Полупроводниковый регулятор напряжения для электрического генератора

 

(72) Авторы изобретемия

И. А. Тимофеев и Н. П. Чумаков (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулирования напряжения электрических генераторов, преимущественно для генераторных

5 установок автономных систем энергоснабжения.

Известен контактно-транзисторный регулятор напряжения для генерато- .. 1 ров постоянного и переменного тока, содержащий силовой транзистор, нели нейное сопротивление, управляющее реле и релейный элемент защиты сило-. вого транзистора от коротких замы.каний обмотки возбуждения на массу (13, Однако в этом регуляторе напряжения частота переключения транзисторного ключа в процессе регулирования нестабильна, а малое быстродействие схемы защиты от коротких замыканий в цепи обмотки возбуждения не позволяет надежно защищать силовой транзистор.

Известен также регулятор напряжения для электрического генератора, содержащий измерительный блок, коммутирующий транзистор с сопротивлением в- коллекторной цепи, исполнительный блох на силовых транзисторах, блок защиты от короткого замыка ния в цепи обмотки возбуждения, выполненный на транзисторе, резисторах и конденсаторе (2).

Однако слабая помехазащищенность схемы защиты от короткого замыкания в цепи обмотки возбуждения такого ре

i гулятора напряжения приводит к ложным запираниям силового транзистора и полному развозбуждению генератора, а это увеличйвает количество срабаты- ваний контактора, включающего в сеть электрооборудования электрический генератор, что уменьшает его срок службы и приводит к дополнительному разряду аккумуляторной батареи. Указанный недостаток проявляется и при пе3 98>g6 ремежающем коротком замыкании обмо1ки возбуждения на массу.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является полупроводниковый регулятор напряжения для электрического генератора, содержащий входной резистивный делитель ,напряжения, крайние выводы которого предназначены для подключения к якорным цепям генератора, а средняя точка соединена с инвертирующим Входом компаратора, неинвертирующий:вход которого подключен к выходу источника эталонного напряжения, промежуточный усилитель, выход которого свя- 5 зан СО Входои силОВОГО транзистОрнО

r.o ключа, Выход которого предназначен „щадя соединения с одним из выво Дов Обмотки возбуждения электрического генератора и,катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора, анод которого соединен с общей шиной питания 1,3 3.

Недостатком известного регулятора является низкая надежность, вызванная отсутствием защиты выходного транзистора от коротких замыканий на массу, а также низкое качество электрОэнерГии из-за заВисимОсти час тоты переключений транзисторов от ре- >< жима работы, что вызывает низкочас тотную модуляцию выходного напряжения якорных цепей электрического генератора.

Целью изобретения является повы35 шение надежности и улучшение качества энергии.

Указанная цель достигается тем, что в регулятор .напряжения для элект" рического генератора, содержащий вход-„„ ной резистивный делитель напряжения, крайние выводы которого предназначены для подключения к якорным цепям генератора, а средняя точка ,соединена с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход ко:торого подключен к выходу источника эталонного напряжения, промежуточный усилитель, выход которого связан со Входом силового транзисторного

50 ключа, выход которого предназначен для соединения с одним из выводов обмотки возбуждения генератора и катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора, анод которо55 го соединен с общей шиной источника питания, введены генератор тактовых импульсов, цепь положительной обратной связи, элемент И и элемент ИЛИ, 8 4 выхОд KGTGpol О подключен ко входg промежуточного усилителя, крайние, Выводы кОтОрого предназначены для подключения к якорным цепям электрического генератора. а средняя точка соединена с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, промежуточный усилитель, выход которого предназначен для соединения с Одним из выводов обмотки возбуждения rенераropa и катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора, анод которого соединен с общей шиной источника питания, а первый и второй входы соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и выходу элемента И, первый Вход которого СЬединен с выходом компаратора, а второй - через цепь положительной обратной связи - с выходом силового транзисторного ключа.

Кроме того, в устройство дополнительно введены генератор пилообразного напряжения и емкостный делитель,. включенный между Общей шиной электрического генератора или выходом генератора пилообразного напряжения, синхронизирующий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход емкостного делителя подключен к инвертирующему Входу компаратора.

На чертеже представлена блок-схема регудятора напряжения, Регулятор напряжения содержит резистивный делитель 1 напряжения, выполненный на резисторах 2 и крайние выводы которого предназначены для подключения к якорным цепям электрического генератора, генератор 4 пилообразного напряжения, емкостный,делитель 5, выполненный на емкостях 6 и 7 и включенный между общей шиной электрического генератора и, выходом генератора 4 пилообразного напряжения, источник 8 эталонного напряжения, генератор 9 тактовых импульсов, компаратор 10, инвертирующий вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя .1 и выходом емкостного делителя 5, а неинвертирующий вход соединен с выходом источника

9 эталонного напряжения. Элемент

ИЛИ 11, первый вход которого подключен к выходу. генератора 9 тактовых импульсов, подключенному так5 9839 же к синхронизирующему входу генератора 4 пилообразного напряжения, элемент И 12, у которого первый вход соединяется с выходом компаратора. 10,. а выход - со вторым ехо«« дом элемента ИЛИ 11, промежуточный усилитель 13, цепь 14 положительНоН Обратной связи, cHFIGBGH транзисторный ключ 15, обмотку возбуждения 16, зашунтированную диодом Io

17. Выход транзисторного ключа 15 сосдинен с одним из выводов обмотки

l6 возбуждения и через цепь 14 полОжительнОЙ ОбратнОй связи подсоедц нен ко второму входу элемента И 12. 1з

Выход элемента ИЛИ 11 подключен ко входу промежуточного усилителя 13, соединенному со входом транзисторного ключа 15.

Регулятор напряжения работает N следующим образом.

Генератор 9 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы, скважность которых. составляет 0=200-400, а частота выбирается из условий мак- 2$ симальной частоты переключения тоан.зисторного ключа 1.5. Тактовые импульсы проходят через элемент ИЛИ 11, и усиленные промежуточные усилители 13 крат,ковременно открывают транзисторный ключ 15. Такое кратковременное отк рывание транзисторного ключа 15 не оказывает влияния на величину тока .возбуждения в процессе регулирования. При напряжении электрического ге нератора ниже заданного на выходе компаратора l0 появляется сигнал, разрешающий прохождение сигнала положительной обратной связи через цепь 14 положительной обратной связи с выхода транзисторного ключа 15.

После прихода очередного тактового импульса транзисторный ключ 15 открывается, и сигнап положительной обратной связи через элемент И 12, we- . мент ИЛИ 11, усиленный промежуточ-. ным усилителем 13, поступает на вход транзисторного ключа 15 и удерживает его e .открытом состоянии. Ток через обмотку 16 возбуждения увеличивается, а следовательно, увеличивает- ся и напряжение на электрическом генераторе, .и когда оно превысит заданное, на выходе компаратора 10 появится сигнал, заключающий прохождение сигнала положительной обратной связи с выхода транзисторного ключа 15. Транзисторный ключ 15 закрывается. Ток через обмотку возбуждения уменьшается, а следовательно, уменьшается и напряжение на электрическом генераторе. Далее Описанные процессы повторяются.

При коротком замыкании на массу в цепи обмотки 16 возбуждения тактовые импульсы открывают транзисторный ключ 16. Однако отсутствие сигнала положительной Обратной связи не позволяет удерживать его в открытом состоянии на время действия разрешающего импульс с выхода компаратора 10 . При длительном коротком замыкании электрический генератор развозбуждается .

Открывание транзисторного ключа 15 на время действия тактовых импульсов пуи коротком замь кании не приводит его к выходу из строя, так как средняя мощность, выделяемая на нем, мала вследствие большой скважности тактовых импульсов.

После устранения короткого. замы-. кания в цепи обмотки 16 возбуждения появляется сигнал положительной Обратной связи с выхода транзисторного ключа 15 и нормальная работа регулятора напряжения восстанавливается., Введением в регулятор напряжейия генератора 4 пилообразного напряжения и емкостного делителя 5 осуществляется стабилизация частоты переключения транзисторного ключа 15.

Напряжение пилообразной формы с. выхода генератора 4 пилообразного напряжения, засинхронизированного тактовыми импульсами от генератора

9 тактовых импульсов, поступает на

1вход емкостного делителя 5. На ин.вертирующем входе компаратора 10 появится напряжение с выхода резистивного делителя 1, пропорциональное напряжению генератора постоянного или переменного тока и промодулированное пилообразным напряжением, которое пропорционально пилообразному напряжению с выхода генератора

4 пилообразного напряжения . Иодулирование напряжения с выхода резистивного делителя 1 обеспечивает изменение напряжения на инвертирующем вхо-, де 10 относительно его неинвертирующего входа с постоянной частотой, определяемой генератором 9 тактовых импульсов. Следовательно, и разрешающий сигнал на выходе компаратора 10 будет иметь постоянную частоту а его скважность будет опреде983968

Формула изобретения одписное

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

7 ля гься величинами напряжений с выхода резистивного делителя 1 и источника 8 опорного напряжения.

Предлагаемое выполнение регулятора напряжения обеспечивает его высокую надежность и позволяет стабилизировать частоту переключения транзисторного ключа, а следовательно, повышает качество электроэнергии.

1. Полупроводниковый регулятор напряжения для электрического генератора, содержащий входной резистивный делитель напряжения, крайние выводы которого предназначены для подключения к якорным цепям генератора, а средняя точка соединена с инвертирующи4 входом компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника эталонного напряжения, промежуточный усилитель, выход которого связан с входом силового транзисторного ключа, выход которого предназначен для соединения с одним из выводов обмотки возбуждения электрического генератс ра и катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора, анод которого соединен с общей шиной пигания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены генератор тактовых импульсов, цепь положительной обратной связи, элемент

И и элемент ИЛИ, выход которого.подключен к входу промежуточного усилителя, а первый и второй входы соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и выходу элемента

И, первый вход которого соединен с выходом компаратора, а второй - через цепь положительной обратной связи - с выходом силового транзисторного ключа.

2. Полупроводниковый регулятор поп, 1, отли чающий с я тем, что, с целью повышения качества электроэнергии, дополнительно введены генератор пилообразного напряжения и емкостный делитель, вклю20 ченный между общей шиной питания и выходом .генератора пилообразного напряжения, синхронизирующий вход которого подключен м выходу генератора тактовых импульсов, а выход емкостного делителя подключен к инвертирующему входу компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР зо N 276220, кл. Н 02 Р 9/30, 1970

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2673594/24-07. кл. H 02 P 9/30, 1978.

3, Авторское свидетельство СССР

М 592002, кл. Н 02 Р 9/30, 1978.