Регулятор напряжения для синхронного генератора

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК 9 3 ОПИСА ОБРЕТЕЛЬСТВУ Р 12 8)детельство СССР9/30, 1979,итании Р 1445834; ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(54)(57) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащийвыходной усилитель, выполненный надвух транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттерпервого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второготранзистора подключен к минусовойшине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистори эмиттерно-коллекторный переход 801008877 А я 3.,. нф" .фф .;(%ЙФТФИ,управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу широтно- импульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к якорным обмоткам генератора, при этом между коллектором второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунтирующий диод, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества электроэнергии и надежности, дополнительно. введены транзистор, два конденсатора и резистор, при этом один из конденсаторов подключен между плюсовой и минусовой. шинами питания один из выводов вто- РС рого конденсатора доединен с коллек- Е торами дополнительного и управляющего транзисторов, база дополнительного транзистора через резистор соединена с минусовой шиной питания и свободным выводом второго конденсатора, а эмиттер дополнительного тран. зистора подключен к коллектору первого транзистора выходного усилителя, 1008877Изобретение относится к электротехнике и может быть использованопри комплексной автоматизации авто.номных систем электроснабжения, например систем электроснабжения транспортных средств.5Известны регуляторы напряжениядля синхронных генераторов, содержащие измерительный орган, а такжепромежуточный и выходной усилители,соединенные с обмоткой возбуждения 10генератора. Для повышения динамической точности регулирования путемфорсировки спада тока в обмотке возбуждения в цепь диода, шунтирующегообмотку возбуждения, введен дополнительный резистор 1).Введение такого резистора ускоряет скорость спадания тока в обмоткевозбуждения при отключении выходногоусилителя, однако при их использовании воэникает необходимость в применении высоковольтных ключей в регуляторе, рассчитанных на тем большеенапряжение, чем быстрее происходитспад тока в обмотке возбуждения (т.е. 25 чем большее сопротивление вводитсяв цепь возбуждения), что вызываетбольшие потери мощности в добавочном. резисторе, увеличивает потери в генераторе за счетпеременной составляющей в токе возбуждения, обуслов-. ленной быстрым спадом тока, в статических режимах и приводит к перенапряжениям на генераторе при пробое силового ключа.Известен также регулятор напряжения, в котором обмотка возбуждения генератора включена последовательно с двумя ключами, установленными по обе стороны обмотки возбуждения, которые синхронно управляются от одно го общего транзистора, а для обеспечения возможности замыкания тока возбуждения введены два диода, каждый из которых шунтирует один из ключейтак, что при закрывании обоих тран зисторов в цепь .обмотки возбуждения вводится противоЭДС аккумуляторной батареи, что позволяет ускорить динамические процессы регулирования 2) .Недостатки данного устройства - неработоспособность при отключении аккумуляторной батареи, а также пульсации тока в цепи аккумуляторной батареи. Возможность возникновения перенапряжений приводит к необходимости установки дополнительных элементов защиты и применения высоковольтных транзисторов. Наиболее близок к предлагаемому регулятор напряжения для синхронного 60 генератора, содержащий выходной усилитель, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены,для подсоединения к обмотке возбуждения генера тора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора через широтно-импульсный модулятор связана с выходом якорных цепей генератора, при этом между коллектором второго транзистора и плюсовой шиной питания включен шунтирующий диод 31 .Недостатком известного регулятора является необходимость его питания от источника, допускающего рекуперацию энергии. В то же время в большинстве транспортных средств питание регулятора осуществляется через выпрямитель от независимого вспомогательного источника (подвозбудителя). В этом случае источник питания не допускает рекуперацию энергии, поэтому при запирании силовых ключей они оказываются под высоким напряжением, вызванным ЭДС - самоиндукции ббмотки возбуждения. Кроме того,в генераторе возникают дополнительные потери,обусловленные пульсацией тока возбуждения в статических реяИмахВсе это приводит к низкому качеству энергии основного источника и снижению надежности регулятора напряжения.Цель изобретения - повышение качества электроэнергии и надежности.Поставленная цель достигается тем, что в регулятор напряжения для синхронного генератора, содержащий выходной усилитель, выполненный на транзисторах разного типа проводимости, коллекторы которых предназначены для подсоединения к обмотке возбуждения генератора, эмиттер первого транзистора соединен с плюсовой шиной питания, эмиттер второго транзистора подключен к минусовой шине питания, а базы указанных транзисторов через последовательно включенные токоограничивающий резистор и эмиттерно-коллекторный переход управляющего транзистора соединены между собой, база управляющего транзистора подключена к выходу широтно- импульсного модулятора, вход которого предназначен для подключения к якорным обмоткам генератора, при этом между коллектором второго транзистора усилителя и плюсовой шиной включен шунхирующий диод, дополнительно введены транзистор, два конденсатора и резистор, при этом один из конденсаторов включен между плюсовой и минусовой шинами питания, ;один из выводов второго конденсатора соединен с коллекторами дополнителького и управляющего транзисторов,.база дополнительного транзисторачерез резистор соединена с минусовойшиной питания и свободным выводомвторого конденсатора, а эмиттер до-.полнительного транзистора подключенк коллектору первого транзистора выходного усилителя.На чертеже, приведена принципиальная схема регулятора напряжения,включенного в систему регулированиятока возбуждения бескантактного синхронного генератора.Выходной усилитель регуляторанапряжения выполнен на транзисторах1 и 2 разного типа проводимости, кколлекторамкоторых подключаетсяобмотка 3 возбуждения генератора(например, возбудитель основногогенератора). Эмиттер транзистора 2подключен к минусовой шине, а базытранзисторов 1 и 2 через токоограничивающий резистор 4 и эмиттерно-коллекторный иереход управляющего транзистора 5 соединенымежду собой, База управляющего транзистора 5 подключена к выходу широтно-импульсногомодулятора (ШИМ) 6, вход которогопредназначен для подключения к якорным обмоткам 7 основного генератора,Между коллектором транзистора 1 усилителя и выводом обмотки возбуждениявключен шунтирующий диод 8, Дополнительно введенный транзистор 9 эмиттером подключен к коллектору транзистора 2, а коллектором - к коллекторууправляющего транзистора 5. Базатранэйстора 9 через резистор 10 подключена кминусовой шине питания.Конденсатор 11 подключен одним выводом к коллектору управляющего транзистора 5, а другим выводом - к минусовой шине. Конденсатор 12 подключен между плюсовой и минусовой шиками питания, В этом варианте реализации шины питания образованы выпрямителем 13, к которому подсоединеныякорные выводы обмотки 14 подвозбудителя, индуктором которого являетсяротор 15. Обмотка 3 возбуждения является индуктором для генераторавозбудителя, якорные обмотки 16 которого через выпрямитель 17 соединяются с основной обмоткой 18 возбуждения. Резисторы 19 и 20 в регуляторенапряжения служат для исключения режима оборванной базы при запираниитранзисторов 1 и 2,Устройство работает следующимобразом.В статических режимах ШИМ 6 пос тоянно открывает и закрывает управляющий транзистор 5 с определеннойскважностью, определяемой напряжением генератора 7 и периодичностьюТр, определяемой характеристикамиШИМ 6, При отпирании транзистора 5конденсатор 11 разряжается на базовый переход транзистора 2 через транзистор 5, отпирая транзистор 2. Одновременно с этим ток, протекающий через резистор 4, вызывает отпирание транзистора 1 и через обмотку 3 воэ буждения протекает ток.Так как современные транзисторыдопускают режим оборванной базы, то резисторы 19 и 20 не являются обязательными.10 При запирании транзистора 5 транзистор 2 также запирается, а транзистор 1 остается в насыщенном состоянииза счет тока, протекающЕго черезрезистор.4 и заряжающего конденсатор 15 11, Постоянная. времени заряда конденсатора 11 выбирается таким образом, чтобы к .моменту следующего отпирания транзистора 5 конденсатор 11не успел зарядиться, т,е. чтобы транзистор 1 не Успел запереться. В ре.зультате запирания транзистора 2 ЭДСсамоиндукции обмотки 3 возбуждениясоздает ток через шунтирующий диод8 и насыщенный транзистор 1. Такойрежим имеет место при отсутствии переходных процессов в системе регулирования, т.е. в статических режимах. Пульсации тока возбуждения вэтом режиме определяются только частотой работы широтно-импульсного моЗ 0 дулятора и параметрами обмотки возбуждения.При переходном режиме, вызванном.сбросом нагрузки, транзистор 5 запирается, вызывая запирание транэисто ра 2. Спустя некоторое время, определяемое постоянной времени зарядаконденсатора 11, конденсатор 11 заряжается и транзистор 1 выходит изнасыщения, тем саум прерывая ток от 40 ЭДС самоиндукции обмоткй 3 возбуждения. Вследствие этого происходитувеличение напряжения на обмотке 3возбуждения. Так как потенциал коллектора 2 не может увеличиться боль ше, чем напряжение на выходе выпрямителя 13, то происходит снижение.потенциала на коллекторе транзистора 1, Как только этот потенциал станет ниже потенциала минусовой шиныпитания, произойдет отпирание, травэистора 9, он выйдет из запиранияи будет поддерживать транзистор 1в активном режиме таким образом,чтобы потенциал на его коллектореприблизительно равнялся потенциалуминусовой шины питания. Такое состояние будет иметьместо до тех пор,пока энергия, накопленная в .обмотке3 возбуждения, не израсходуется втепловую в активном сопротивлении 60 обмотки 3 возбуждения и в цепи коллектора транзистора 1. После этоготранзистор 9, а следовательно, итранзистор 1 закроются.Максимальное .напряжение на коллек 65 торах транзисторов 1 и 2 не превы1008877 Составитель А. ЛебедевРедактор Л. Пчелннская Техред М, Гергель Коррект зятко Подписномитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5 аказ 2 356/66 . Тираж 685 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушскпиал ППП фПатентфф, г. Ужгород, ул. Проектная, .4Р шает напряжение на выходе, выпрямителя 13, что позволяет использовать в схеме регулятора напряжения низковольтные ключи.При пробое силового транзистора 2 функцию ключевого элемента берет на себя транзистор 1. Частота его включения при этом определяется не , величиной периода Твв, а постоянной времени заряда конденсатора 11.форСВровка спада тока возбуждения обеспечивается введением в цепь обмотки возбуждения нелинейного элемента, Падение напряжения на котором равнонапряжению питания. Предлагаемый регулятор напряжения позволяет сократить выброс напряжения при сбросе нагрузки до величины, определяемой только падениемнапряжения на сверхпереходном реак 5 тансе генератора, что улучшает качество электроэнергии, а в результате наличия двух ключевых элементов регулятор обладает высокой на.дежностью. Кроме того, это позволяетО исключить из системы энергоснабжения электромеханический выключатель,подающий питаниена регулятор при. включении возбуждения,