Устройство защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты автоматического регулятора напряжения от противоэлектродвижущей силы, создаваемой реакцией арматуры электрогенератора при подсоединении к нему фазоопережающей нагрузки. Технический результат - построение устройства защиты фазоопережающей нагрузки с использованием недорогих элементов. В электрогенераторе с самовозбуждением 1, содержащем автоматический регулятор напряжения 10, устройство защиты фазоопережающей нагрузки содержит: формирователь управления намагничивающим током 21, который соединен последовательно с намагничивающей обмоткой 6 и переключается в открытое и закрытое состояние схемой управления 23 АРН 10 для подачи намагничивающего тока на намагничивающую обмотку 6, формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22, который соединен параллельно с намагничивающей обмоткой 6 и подает ток короткого замыкания на намагничивающую обмотку 6 при переключении в открытое состояние, и схему с компенсационной обратной связью 30, подсоединенную в качестве источника питания формирователя управления намагничивающим током и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки, при этом схема с компенсационной обратной связью 30 содержит конденсатор 32, в котором накапливается заряд при открытом состоянии формирователя управления намагничивающим током 21. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству управления электрогенератором с приводом от двигателя (синхронный электрогенератор с самовозбуждением с АРН), которое регулирует выходное напряжение электрогенератора, управляя током, подаваемым в намагничивающую обмотку, автоматическим регулятором напряжения (АРН), в частности, к устройству защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением, которое защищает автоматический регулятор напряжения (АРН) от противоэлектродвижущей силы, создаваемой реакций арматуры упомянутого электрогенератора при подсоединении к нему фазоопережающей нагрузки.
Уровень техники
В описании Патента 1, как показано на Фиг.4, представлена конструкция синхронного электрогенератора с самовозбуждением с АРН, содержащего генераторную обмотку 2 и обмотку возбуждения 3, намотанные на статоре электрогенератора 1, намагничивающую обмотку 6, намотанную на роторе 5, который вращается приводом (двигателем) 4, постоянный магнит 7, прикрепленный к ротору 5, для генерации тока возбуждения и автоматический регулятор напряжения (АРН), который регулирует ток, подаваемый в намагничивающую обмотку 6.
Автоматический регулятор напряжения (АРН) 10, подсоединенный к намагничивающей обмотке 6 с помощью щетки 8, содержит выпрямитель 11, к входам которого соответственно подсоединены оба конца обмотки возбуждения 3, конденсатор 12, расположенный между выпрямителем 11 и землей и предназначенный для сглаживания выходного напряжения выпрямителя 11, запирающий диод 13, подсоединенный параллельно к намагничивающей обмотке 6, транзистор 14, который управляется переключением открытого/закрытого (ON/OFF) состояния и передает намагничивающий ток на намагничивающую обмотку 6, и формирователь намагничивающего тока (функциональный блок формирования намагничивающего тока) 15, который осуществляет управление намагничивающим током с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Один выходной конец намагничивающей обмотки 6 подсоединен к выходу выпрямителя 11, а другой конец намагничивающей обмотки 6 подсоединен к коллектору транзистора 14.
Запирающий диод 13 предназначен для поглощения выбросов напряжения, возникающих в момент прекращения подачи напряжения, и сглаживания намагничивающего тока при управлении ШИМ намагничивающего тока, протекающего по намагничивающей обмотке 6.
Кроме того, выход генераторной обмотки 2 подсоединен к нагрузке 9 через щетку 8, и, наряду с этим, измеренное выходное напряжение поступает на формирователь намагничивающего тока 15.
Автоматический регулятор напряжения (АРН) 10 работает так, что он стабилизирует на заранее заданном уровне напряжение, которое выдается с генераторной обмотки 2, управлением тока, подаваемого на намагничивающую обмотку 6, переключением открытого/закрытого (ON/OFF) состояния транзистора 14.
В случае, когда в синхронном электрогенераторе с самовозбуждением с АРН в качестве нагрузки 9 подсоединяется емкостная нагрузка, являющаяся фазоопережающей нагрузкой, то из-за реакции арматуры создается повышенная намагниченность ротора 5. Поэтому при токе на фазоопережающей нагрузке, превышающем определенное значение, возникает, как показано на Фиг.5B, явление, при котором в намагничивающей обмотке 6 ротора 5 генерируется противоэлектродвижущая сила. При этом противоэлектродвижущая сила (бросок напряжения) передается на АРН, являющийся блоком управления возбуждением ротора, и поэтому в случае отсутствия функции защиты может из-за такого броска напряжения возникнуть пробой на элементе выпрямления в АРН, таком, например, как конденсатор 12. На Фиг.5А представлена схема цепи, которая показывает ток, протекающий по обмотке возбуждения 3 и по намагничивающей обмотке 6 в нормальном состоянии, когда не подсоединена фазоопережающая нагрузка. Кроме того, на Фиг.5A и Фиг.5B вместо транзистора 14, используемого на Фиг.4 в качестве переключающего элемента, используется полевой транзистор 14, управляющий намагничивающим током.
В известных решениях, как показано на Фиг.6, в качестве короткозамкнутой схемы защиты фазоопережающей нагрузки для подавления противоэлектродвижущей силы используется схема автоматического смещения 40, содержащая два биполярных транзистора с объединенными коллекторами (схема Дарлингтона). При использовании такой схемы из-за противоэлектродвижущей силы, создаваемой реакцией арматуры при подсоединении фазоопережающей нагрузки, ток базы ib протекает от ротора (намагничивающая обмотка 6) через резистор с проволочными выводами 41 на транзистор 42 и из-за короткого замыкания транзистора 43 возникает ток короткого замыкания ic.
Список литературы
Патентная литература
Патент 1 нерассмотренная патентная заявка Японии №Н08-140400
Краткое изложение изобретения
Технические проблемы
Для построения короткозамкнутых схем защиты фазоопережающей нагрузки используются такие элементы, как транзисторы, полевые транзисторы и др., однако в описанной выше схеме автоматического смещения 40 из-за противоэлектродвижущей силы, создаваемой на роторе 5, не может быть получено достаточное напряжение на затворах транзисторов 42 и 43, и поэтому такие элементы не могут использоваться в рабочей области с насыщением, вследствие чего возникает проблема, связанная с необходимостью использования мощных элементов, которые имеют большое тепловыделение.
Кроме того, к базе транзистора 42 для снижения напряжения подсоединяется резистор 41 большой величины и при этом возникает необходимость подавления генерации тепла таким элементом.
Далее, если используются транзисторы PNP и Р-канальные полевые транзисторы, которые позволяют эффективно построить описанную схему, то это приводит к повышению стоимости, а элементы большой мощности, подходящие для такой схемы, отсутствуют.
Кроме того, в схеме автоматического смещения единственной функцией, требуемой от транзисторов 42 и 43, является только операция короткого замыкания, и если эта функция будет реализована, то можно устранить тепловыделение элементов внутри АРН, что позволит тем самым существенно снизить размеры устройства защиты и значительно уменьшить возможность повреждения схемы возникающей противоэлектродвижущей силой.
Настоящее изобретение предложено с позиции описанных выше обстоятельств, а его целью является предоставление устройства защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением, которое может быть построено с использованием недорогих элементов и является устройством для защиты автоматического регулятора напряжения (АРН) от противоэлектродвижущей силы, создаваемой реакцией арматуры.
Решение проблемы
Для достижения описанной выше цели настоящее изобретение в соответствии с первой особенностью (пункт 1 формулы) является то, что в электрогенераторе с самовозбуждением (1), имеющем автоматический регулятор напряжения (10), который подает ток, полученный выпрямлением выходного тока обмотки возбуждения (3), намотанной на электрогенераторе, приводимым в движение двигателем, на намагничивающую обмотку (6) в соответствии с изменением выходного напряжения электрогенератора,
имеется формирователь для управления намагничивающим током (21), который подсоединен последовательно с упомянутой намагничивающей обмоткой (6), для подачи намагничивающего тока на упомянутую намагничивающую обмотку (6) и управляемый переключением его открытого/закрытого (ON/OFF) состояния схемой формирования (23) упомянутого автоматического регулятора напряжения (10), и
формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22), который подсоединен параллельно к упомянутой намагничивающей обмотке (6) и передает ток короткого замыкания на намагничивающую обмотку (6) при его переключении в открытое состояние (ON),
и подсоединена схема с компенсационной обратной связью (30) в качестве источника питания упомянутого формирователя для управления намагничивающим током и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки, и
упомянутая схема с компенсационной обратной связью (30) содержит конденсатор (22), в котором накапливается заряд в открытом состоянии упомянутого формирователя для управления намагничивающим током (21).
Второй особенностью настоящего изобретения (пункт 2 формулы) является то, что в устройстве защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением по пункту 1 упомянутый формирователь для управления намагничивающим током (21) и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) построены на N-канальных полевых МОП-транзисторах.
Третьей особенностью настоящего изобретения (пункт 3 формулы) является то, что в устройстве защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением по пункту 1 упомянутые формирователь для управления намагничивающим током (21) и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) содержат функциональный блок управления (24), который всегда обеспечивает работу упомянутых формирователей в противофазе.
Четвертой особенностью настоящего изобретения (пункт 4 формулы) является то, что в устройстве защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением по пункту 3 упомянутый функциональный блок управления (24) подает напряжение на упомянутые формирователь управления намагничивающим током (21) и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) в различные моменты времени, управляя для этого формирователями импульсами произвольной ширины и произвольной фазы.
Преимущественные эффекты настоящего изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, имеющим первую особенность, наличие формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) позволяет предотвратить повреждение АРН из-за противоэлектродвижущей силы, генерируемой на намагничивающей обмотке (6), и вместе с этим конденсатор (23) используется как независимый источник питания для формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22).
А именно использованием схемы с компенсационной обратной связью в качестве источника питания каждого формирователя как источника питания всей системы можно гарантировать достаточное управляющее напряжение (напряжение на затворе полевого транзистора), обеспечивающее работу формирователя для управления намагничивающим током (21) и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) в области насыщения. В результате этого, можно подавить тепловыделение каждого формирователя во время открытого состояния (ON) и становится возможна миниатюризация каждого формирователя.
В соответствии со второй особенностью настоящего изобретения, использование в каждом формирователе недорогих N-канальных полевых МОП-транзисторов позволяет снизить стоимость всего устройства.
В соответствии с третьей особенностью настоящего изобретения, наличие функционального блока управления (24), который всегда обеспечивает работу формирователей в противофазе, позволяет предотвратить одновременный переход формирователей в открытое состояние (ON).
В соответствии с четвертой особенностью настоящего изобретения, управление формирователями соответствующими импульсами произвольной ширины и произвольной фазы позволяет формировать напряжения соответственно в разные моменты времени.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, показывающая структуру основных компонентов устройства защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.
фиг.2 - временная диаграмма, показывающая управляющие импульсы формирователя для управления намагничивающим током и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки.
Фиг.3 - временная диаграмма, показывающая соотношение между противоэлектродвижущей силой, генерируемой в намагничивающей обмотке, и управляющими импульсами формирователя для управления намагничивающим током и формирователем короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки.
Фиг.4 - блок-схема, показывающая конфигурацию известного электрогенератора с самовозбуждением, имеющего автоматический регулятор напряжения (АРН).
Фиг.5А - схематичное изображение электрогенератора с самовозбуждением, показывающее ток, который протекает в нормальном состоянии.
Фиг.5B - схематичное изображение электрогенератора с самовозбуждением, показывающее ток, который протекает при наличии фазоопережающей нагрузки.
Фиг.6 - схематичное изображение, которое показывает конфигурацию известной схемы короткого замыкания для защиты фазоопережающей нагрузки.
Описание осуществлений изобретения
Далее со ссылками на чертежи будет описано устройство защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением в соответствии с одним осуществлением настоящего изобретения. На Фиг.1 представлена блок-схема, показывающая структуру основных компонентов устройства защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением настоящего изобретения. Компоненты на Фиг.1, имеющие ту же самую конфигурацию, что и на Фиг.4, обозначены одинаковыми цифрами.
Как показано на Фиг.4, электрогенератор с самовозбуждением 1, к которому подсоединено устройство защиты фазоопережающей нагрузки, приводится в движение двигателем и содержит автоматический регулятор напряжения 10, который подает ток, полученный при выпрямлении выпрямителем 11 выходного тока намотанной на электрогенераторе обмотки возбуждения 3, на намагничивающую обмотку 6 в соответствии с изменением выходного напряжения электрогенератора. Для сглаживания выходного напряжения выпрямителя 11 используется конденсатор 12.
Последовательно с намагничивающей обмоткой 6 соединен формирователь для управления намагничивающим током 21, который питает током намагничивания намагничивающую обмотку 6. Этот формирователь для управления намагничивающим током 21 подает ток намагничивания на намагничивающую обмотку 6 переключением его закрытого/закрытого состояния, которое осуществляет схема управления полевым транзистором 23 автоматического регулятора напряжения 10. Формирователь для управления намагничивающим током 21 образован N-канальным полевым МОП-транзистором, использующим в качестве носителей электроны (канал n типа).
Далее, параллельно намагничивающей обмотке 6 подсоединен формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22, который подает ток короткого замыкания на намагничивающую обмотку 6. Этот формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 посылает ток короткого замыкания на намагничивающую обмотку 6 при переключении в открытое состояние в случае, когда на намагничивающей обмотке 6 генерируется противоэлектродвижущая сила. Формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 образован N-канальным полевым МОП-транзистором, использующим в качестве носителей электроны (канал n типа).
Затвор формирователя для управления намагничивающим током 21 подсоединен к ЦП 24 через схему управления полевым транзистором 23. На ЦП 24 от источника питания постоянного тока 26 (15 В постоянного тока), который питает устройство защиты фазоопережающей нагрузки, подается через регулятор напряжения 25 напряжение питания заданной величины (5 В постоянного тока). Кроме того, к схеме управления полевым транзистором 23 через силовой провод 27 подсоединен источник питания постоянного тока 26, как источник питания этой схемы.
Подачей на затвор формирователя для управления намагничивающим током 21 выходного сигнала ШИМ, момент формирования которого регулируется схемой управления полевым транзистором 23, обеспечивается управление переключением открытого/закрытого состояния формирователя для управления намагничивающим током 21, и управление намагничивающим током, который поступает на намагничивающую обмотку 6.
Затвор формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 подсоединен к ЦП 24 через схему с компенсационной обратной связью 30.
Схема с компенсационной обратной связью 30 содержит диод 31, конденсатор 22, оптронную пару 33, состоящую из светодиода 33a и фототранзистора 33b, между затвором и источником формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 соединен конденсатор 32, а к затвору формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 и конденсатору 32 подсоединен через силовой провод 27 диод 31, включенный в проводящем направлении относительно источника напряжения постоянного тока 26.
Выходы оптронной пары 33 подсоединены к затвору формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 и истоку формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 (исток формирователя управления намагничивающим током 21), и таким образом оптронная пара будет подсоединена параллельно конденсатору 32.
Оптронная пара 33 обеспечивает электрическую развязку формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 и ЦП 24. А именно, когда формирователь управления намагничивающим током 21 находится в закрытом состоянии, опорный потенциал формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 будет отличаться от опорного потенциала ЦП 24, и поэтому управляющий сигнал ЦП 24 преобразуется в оптический сигнал, и этим оптическим сигналом будет управляться формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22.
Иными словами, оптронная пара 33 схемы с компенсационной обратной связью 30 и схема управления полевым транзистором 23, получая сигнал управления от ЦП 24, управляют переключением открытого/закрытого (ON/OFF) состояния формирователя управления намагничивающим током 21 и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 независимо друг от друга.
Следовательно, когда под действием сигнала управления от ЦП 24 формирователь управления намагничивающим током 21 будет находиться в открытом (ON) состоянии (электрически проводящем), а формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 будет находиться в закрытом (OFF) состоянии (электрически непроводящем), то на конденсаторе 32 схемы с компенсационной обратной связью 30 будет через диод 31 накапливаться заряд от источника напряжения постоянного тока 26, а при закрытом (OFF) состоянии (электрически непроводящем) формирователя управления намагничивающим током 21 сигнал управления от ЦП 24 преобразуется фотодиодом 33a в оптический сигнал, этим оптическим сигналом фототранзистор 33b будет переведен в электрически проводящее состояние, вследствие чего выход оптронной пары 33 будет замкнут накоротко, и за счет заряда, накопленного на конденсаторе 32, формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 будет работать как от независимого источника питания.
Формирователь управления намагничивающим током 21 и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 управляются, как показано на Фиг.2, управляющими импульсами открыто/закрыто (ON/OFF) от ЦП 24, которые всегда находятся в противофазе (или один из них всегда находится в состоянии ON). Для надежного предотвращения одновременного переключения в состояние ON управляющих импульсов формирователя управления намагничивающим током 21 и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 проводится защита как намагничивающего поля, так и опережения по фазе, предотвращая одновременное короткое замыкание обеих полевых транзисторов за счет создания запаздывания роста передних фронтов управляющих импульсов с одной стороны, и спадания их задних фронтов с другой стороны.
Переключением в открытое состояние (ON) формирователя управления намагничивающим током 21 или формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 можно снизить потери за счет синхронного выпрямления намагничивающего тока и переключения в открытое состояние формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 с использованием для этого паразитного диода, который существует между источником и стоком внутри формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22.
Далее будет подробно описан процесс управления от ЦП 24 формирователем управления намагничивающим током 21 и формирователем короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22.
Поскольку формирователь управления намагничивающим током 21 и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 могут питаться от независимых источников, то становится возможным управлять ими импульсами с произвольной шириной и произвольной фазой в соответствии с программой управления от ЦП 24.
В случае, когда при подаче управляющих импульсов на формирователь управления намагничивающим током 21 и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 подключается фазоопережающая нагрузка, то из-за возрастания намагниченности возбуждение ротора почти не требуется, и поэтому скважность открытого (ON) состояния формирователя управления намагничивающим током 21 может принимать значение, возможно более близкое к нулю.
Иными словами, как показано на Фиг.3, при обычной работе формирователя управления намагничивающим током 21 и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 в режиме переключения (ON/OFF) длительность открытого (ON) состояния формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 устанавливается достаточно большой, и тем самым соответствующие управляющие напряжения можно подавать на формирователь управления намагничивающим током 21 и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 в различающиеся друг от друга моменты времени.
Управлением переключения открытого и закрытого (ON/OFF) состояния формирователя управления намагничивающим током 21 импульсами произвольной ширины и произвольной фазы становится возможным надлежащее управление намагничивающим током.
Кроме того, в момент подсоединения фазоопережающей нагрузки необходимо, чтобы "закрытое состояние формирователя управления намагничивающим током 21 и открытое состояние формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22" было синфазно с генерацией противоэлектродвижущей силы, что может быть легко обеспечено программой управления от ЦП 24.
Далее будет описана работа устройства защиты фазоопережающей нагрузки, когда формирователь управления намагничивающим током 21 и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 переключаются в открытое и закрытое (ON/OFF) состояние управляющими импульсами, показанными на Фиг.3.
Когда при поступлении управляющего сигнала от ЦП 24 формирователь управления намагничивающим током 21 находится в закрытом (электрически непроводящем) состоянии, а формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 находится в открытом (электрически проводящем) состоянии, на конденсаторе 32 схемы с компенсационной обратной связью накаливается черед диод 31 заряд от источника питания постоянного тока 26.
Далее, при закрытом (электрически непроводящем) состоянии формирователя управления намагничивающим током 21 и открытом (электрически проводящем) состоянии формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 ток короткого замыкания, создаваемый противоэлектродвижущей силой, генерируемой на намагничивающей обмотке 6, протекает внутри замкнутой схемы, которая образована намагничивающей обмоткой 6 и формирователем короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22, и тем самым предотвращается влияние противоэлектродвижущей силы на конденсатор 12 в АРН.
Иными словами, в соответствии с описанной выше конфигурацией устройства защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением осуществляется управление переключением открытого/закрытого (ON/OFF) состояния формирователя управления намагничивающим током 21 и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 и подачей тока короткого замыкания на намагничивающую обмотку 6 в момент, когда формирователь управления намагничивающим током 21 находится в закрытом состоянии, а формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 - в открытом состоянии, может быть предотвращено повреждение схемы АРН (конденсатор 12 и др.) противоэлектродвижущей силой, возникающей на намагничивающей обмотке 6.
В соответствии с описанной выше конфигурацией устройства защиты фазоопережающей нагрузки, в формирователе управления намагничивающим током 21 и формирователе короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 используются N-канальные МОП-транзисторы, которые питаются от независимых источников питания, построенных на схеме с компенсационной обратной связью 30. Поэтому можно обеспечить достаточное напряжение на затворах для работы полевого МОП-транзистора каждого формирователя в области насыщения, при этом формирователь управления намагничивающим током 21 и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 могут работать в области насыщения при использовании одного источника напряжения постоянного тока 26 всей системы, тем самым можно подавить тепловыделение полевых МОП-транзисторов (обеспечивается снижение тепловых потерь). В результате, становится возможным использование таких миниатюрных элементов, как полевые МОП-транзисторы, в частности, для этого подходят дешевые N-канальные МОП-транзисторы большой мощности.
Далее будет проведено сравнение описанного выше устройства защиты фазоопережающей нагрузки со схемой автоматического смещения, показанной на фиг.6, используемой в качестве схемы короткого замыкания для защиты фазоопережающей нагрузки.
Прежде всего, транзисторы защиты фазоопережающей нагрузки (транзисторы 42 и 43), которые управляются схемой автоматического смещения 40, не могут управлять моментами возбуждения (пассивная работа). То есть в случае использования схемы автоматического смещения 40 транзисторы 42 и 43 не работают до тех пор, пока не будет подсоединена фазоопережающая нагрузка и в намагничивающей обмотке 6 не возникнет противоэлектродвижущая сила. Поэтому при реализации АРН в цифровом виде (управление от микрокомпьютера) для управления полевым транзистором 14 формирования намагничивающего тока при подсоединении фазоопережающей нагрузки непосредственно от микрокомпьютера необходимы схема для предотвращения одновременного переключения в открытое состояние (короткое замыкание) транзисторов защиты фазоопережающей нагрузки (транзисторы 42 и 43) и полевого транзистора 14 формирования намагничивающего тока.
С другой стороны, в описанном выше устройстве защиты фазоопережающей нагрузки ЦП 24 управляет формирователем управления намагничивающим током 21 и формирователем короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22, используя для этого схему с компенсационной обратной связью 30, такое микрокомпьютерное управление может проводиться в соответствии с заданной программой, и потому этой программой может быть предотвращено возникновение одновременного переключения в открытое состояние (короткое замыкание) обоих формирователей.
Кроме того, даже если в ЦП 24 не используется программное управление от микрокомпьютера, те же самые эффекты (подавление тепловыделения и миниатюризация) могут быть получены при управлении формирователем управления намагничивающим током 21 и формирователем короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22 логической схемой с инверсной логикой.
Далее, когда схема короткого замыкания для защиты фазоопережающей нагрузки построена на схеме автоматического смещения 40, то, как это было отмечено выше, транзисторы 42 и 43 не будут работать до тех пор, пока не будет подсоединена фазоопережающая нагрузка и на намагничивающей обмотке 6 не возникнет противоэлектродвижущая сила. Режимом, когда происходит отказ транзисторов и полевых транзисторов, является короткое замыкание, и в случае, когда полевой транзистор (транзистор) формирования намагничивающего тока 14 в схеме автоматического смещения 40 замыкается накоротко и отказывает, существует возможность того, что электрогенератор с самовозбуждением 1 продолжит генерировать на выходе напряжение, величина которого будет выше номинального значения.
В отличие от этого, в устройстве защиты фазоопережающей нагрузки, в соответствии с осуществлением настоящего изобретения, в момент времени, когда произойдет отказ из-за короткого замыкания формирователя управления намагничивающим током 21 или формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки 22, оба полевых транзистора отказывают, поскольку состояние короткого замыкания образуется в обоих полевых транзисторах, и блок АРН отказывает, однако намагничивающий ток не будет протекать, и потому выходное напряжение электрогенератора не возрастает, что предотвращает возможность того, что электрогенератор продолжит выдавать напряжение, которое будет выше номинального значения.
Список ссылок
1 - электрогенератор с самовозбуждением
2 - генераторная обмотка
3 - обмотка возбуждения
4 - двигатель
5 - ротор
6 - намагничивающая обмотка
7 - постоянный магнит
8 - щетка
9 - нагрузка
10 - автоматический регулятор напряжения (АРН)
11 - выпрямитель
13 - запирающий диод
14 - транзистор (полевой транзистор формирования намагничивающего тока)
15 - формирователь намагничивающего тока
21 - формирователь управления намагничивающим током
22 - формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки
23 - схема управления полевым транзистором
24 - ЦП (функциональный блок управления)
25 - источник регулируемого напряжения
30 - схема с компенсационной обратной связью
32 - конденсатор
33 - оптронная пара
40 - схема автоматического смещения
1. Устройство защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением, отличающееся тем, что в электрогенераторе с самовозбуждением (1), содержащем автоматический регулятор напряжения (10), который подает ток, полученный выпрямлением выходного тока обмотки возбуждения (3), намотанной на электрогенераторе, приводимом в движение двигателем, на намагничивающую обмотку (6) в соответствии с изменением выходного напряжения электрогенератора, имеется:
формирователь управления намагничивающим током (21), подсоединенный последовательно к упомянутой намагничивающей обмотке (6) для подачи намагничивающего тока на упомянутую намагничивающую обмотку (6), управляемый переключением открытого/закрытого состояния схемой формирования (23), которая имеется в упомянутом автоматическом регуляторе напряжения (10); и
формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22), подсоединенный параллельно к упомянутой намагничивающей обмотке (6) и подающий ток короткого замыкания на намагничивающую обмотку (6) при переключении в открытое состояние,
подсоединена схема с компенсационной обратной связью (30), как источник питания упомянутых формирователя управления намагничивающим током и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки, и
упомянутая схема с компенсационной обратной связью (30) имеет конденсатор (32), на котором накапливается заряд во время открытого состояния упомянутого формирователя управления намагничивающим током (21).
2. Устройство защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением по п.1, отличающееся тем, что упомянутые формирователь управления намагничивающим током (21) и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) построены на N-канальных полевых МОП-транзисторах.
3. Устройство защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением по п.1, отличающееся тем, что имеется функциональный блок управления (24), который всегда обеспечивает работу в противофазе упомянутых формирователя управления намагничивающим током (21) и формирователя короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22).
4. Устройство защиты фазоопережающей нагрузки электрогенератора с самовозбуждением по п.3, отличающееся тем, что упомянутый функциональный блок управления (24) подает напряжение на упомянутые формирователь управления намагничивающим током (21) и формирователь короткого замыкания ротора для защиты фазоопережающей нагрузки (22) в различные моменты времени, управляя для этого формирователями импульсов произвольной ширины и произвольной фазы.
