Машинно-вентильный источник питания автономной системы электроснабжения
Изобретение относится к системам электроснабжения постоянным током с электромеханическими источниками электроэнергии для питания потребителей автономных объектов различного назначения. Технический результат заключается в упрощении конструкции, улучшении надежности устройства и качества выходного напряжения. Для этого устройство, содержащее статор с основной и дополнительной обмотками, ротор, имеющий полюса с обмотками возбуждения, отличается тем, что в него введены основная и дополнительная обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 90 эл. градусов, трехфазный силовой выпрямитель, второй трехфазный выпрямитель, входы упомянутых выпрямителей подключены к основной и дополнительной обмоткам статора, соединенных в "звезду", положительный выход силового выпрямителя подключен к первому управляющему входу регулирующего узла с дискретной схемой управления, второй вход которой подключен к общей точке соединения отрицательных выходов упомянутых выпрямителей, положительный и отрицательный выходы второго выпрямителя подключены соответственно к первому и второму входам питания упомянутого регулирующего узла, один вывод обмотки возбуждения подключен к первому выходу регулирующего узла, второй вывод упомянутой обмотки возбуждения подключен к положительному выходу второго выпрямителя, а между первым и вторым выходами регулирующего узла включен резистивный делитель, состоящий из последовательно включенных переменного резистора начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода и первого ограничительного резистора. Кроме того, описывается конкретный вариант исполнения регулирующего узла с дискретной схемой управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к системам электроснабжения постоянным током с электромеханическими источниками электроэнергии для питания потребителей автономных объектов различного назначения. Известны источники питания постоянного тока типа [1]. Генератор этой серии состоит из трехфазной одноименнополюсной двухпакетной индукторной машины повышенной частоты тока, выпрямительного устройства и аппаратуры управления.
Основным недостатком источников этой серии является низкая технологичность конструкции изготовления обмотки статора, сборки генератора и его эксплуатация. Лучшими качествами обладают генераторы серии [2]. Известный генератор представляет собой шунтовую электрическую шестиполюсную машину постоянного тока, имеющую статор с обмотками основных и дополнительных полюсов и компенсационную обмотку, а также ротор с петлевой обмоткой. Генератор работает в комплекте с угольным регулятором и дифференциально-минимальным реле [2].
Якорь собран на полом валу. В пазы якоря заложена обмотка, выполненная из провода прямоугольного сечения, концы секций припаяны к пластинам коллектора, изготовленным из хромовой бронзы. Внутри пустотелого вала расположен приводной гибкий вал, крепящийся при помощи шлицевого соединения и гайки. Контактные щетки расположены на коллекторном щите в специальных щеткодержателях.
Наиболее близким является синхронный генератор [3], принятый за прототип, который содержит основную и дополнительную трехфазные обмотки статора, обмотку возбуждения ротора.
Недостатками данного генератора являются сложность конструкции, низкая надежность работы коллектора и угольного регулятора. Техническим решением предлагаемого изобретения является получение постоянного тока от машинно-вентильного источника питания, не имеющего указанных выше недостатков.
Указанная цель достигается тем, что машинно-вентильный источник питания автономной нагрузки, содержащий статор с основной и дополнительной обмотками, ротор, имеющий полюса с обмотками возбуждения, введены основная и дополнительная обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 90 эл. градусов, трехфазный силовой выпрямитель, второй трехфазный выпрямитель, входы упомянутых выпрямителей подключены к основной и дополнительной обмоткам статора, соединенных в «звезду», положительный выход силового выпрямителя подключен к первому управляющему входу регулирующего узла с дискретной схемой управления, второй вход которой подключен к общей точке соединения отрицательных выходов упомянутых выпрямителей, положительный и отрицательный выходы второго выпрямителя подключены соответственно к первому и второму входам питания упомянутого регулирующего узла, один вывод обмотки возбуждения подключен к первому выходу регулирующего узла, второй вывод упомянутой обмотки возбуждения подключен к положительному выходу второго выпрямителя, а между первым и вторым выходами регулирующего узла включен резистивный делитель, состоящий из последовательно включенных переменного резистора начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода и первого ограничительного резистора.
Кроме того, регулирующий узел выполнен в виде регулирующего элемента на транзисторах, соединенных по схеме Дарлингтона, причем коллектор первого транзистора подключен к первому выходу упомянутого узла, эмиттер - ко второму управляющему входу и выходу узла, коллектор согласующего транзистора подключен к базе второго транзистора к второму ограничительному резистору, другой вывод которого подключен к первому входу питания упомянутого узла, эмиттер согласующего транзистора подключен к второму входу питания упомянутого узла и к одному из выводов конденсатора, второй вывод которого подключен к первому управляющему входу и третьему ограничительному резистору, подключенного к первому выводу переменного резистора, второй вывод которого подключен к базе согласующего транзистора и к аноду стабилитрона, катод которого подключен к регулируемому выводу упомянутого переменного резистора, параллельно между коллектором и эмиттером первого транзистора включен ограничительный диод анодом к эмиттеру этого транзистора, катодом - к его коллектору, а между первым входом питания регулировочного узла и первым его выходом включен второй ограничительный диод анодом к первому выходу, катодом - к первому входу питания упомянутого узла.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная и принципиальная схема машинно-вентильного источника питания автономной системы энергоснабжения.
Устройство [1] содержит статор 1 с основной обмоткой 2, которая с одной стороны соединена в «звезду», а с другой - со входом силового выпрямителя 3. Дополнительная обмотка 4 статора 1 с одной стороны соединена в «звезду», а с другой - со входом второго трехфазного выпрямителя 5, положительный выход которого соединен с первым выводом обмотки возбуждения ротора 8 и первым входом питания регулирующего узла 6 с дискретной схемой управления, а отрицательный выход соединен со вторым входом питания и вторым выходом узла 6, с первым выводом резистора 7 начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода, соединенного последовательно своим вторым выводом с первым выводом первого ограничительного резистора 9 того же назначения, кроме того, отрицательный выход выпрямителя 5 соединен с отрицательным выходом силового выпрямителя 3. Второй вывод обмотки возбуждения ротора 8 соединен со вторым выводом резистора 9 и первым выходом регулирующего узла 6. С положительного выхода силового выпрямителя 3 на первый управляющий вход узла 6 поступает сигнал отрицательной обратной связи. Второй управляющий вход узла 6 подключен к общему отрицательному выходу мостовых выпрямителей 3 и 5.
Обмотка возбуждения 8 ротора 10 подключена одним выводом к положительному выходу второго трехфазного мостового выпрямителя 5 и первому входу питания узла 6; второй вывод упомянутой обмотки возбуждения подключен к первому выходу узла 6, второй выход которого соединен с общим отрицательным выходом. Структурная схема изображена на фиг.2.
Узел 6 - регулирующий узел с дискретной схемой управления содержит регулирующий элемент на транзисторах, соединенных по схеме Дарлингтона, причем коллектор первого транзистора 11 подключен к первому выходу узла 6, эмиттер - к второму управляющему входу 2 и выходу 2, коллектор согласующею транзистора 13 подключен к базе второго транзистора 12 и второму ограничительному резистору 14, второй вывод которого подключен к первому входу питания упомянутого узла 6, эмиттер второго транзистора 12 подключен к базе первого транзистора 11 и к резистору начальных токов 15, второй вывод которого подключен к выходу 2, коллектор второго транзистора 12 подключен к коллектору первого транзистора 11 и выходу 1. Коллектор согласующего транзистора 13 подключен к базе второго транзистора 12 и к второму ограничительному резистору 14 одним выводом, второй вывод которого подключен к первому входу питания узла 6.
Эмиттер согласующего транзистора 13 подключен ко второму входу питания и к одному из выводов конденсатора 16, второй вывод которого подключен к первому управляющему входу и третьему ограничительному резистору 17, подключенному к первому выводу переменного резистора 18, второй вывод которого подключен к второму управляющему входу и к четвертому ограничительному резистору 19, второй вывод которого подключен к базе согласующего транзистора 13 и аноду стабилитрона 20, катод которого подключен к регулируемому выводу резистора 18. Параллельно между коллектором и эмиттером первого транзистора 11 включен ограничительный диод 21, анодом к эмиттеру упомянутого транзистора, катодом - к его коллектору, а между первым входом питания и первым выходом узла 6 включен второй ограничительный диод 22 анодом к первому выходу, катодом - к первому входу питания узла 6.
Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.
Начальное самовозбуждение источник получает за счет остаточной намагниченности и постоянных магнитов, находящихся в роторе 10, ЭДС наводится в трехфазных обмотках 2 и 4 статора 1. ЭДС дополнительной обмотки 4 выпрямляется вторым трехфазным выпрямителем 5, прикладывается к обмотке возбуждения 8 ротора 10. Таким образом, начальное возбуждение реализуется при протекании тока через резисторы 7 и 9 начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода, напряжение на основной обмотке 2 статора 1 возрастает и достигает номинального значения, определяемого величиной уставки резистора 7.
При включении нагрузки на источник к зажимам выхода выпрямителя 3 выходное напряжение уменьшается, также уменьшается величина сигнала обратной связи, в работу включается дискретная схема управления регулирующего узла 6, которая пропорционально величине изменения выходного напряжения в обратной зависимости изменяет ток возбуждения через обмотку возбуждения 8 ротора 10, поддерживая тем самым постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки. Жесткость внешней характеристики источника можно менять, изменяя на регулирующем элементе узла 6 глубину обратной связи. Когда нагрузка уменьшается, устройство переходит в режим холостого хода и напряжение на выходе обретает величину, заданную величиной уставки сопротивления резистора 7 начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода.
Узел 6 работает следующим образом. Он представляет собой регулятор, выполняющий одновременно две функции: с одной стороны, он обеспечивает изменение уровня напряжения, задаваемого первоначально величиной сопротивления резистора 7 начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода. Для этого используется цепь, подключенная к первому и второму выходу узла 6, содержащая последовательно включенный переменный резистор 7 и первый ограничительный резистор 9, причем второй выход резистора 9 подключен к одному из выводов обмотки возбуждения 8, другой вывод которой подключен к положительному выходу второго выпрямителя 5, чем осуществляется начальное возбуждение и обеспечение режима холостого хода (с другой стороны, через управляющие входы 1 и 2 узла 6 осуществляется обратная связь по выходному напряжению основной обмотки 2 статора 1 через силовой выпрямитель 3. Пороговым элементом узла 6 служит стабилитрон 20, а для установки напряжения служит резистор 18, диоды 21 и 22 являются ограничивающими, защищая транзисторы узла 6 от пробоя от импульсов напряжения при коммутации тока возбуждения.
Предлагаемое техническое решение промышленно приемлемо. Опытный образец машинно-вентильного источника питания испытан в лабораторных и экспериментальных условиях. Испытания показали, что при заданной мощности автономного источника питания 5 кВт обеспечивается необходимое поддержание постоянства выпрямленного напряжения 28,5±1,0 В и высокое качество генерируемой энергии, обусловленное низкой пульсацией выпрямленного напряжения в пределах до 5%.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик, показателей надежности и качества выходного напряжения.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Бертинов А.И. Авиационные электрические генераторы. М.: Гос. издательство оборонной промышленности, 1976, с.164, фиг.3.2.
2. Генератор ГС-12Т-3-л серия. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и руководство по ремонту. М., 1980, с.3, рис.1.
3. Генератор ГС-12Т-3-Л серия. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и руководство по ремонту. М., 1980, с.8, рис.3.
1. Машинно-вентильный источник питания автономной нагрузки, содержащий статор с основной и дополнительной обмотками, ротор, имеющий полюса с обмотками возбуждения, отличающийся тем, что каждая основная и дополнительная обмотки статора соединены в звезду и смещены относительно друг друга на 90 эл. град., введены трехфазный силовой выпрямитель, второй трехфазный выпрямитель, входы упомянутых выпрямителей подключены к основной и дополнительной обмоткам статора соответственно, положительный выход силового выпрямителя подключен к первому управляющему входу регулирующего узла с дискретной схемой управления, второй управляющий вход которой подключен к общей точке соединения отрицательных выходов упомянутых выпрямителей, положительный и отрицательный выходы второго трехфазного выпрямителя подключены соответственно к первому и второму входам питания упомянутого регулирующего узла, один вывод обмотки возбуждения подключен к первому выходу регулирующего узла, второй вывод упомянутой обмотки возбуждения подключен к положительному выходу второго выпрямителя, а между первым и вторым выходами регулирующего узла включен резистивный делитель, состоящий из последовательно включенных переменного резистора начального возбуждения и обеспечения режима холостого хода и первого ограничительного резистора, второй выход регулирующего узла соединен общей точкой соединения отрицательных выходов упомянутых выпрямителей.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующий узел выполнен в виде регулирующего элемента на транзисторах, соединенных по схеме Дарлингтона, причем коллектор первого транзистора подключен к первому выходу упомянутого узла, эмиттер - ко второму управляющему входу и выходу узла, коллектор согласующего транзистора подключен к базе второго транзистора и второму ограничительному резистору, другой вывод которого подключен к первому входу питания упомянутого узла, эмиттер согласующего транзистора подключен к второму входу питания упомянутого узла и к одному из выводов конденсатора, второй вывод которого подключен к первому управляющему входу и третьему ограничительному резистору, подключенного к первому выводу переменного резистора, второй вывод которого подключен к базе согласующего транзистора и к аноду стабилитрона, катод которого подключен к регулируемому выводу упомянутого переменного резистора, параллельно между коллектором и эмиттером первого транзистора включен ограничительный диод, анодом к эмиттеру этого транзистора, катодом - к его коллектору, а между первым входом питания регулировочного узла и первым его выходом включен второй ограничительный диод анодом к первому выходу, катодом - к первому входу питания упомянутого узла.
