генератора.

Известному устройству присущи такие недостатки. Оно содержит неоправданно большое количество элементов и имеет сложное исполнение. Синхронный генератор работает в режиме самовозбуждения, которое сохраняется при частоте вращения ротора, недостаточной для заряда аккумуляторной батареи и питания электроприемников. В результате этого возникают дополнительные потери электроэнергии и ухудшаются энергетические показатели. Изменяется возможность контролировать техническое состояние ограниченного контроля цепей устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что принятое в качестве прототипа устройство дополняют блоком контроля частоты напряжения генератора, блоком сравнения напряжений генератора и батареи, резистором имитации потенциального смещения. Блок контроля частоты выполняют на основе последовательного резонансного контура, второго токоограничивающего резистора, однофазного выпрямительного моста, первого реле с размыкающим контактом, замедляющего конденсатора. Блок сравнения напряжений имеет второй и третий резисторные делители напряжения, блокирующий диод и второе реле напряжения с двумя замыкающими контактами.

Технический результат изобретения характеризуется улучшением энергетических показателей, увеличением полноты технического контроля и упрощением. При этом блоки контроля частоты и сравнения напряжений, блокируя работу импульсного регулятора, препятствуют протеканию тока в обмотке возбуждения генератора, когда его ротор вращается с низкими оборотами и генератор не может обеспечить электроснабжение транспортного средства. Это улучшает энергетические показатели устройства за счет уменьшения потерь электроэнергии в обмотке возбуждения генератора и цепях ее питания. Резистор имитации позволяет определять техническое состояние импульсного регулятора, обмотки возбуждения генератора и шунтирующей ее цепи при невращающемся роторе генератора. Благодаря этому технический контроль становится более полным и его эффективность повышается. Блоки контроля частоты и сравнения напряжений позволяют упростить устройство благодаря уменьшению в нем количества функциональных элементов.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства электроснабжения. На схеме показаны электроприемник 1 транспортного средства, аккумуляторная батарея 2, трехфазный синхронный генератор 3 со статорными обмотками 3.1 и обмоткой возбуждения 3.2, цепочка 4 из последовательно соединенных энергоотводящего диода 4.1, и первого токоограничивающего резистора 4.2, связанного выводами со светодиодом 4.3, датчики 5 и 6 с замыкающими контактами токов генератора 3 и батареи 2, первый 7 и второй 8 разделительные диоды, первый 9 и второй 10 трехфазные выпрямители, сглаживающий конденсатор 11, блок 12 контроля частоты напряжения генератора 3, блок 13 сравнения напряжений генератора 3 и батареи 2, транзисторный компаратор 14, первый резисторный делитель напряжения 15, нелинейный делитель напряжения 16, первая 17 и вторая 18 кнопки контроля, резистор 19 имитации потенциального смещения.

Ротор генератора 3 механически сочленен с приводным валом, который вращается с переменной частотой. Блок 12 содержит реактор 12.1 и конденсатор 12.2, которые образуют последовательный резонансный LC-контур, замедляющий конденсатор 12,3, второй токоограничивающий резистор 12.4, однофазный выпрямительный мост 12.5, первое реле с обмоткой 12.6 и размыкающим контактом 12.7. Блок 13 состоит из второго на резисторах 13.1, 13.2 и третьего из резисторов 13.3, 13.4 резисторных делителей напряжения, блокирующего диода 13.5 и второго реле с обмоткой 13.6, замыкающими контактами 13.7 и 13.8. Компаратор 14 выполнен на транзисторах 14.1, 14.2 и резисторах 14.3 14.5. Транзистор 14.1 образует выходной ключевой каскад компаратора, а его входами являются выводы эмиттера и базы транзистора 14.2. Делитель 15 состоит из резисторов 15.1, 15.2 и имеет выходной потенциальный вывод 15.3. Делитель 16 выполнен на основе резистора 16.1, стабилитронов 16.2 и снабжен выходным потенциальным выводом 16.3. Из элементов 14 16 образован импульсный регулятор тока возбуждения генератора 3.

Устройство электроснабжения работает следующим образом.

При неподвижном роторе генератора 3 в электроприемник 1 поступает электроэнергия от батареи 2. Под действием ее напряжения в цепи 13.3 13.5 - 13.6 13.2 протекает ток, второе реле включено, и его контакты 13.7, 13.8 замкнуты. Первое реле выключено, и его контакт 12.7 замкнут. Цепь 13.8 12.7 17 замкнута и шунтирует входы компаратора 14. Транзисторы 14.1 и 14.2 заперты. Резистор 14.4 блокирует отпирание транзистора 14.1 токами утечки через его переходы. Запертый транзистор 14.1 размыкает цепь соединения батареи 2 с обмоткой 3.2, и ток в ее цепи отсутствует.

При вращении ротора генератора 3 с низкой частотой, при которой он не может генерировать напряжение, превышающее напряжение батареи 2, первое реле продолжает находиться в выключенном положении, контакт 12.7 замыкает цепь 13.8-12.7-17, которая блокирует отпирание транзисторов 14.1, 14.2 и поступление тока в обмотку 3.2 генератора. Когда частота вращения ротора увеличивается и достигает значения, при котором генератор может обеспечить электроснабжение электроприемника 1 и батареи 2, то частота напряжения обмоток 3.1 становится равна резонансной частоте LC-контура, увеличивается ток в цепи 12.6-12.5-13.7, первое реле срабатывает и его контакт 12.7 размыкается. После этого прекращается блокирование отпирания транзисторов компаратора 14, в цепи 16.3-14.2 (эмиттер-база) 15.3 появляется ток и транзисторы 14.1, 14.2 отпираются. При этом резистор 14.3 ограничивает ток базы транзистора 14.1, резистор 14.5 создает положительную обратную связь, обеспечивающую релейный режим переключения транзисторов 14.1 и 14.2.

Отпертый транзистор 14.1 замыкает цепь соединения батареи 2 с обмоткой 3.2 и в ее цепи появляется нарастающий ток. Генератор 3 возбуждается и появляется напряжение на выводах обмоток 3.1 и на выходах выпрямителей 9 и 10.

Сглаженное конденсатором 11 напряжение выпрямителя 10 прикладывается к делителю напряжения на резисторах 13.1, 13.2 и достигает значения, при котором второе реле отпадает и размыкает контакты 13.7, 13.8. Диод 13.5 блокирует его срабатывание под действием напряжения обмоток 3.1. После размыкания контакта 13.7 в цепь обмотки 12.6 вводится резистор 12.4 и первое реле отпадает с выдержкой времени, которая обеспечивается конденсатором 12.3. Благодаря этой выдержке времени контакт 12.7 замыкается после размыкания контакта 13.8 и переключения первого и второго реле не сопровождаются какими-либо изменениями режима работы импульсного регулятора.

После переключения реле блокирующая цепь 13.8-12.7-17 разомкнута и вступивший в работу импульсный регулятор, изменяя ток обмотки 3.2, обеспечивает стабилизацию напряжения обмоток 3.1 генератора 3 при изменениях частоты вращения его ротора, тока электроприемника 1 и зарядного тока батареи 2. Стабилизация напряжения осуществляется в такой последовательности. Напряжение цепи стабилитронов 16.2 имеет постоянную величину, равную сумме их напряжений стабилизации. Напряжение резистора 15.2 отслеживает изменения напряжения конденсатора 11 и соответственно обмоток 3.1. Когда первое напряжение больше второго, то под действием их разницы в цепи 16.3 14.2 (эммитер-база) 15.3 протекает ток, транзистор 14.1 отперт и по обмотке 3.2 течет увеличивающийся ток. Напряжения обмоток 3.1, конденсатора 11 и резистора 15.2 растут и последнее достигает значения, при котором ток в цепи 16.3-14.2-15.3 прекращается и транзисторы 14.1 и 14.2 запираются. После этого в обмотке 3.2 продолжает протекать ток под действием э.д.с. самоиндукции, который замыкается по цепи 4.1-4.2 и уменьшается. Напряжение резисторов 15.2 убывает, достигает значения, при котором транзисторы 14.1, 14.2 отпираются и импульсное регулирование тока обмотки 3.2 продолжается в описанной последовательности. При таком регулировании напряжение обмоток 3.1 стабилизируется на уровне, который определяется параметрами делителей напряжения 15, 16 и позволяет снабжать электроэнергией электроприемник 1 и заряжать батарею 2.

Если в процессе стабилизации напряжения генератора 3 его ток или ток батареи 2 превысит допустимое значение, то замыкает контакт датчик 5 или 6 соответственно. После этого шунтируется определенная часть стабилитронов 16.2 делителя 16 и понижается уровень стабилизации напряжения генератора 3. Пониженное напряжение генератора 3 сохраняется до тех пор, пока контролируемый датчиками 5 и 6 ток снизится до значения, меньшего допустимого, и контакты датчиков разомкнутся.

В описанном режиме генератор 3 работает, когда частота вращения его ротора изменяется в определенном интервале значений. Если частота вращения достигает нижней границы этого интервала, то уменьшаются напряжения обмоток 3.1, конденсатора 11 и делителя напряжения на резисторах 13.1 и 13.2, срабатывает второе реле и меняется положение его контактов 13.7, 13.8. После замыкания контакта 13.8 блокирующая цепь 13-8-12.7-17 замыкается и шунтирует входы компаратора 14, транзисторы 14.1 и 14.2 запираются, ток в цепи обмотки 3.2 прекращается и напряжение генератора уменьшается до нуля. Замкнувшийся контакт 13.7, шунтируя резистор 12.4, подготавливает цепь для последующего срабатывания первого реле после увеличения оборотов ротора генератора и частоты его напряжения. Когда эта частота увеличивается до значения, равного резонансной частоте LC контура, первого реле срабатывает и обеспечивает возбуждение генератора, и он питает электроприемник 1 и заряжает батарею 2.

Элементы 4.3, 7, 8 и 17 19 позволяют при неработающем генераторе 3 осуществлять функциональный контроль импульсного регулятора и определять техническое состояние обмотки 3.2 и цепи 4.1-4.2. Для этого нажимают сначала кнопку 17, затем кнопку 18. Разомкнувшийся контакт кнопки 17 прерывает блокирующую цепь 13.8-12.7-17, в цепи 16.3-14.2-15.3 появляется ток, отпирающий транзисторы 14.1 и 14.2, обмотка 3.2 подключается к батарее 2, и в цепи этой обмотки протекает ток, ограниченный ее сопротивлением. Замкнувшийся контакт кнопки 18 через резистор 19 подключает к батарее 2 резистор 15.2, и на нем появляется напряжение, превышающее напряжение цепи стабилитронов 16.2. При этом транзисторы 14.1 и 14.2 запираются, обмотка 3.2 отключается от батареи 2. После запирания транзистора 14.1 ток обмотки 3.2 некоторое время протекает по цепи 4.1 4.2 и затем затухает до нуля. При положительных результатах контроля нажатие кнопки 18 сопровождается кратковременным свечением световода 4.3.

При выполнении операций контроля диод 7 блокирует шунтирование делителя 15 цепями блока 13. Диод 8 не выполняет каких-либо функций контроля и включен в цепь контакта кнопки 18 для того, чтобы при случайном ее нажатии при работающем генераторе предотвратить протекание зарядного тока батареи 2 по непредназначенным для этого элементам 10, 15.1, 18, 19.

Формула изобретения

Устройство для электроснабжения транспортного средства, содержащее трехфазный синхронный генератор, ротор которого механически сочленен с приводным валом, вращающимся с переменной частотой, статорные обмотки подключены через первый трехфазный выпрямитель к аккумуляторной батарее и электроприемником транспортного средства, а обмотка возбуждения зашунтирована цепочкой из последовательно соединенных энергоотводящего диода и первого токоограничивающего резистора, связанного выводами со светодиодом, импульсный регулятор тока возбуждения генератора с нелинейным делителем напряжения, состоящим из резистора и стабилитронов, последовательно подключенных к аккумуляторной батарее, первым резисторным делителем напряжения, подключенным через первый разделительный диод и второй трехфазный выпрямитель к статорным обмоткам генератора, транзисторным компаратором, входы которого соединены с выходами упомянутых делителей напряжения, а выходной ключевой каскад введен в цепь связи обмотки возбуждения генератора с аккумуляторной батареей, первую и вторую кнопки контроля, последняя из которых выполнена с замыкающим контактом, связанным с одним из выводов через второй разделительный диод с соответствующим полюсом аккумуляторной батареи, датчики токов аккумуляторной батареи и генератора, отличающееся тем, что оно снабжено блоком контроля частоты напряжения генератора, блоком сравнений напряжения генератора и аккумуляторной батареи, резистором имитации потенциального смещения, при этом блок контроля частоты выполнен с последовательным резонансным LC-контуром, включенным через второй токоограничивающий резистор и однофазный выпрямительный мост между выводами двух статарных обмотай генератора, и первым реле, обмотка которого подключена к выходу выпрямительного моста и зашунтирована замедляющим конденсатором, блок сравнения напряжений генератора и аккумуляторной батареи выполнен с вторым резисторным делителем напряжения, подключенным входом к выходу второго трехфазного выпрямителя, третьим резисторным делителем напряжения, подключенным входом к аккумуляторной батарее, и вторым реле, обмотка которого включена через блокирующий диод между выходными потенциальными выводами второго и третьего резисторных делителей напряжения, первый замыкающий контакт соединен параллельно с вторым токоограничивающим резистором блока контроля частоты напряжения генератора, а второй замыкающий контакт включен последовательно с размыкающими контактами первого реле и первой кнопки контроля между выходными потенциальными выводами первого резисторного и нелинейного делителей напряжения импульсного регулятора тока возбуждения генератора, другой вывод замыкающего контакта второй кнопки контроля связан с выходным потенциальным выводом первого резисторного делителя напряжения через резистор имитации потенциального смещения, а датчики токов аккумуляторной батареи и генератора выполнены с замыкающими контактами, включенными параллельно соответствующим стабилитронам нелинейного делителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1