Регулятор напряжения для электромашинного генератора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1705999 А 1 1)5 Н 02 Р 9/3 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ский, проектно- логический инсашиностроен тротяжмаш" им. азьмин, Б,Л,Кис(71) Научно-исследовательконструкторский и технотитут тяжелого электромХарьковского завода "ЭлекВ.И,Ленина(54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ГЕНЕРАТОРА(57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления током возбуждения генераторов как постоянного, так и переменного тока, работающих в составе автономных энергосистем. Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора. Особенностью выполнения регулятора является наличие новых связей интегратора 3 с1705999 О ос(1)= К 1(Чг+О п(с,35 40 45 выходами измерительного органа 1, что позволяет сузить зону работы интегрального канала до величины, достаточной для компенсации ошибки пропорционального канала, но при этом исключить перерегулирование в переходных режимах. ВыполнеИзобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования напряжения электромашинных генераторов (постоянного и переменного тока) преимущественно автономных транспортных средств.Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной авто- подстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора,На чертеже приведена принципиальная схема регулятора напряжения электромашинного генератора,Регулятор напряжения реализует принцип ПИ-регулирования и состоит иэ измерительного органа 1, компаратора 2, интегратора 3, усилителя 4 мощности, выход которого предназначен для соединения с обмоткой 5 возбуждения генератора, а вход подключен к выходу компаратора 2, Измерительный орган 1 представляет собой нелинейный измерительный мост и выполнен на резистивном делителе напряжения из последовательно соединенных резистора 6, регулируемого резистора 7 и резистора 8, составляющих первое плечо, и последовательно включенных резистора 9, стабилитрона 10 и опорного стабилитрона 11, составляющих второе плечо, крайние выводы обоих плеч связаны с выводами 12 и 13 регулятора напряжения, которые являются измерительными входами и предназначены для подключения к выходу датчика напряжения регулируемого генератора или непосредственно к якорной обмотке регулируемого электромашинного генератора в случае, если этот генератор является машиной постоянного тока. Средние точки указанных плеч образуют первый движок резистора 7) и второй (катод опорного стабилитрона 11) выходы измерительного органа 1, Компаратор 2 и интегратор 3 выполнены соответственно на операционных усилителях 14 и 15 инвертирующими и 5 10 15 20 25 30 ние реэистивных делителей 16,17 и 18,19 с одинаковым коэффициентом деления обеспечивает воэможность автоподстройки при изменении выходного уровня регулирования напряжения. 1 э,п. ф-лы, 1 ил,неинвертирующими входами и содержат два резистивных делителя 16, 17 и 18, 19 с одинаковыми коэффициентами деления и три резистора 20-22, Крайние выводы обоих делителей подсоединены между первым выходом нелинейного моста и анодом опорного стабилитрона, а средний вывод первого делителя 16, 17 соединен с неинвертирующим входом компаратора, средний вывод второго делителя соединен с инвертирующим входом интегратора, Резисторы 20 и 21 одним из выводов подключены к второму выходу нелинейного моста, а другими аыводами - соогветственно к инвертирующему входу компаратора и неинвертирующему входу интегратора, Выход интегратора через резистор 22 связан с инвертирующим входом компаратора,Регулятор работает следующим образом,На измерительные входы 12 и 13 измерительного органа 1 подается напряжение от датчика напряжения регулируемого электромашинного генератора или непосредственно от якорной обмотки в случае, если этот генератор является машиной постоянного тока, В последнем случае это же напряжение используется и для питания регулятора напряжения, как показано на чертеже,На первом ьыходе измерительного органа формируетсп сигнал обратной связи по напряжению регулируемого генератора где Чг - среднее значение входного сигнала на клеммах 12 и 13 регулятора;Оп(1) - МГНОВЕННОЕ ЭНаЧЕНИЕ НаЛОжЕН- ного напряжения пульсаций;К 1 - коэффициент схемы измерительного органа.На втором выходе измерительного органа формируется задающий сигнал опорного напряжения Чоп=сопзт. Сигнал, снимаемый с первого выхода измерительного органа, через резистивные делители 16-19 подается соответственно на неинвертирующий вход компаратора 2 (операционный усилитель 14)и на инвертирующий вход интегратора 3 (операционный усилитель 15), Сигнал опорного напряжения, снимаемый с второго выхода измерительного органа, через резистор 20 подается на инвертирующий вход компаратора, а через резистор 21 - на неинвертирующий вход интегратора Таким образом на входах компаратора происходи г сравнение сигнала обратной связи по напряжению регулируемого генератора с сигналом уставки и формируется сигнал ошибки, равный Л О(1)=Оост)-Чоп,При Л О(1)0с выход компаратора 2 переходит в состояние высокого уровня, что приводит к запиранию выходного транзистора усилителя 4 мощности и отключению обмотки возбуждения регулируемого генератора от источника питания, при Л О(т)0 выход компаратора 2 переходит в состояние низкого уровня, что приводит к включению выходного транзистора усилителя 4 мощности и к подключению обмотки 5 возбуждения генератора к источнику питания, При подключении обмотки 5 возбуждения к источнику питания ток в ней нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени цепи питания обмотки возбуждения, при отключении обмотки 5 возбуждения от источника питания ток в ней снижается также по экспоненциальному закону, но с постоянной времени самой обмотки возбуждения, Среднее значение тока в обмотке возбуждения (в установившемся режиме) определяется напряжением источника питания и скважностью импульсов на выходе компаратора 2, При этом среднее значение напряжения на выходе электромашинного генератора для генератора постоянного тока) равно где 18 - среднее значение тока в обмотке 5 возбуждения;щ - частота вращения ротора электро- машинного генератора;Л 0 - падение напряжения, учитывающее падение чапряжения в якорной цепи и реакцию якоря;С 1 - константа;Кнас - коэффициент, учитывающий нелинейность магнитной цепи генератора. При отклонении Ч, от заданного значения, например при изменении частоты враЧг=С 1 КнасШ 1 в-Л О,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щения ро гора генера ора, опрсделенным образом меняется сигнал ошибк. з эхоах компаратора 2 и изменяют я,с овна переключения компаратора, Это приводит к соответствующему изменен о тока возбуждения генератора; воггчовлению апряжения регул,:р;.:,с;, ечеоагора практически на преж,ем уров ., Гаким образом регулятор на и пяж ., ч я" с печивает стабилизацию нап рчже .юе улируемого генератора при изменении в ш фро.их пределах частоты вращения ротора, т ка нагрузки и т.д,Ошибка регулирования, возникагощая при работе пропорциональнг:и канала регулирования, компенсируется интегральным каналом аналогично тому, как эго выполняется в известных ПИ-регуляторах. Особенность интегрального канала регулятора напряжения по предлагаемому изобретению заключается в том, чт первый вых.,д измерительного органа 1 через второй резистивный делитель 18, 19 подключен к инвертирующему входу интегратора 3: ьторои выход измерительного органа 1 подключен к неинвертирующему входу интегратора 3 через резистор 21, а выход интегратора 3 через резистор 22 подключен к инвертирующему входу компаратора 2. Для согласования работы пропорционального и интегрального каналов регулирования ко эффициенты деления резистивных делителей 16-19 должны быть одинаковымл. Благодаря этому отпадает необходимость в изменении параметров схемы регулятора напряжения при настройке его(движком резистора 7) на новое заданное значение выходного напряжения регулируемого генератора, Подключение выхода интегратора к инвертирующему входу компаратора через резистор 22, который вместе с резистором 20 образует резистивный делитель напряжения, обеспечивает работу интегратора 3 в узкой зоне, достаточной для компенсации ошибки регулирования пропорционального канала, в то же время дает возможность исключить сильное перерегулирование в переходных режимах работы электромашинного генератора (например, при сбросах или набросах нагрузки). Погрешность регулятора напряжения дополнительно снижена симметрированием напряжения питания интегратора 3 и компаратора 2 путем включения между резистором 9 и опорным стабилитроном 11 дополнительного однотипного стабилитрона 10, как показано на чертеже, и подключением входов питания компаратора и интегратора соответственно к катсдудопол1705999 Составитель Ю.ГусевскийРедактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Заказ 202 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 нительного и аноду опорного стабилитронов,Формула изобретения 1. Регулятор напряжения для электро- машинного генератора, содержащий измерительный орган в виде нелинейного моста, одно плечо которого выполнено на резистивном делителе, а другое состоит из последовательно соединенных между собой резистора и опорного элемента, причем крайние выводы обоих плеч попарно объединены и предназначены для соединения с выходом датчика регулируемого параметра, а промежуточные выводы от каждого из указанных плеч соединены с первым и вторым выходами измерительного органа соответственно, компаратор с инвертирующим и неинвертирующим входами и выводами для соединения с источником питания, интегратор с инвертирующим и неинвертирующим входами и выводами для соединения с источником питания, усилитель мощности, выход которого предназначен для соединения с обмоткой возбуждения генератора, а вход подключен к выходу компаратора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечения взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора, в него дополнительно введены первый и второй резистивные делители с одинаковыми коэффициентами деления и три резистора, причем первые крайние выводы обоих дополнительных делителей под соединены к первому выходу нелинейногомоста, вторые крайние выводы обоих дополнительных делителей подключены к общей точке соединения опорного элемента с резистивным делителем нелинейного моста, а 10 средний вывод первого делителя соединенс неинвертирующим входом компаратора, средний вывод второго делителя соединен с инвертирующим входом интегратора, первый и второй дополнительные резисторы 15 одними из выводов подключены к второмувыходу нелинейного моста, а другими выводами - соответственно к инвертирующему входу компаратора и неинвертирующему входу интегратора, при этом выход интегра тора через третий дополнительный резистор связан с инвертирующим входом компаратора. 2. Регулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что опорный элемент выполнен издвух последовательно соединенных стабилитронов, при этом общая точка соединения анода первого стабилитрона и катода второго соединена с вторым выходом измери тельного органа, а выводы для подключенияисточника питания интегратора и компаратора подключены соответственно между катодом первого стабилитрона и анодом второго стабилитрона,