Устройство для регулирования напряжения электрического генератора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 01 ЗШ Н 02 Р 9/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ. СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(72) В,И. Сорокин, В,И. Акимов, В.Н. Кондратьев и М .И. Горлов (71) Калужский завод автомотозлектрооборудования им. 60-летия Октября .(5 З) 62131 З 12. 024. 07(088 .8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР й 762124) кл. Н 02 Р 9/30, 1980.2, Авторское свидетельство СССР М 762123, кл, Н 02 Р 9/30, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащее силовой транзистор, коллектор которого соединен с .обмоткой возбуждения генератора блокированной диодом, измерительный транзистор, щунтирующий цепь базы сисвого транзистора, измерительный орган, цепь обратной связи из последовательно соединенных диода и конденсатора, транзистор защиты, база которого через. первый резистор соедииена с общей точкой диода и .конден сатора цепи обратной связи, а коллек-. тор соединен с вторым резистором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и тех" нологичности, в него введены дополнительный транзистор и третий резистор, приэтом силовой, транзистор и измерительный транзистор имеют один тип проводимости, а транзистор защиты и дополнительный транзистор - дру. гой тип проводимости, эмиттер тран. зистора защиты и свободный вывод дио. да цепи обратной связи соединены с коллектором силового транзистора, свободный вывод второго резисторасоединен с коллектором дополнитель- , Е ного транзистора и третьим резистором., свободный вывод третьего резис" тора соединен с базой иэмерительно" го транзистора и свободным выводом конденсатора цепи обратной связи,. 8 база дополнительного транзистора соединена с выходом измерительного ор-гана,а эмиттер - со свободным выво.дом обмотки возбуждения генератора.Изобретение относится к автотракторному электрооборудованию, в частности к устройствам, работающим в комплекте с генераторами тока и предназначенным для поддержания постоянства напряжения в схеме электрообо= рудования автомобиля или трактора.Известны устройства для регулиро- вания напряжения электрического гене ратора, содержащие измерительный ор О ган, транзисторные элементы регулирования, управления и защиты от короткого замыкания, обмотки возбуждения генератора 1. 11 и2.1.Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее силовой тран-, зистор, коллектор которого соединен, с обмоткой возбуждения генератора, блокированной диодом, измерительный 20 транзистор, шунтирующий цепь базы силового транзистора, измерительный орган, цепь .обратной связи из последовательно соединенных диода и конденсатора, транзистор защиты, база 25 которого через первый резистор соединена с общей точкой диода и конденсатора цепи обратной связи, а коллектор соединен с вторым резистором 2.ЗООбладая высоким КПД и улучшенными характеристиками, известна схема обладает следующими недостатками.Включение транзистора защиты переходами коллектор - эмиттер между 35 базой измерительного и коллектором силового транзисторов накладывает повышенное требование к величине предельно-допустимого напряжения коллектор-эмиттер транзистора защиты, ф величина которого должна быть не менее предельно допустимого коллек" торного напряжения силового транзистора. Объясняется это следующим. При работе схемы в аварийном режиме беэ ф 5 аккумуляторной батареи при сбросе нагрузки (например, выключении Фар) напряжение генератора резко увеличивается, а затем по закону близкому к экспоненциальному, медленно в те чение 100-300 мс, спадает до номинального уровня. При этом амплитудное значение напряжения на шинах питания может достигать 60-100 В, На интервале времени действия переднего 55 фронта импульса перенапряжения транзистор защиты открыт током заряда конденсатора и поэтому все напряжение прикладывается к ограничительному резистору, а падение напряжения на переходах коллектор-эмиттер транзистора защиты мало. На интервале времени действия заднего фронта импульса перенапряжения, когда измерительный транзистор еще открыт током стабилитрона, а силовой соответственно закрыт, ток базового конденсатора транзистора защиты изменяет свое направление на обратное и запирает тем самым транзистор защиты. При этом к переходам коллектор - эмиттер транзистора защиты прикладываетсяамплитудное знацение импульса перенапряжения. Поэтому, во избежание пробоя переходов коллектор-эмиттер транзистора защиты, его предельно допустимое коллекторное напряжение должно быть не менее предельно допустимого коллекторного напряжения силового транзистора, Данное обстоятельство существенно снижает надежность и технологичность устройства при его реализации в интегральном исполнении.Цель изобретения - повышение надежности и технологичности регулятора.Поставленная цель достигается тем, цто в устройство введены дополнительный транзистор и третий резистор, при этом силовой транзистор и измерительный транзистор имеют один тип проводимости, а транзистор защиты и дополнительный транзистор - другой тип проводимости, эмиттер транзистора защиты и свободный вывод диода цепи обратной связи соединены с коллектором силового транзистора, свободный вывод второго резистора соединен с коллектором дополнительного транзистора и третьим резистором, свободный вывод третьего резистора соединен с базой измерительного тран эистора и свободным выводом конденсатора цепи обратной связи, базадополнительного транзистора соединена с выходом измерительного органа,а эмиттер - со свободным выводом обмотки возбуждения генератора,На фиг, 1 изображена схема предлагаемого .регулятора напряжения; на фиг. 2 - схема регулятора напряжения для систем электропитания, в которых обмотка возбуждения генератора соединена с плюсовой шиной пиения.7412,55 Э 103В состав регулятора входят следующие элементы, Измерительный орган,содержащий измерительный резистив, ный делитель напряжения на резисто" рах 1-3, плечо на резисторах 1 и 2 5 которого зашунтировано конденсатором 4 фильтра. Стабилитрон 5 (пороговый элемент), включенный между выходом резистивного делителя и базой дополнительного транзистора 6, коллектор 10 которого подключен к общей точке резистором 7 и 8, включенных между коллектором транзистора 9 защиты и базовым резистором 10 измерительного транзистора 11. Силовой транзис тор 12, база которого подключена к коллектору измерительного транзистора 11, а коллектор в . к обмотке 13 возбуждения генератора 14, заблокированной диодом 15, к катоду которо го подключен эмиттер. транзистора 9 защиты. К базе транзистора 9 защиты через резистор 16 подключена точка соединения диода 17, формируемого вместе с конденсатором 18 цепь об ратной связи и подключенного анодом к коллектору силового транзистора 12, и конденсатора 18, другой вывод которого подключен к базе измерительного транзистора 11. Коллектор сило- Зо вого транзистора 12 соединен с измерительным органом через резистор 19Вины питания регулятора подключены к параллельно соединенным выпря. З мителю 20, аккумуляторной батареи 21 и нагрузке 22.Устройство работает следующим образом.При подключении аккумуляторной батареи 21 к шинам питания регулятора транзисторы 6 и 11 закрыты, так как закрыт стабилитрон 5, а силовой транзистор 12 устанавливается я открытое состояние. Поскольку разность потенциалов на обкладках конденсато ра 18 и в этом случае близка к нулю, . тока в цепи конденсатора нет и соот- ветственно нет тока в цепи базы транзистора 9 защиты, что обусловливает его закрытое состояние.При увеличении оборотов генератора напряжения на шинах .питания нацинает расти и, наконец, достигает значения, при котором пробиваетсястабилитрон 5 и открывается транзистор 6, коллекторный ток которого открывает измерительный транзистор 11. Силовой транзистор 12 иэ-за 4шунтирующего воздействия транзистора 11 закрывается.Между эмиттером измерительноготранзистора 11 и эмиттером транзистора 9 защиты возникает разность по,тенциалов, которая вызывает протекание тока в цепи: базовый резистор10 - конденсатор 18 - резистор 16 база - эмиттер транзистора 9. Транзистор 9 открывается и в цейи базытранзистора 11 и резисторов 7 и 8протекает ток, форсирующий процессйереключения схемы.По мере уменьшения тока в цепи: обмотка возбуждения 13 - блокирующий диод 15 выходное напряжение генератора 14 понижается и соответственно. понижаетсянапряжение на шинах питания устройства. При достижении регулируемымнапряжением величины несколько меньшей заданного номинального уровняток в цепи стабилитрона 5 резкоуменьшается, что вызывает запира"ние транзисторов 6 и 11 и отпирание силового транзистора 12. В этомслучае конденсатор 18 разряжаетсяпо цепи: базовый резистор 10 - переходы эмиттер - коллектор транзистора 12 - диод 17, а транзистор 9 закрывается.Поскольку величина базового резистора 10 мала и учитывая, .что кбазе транзистора 11 прикладываетсязапирающее напряжение конденсатора18, процесс переключения схемы регулятора, сопровождающийся разрядомконденсатора 18, протекает оченьбыстро, Далее процесс регулированияпротекает аналогично вышеописанному,поддерживая величину регулируемогонапряжения на номинальном уровне.В режиме короткого замыкания обмотки возбуждения из-за пониженияуровня регулируемого напряжения транзистор 6 находится в закрытом,состоянии, а транзисторы 9, 11 и 12 образуют схему релаксационного генератора, работающего в автоколебательном режиме.Процесс возникновения автоколебаний состоит в следующем,При открытом силовом транзисторе12 и замкнутой обмотке возбужденияв первоначальный момент времени токв цепи транзистора 12 ограничивается.индуктивным сопротивлением соединительных проводов. В дальнейшемтранзистор 12 переходит в линейныйрежим работы, при котором напряже 1 ОЮ 12ние на его переходах коллектор-эмит; тер нацинает возрастать, а в цепи: базовый резистор 1 О - конденсатор 18 - резистор 16 - база - эмиттер транзистора 9 возникает ток, откры-, вающий транзистор 9, Вследствие это.го база транзистора 11 через резисторы 7 и 8 и переходы коллекторзмиттер транзистора 9 оказывается подсоединенной к минусовой шине пи" тания и транзистор 11 открывается, закрыввя транзистор 12, В таком сос" тоянии схема находится в течение времени, обусловленного в основном вели чиной постоянной времени конденсатора 18 и резистора 16. При завершени процесса заряда конденсатора 18 транзисторы 9 и 11 закрываются, а транзистор 12 открывается. При этом конденсатор быстро разряжается через базовый резистор 10, транзистор 12 и диод 17. Далее процесс протекает аналогицно вышеописанному, в результате чего в схеме возникают устойчивые автоколебания. В рассмотренном автоколебательном режиме через силовой транзистор 12 протекают импульс" ный ток, среднее значение которого(при выборе величины резистора 16 значительно больше величины базового резистора 10) пренебрежимо мапо. После устранения короткого замыкания . обмотки возбуждения устройство включается в работу автоматически.При работе устройства в аварийном режиме с отключенной аккумуляторной батареей возникающие при сбросах нагрузки импульсы перенапряжения удерживают транзисторы 6 и 11 в открытом состоянии, а транзистор 12 - взакрытом, При этом (из-за того, чтотранзистор Ь открыт, а транзистор ф 12 закрыт) напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 9 близко к нулю в течение всего временисуществования импульса перенапряже Ония,Данное обстоятельство позволяетзначительно снизить требования квеличине предельно допустимого кол"лекторного напряжения транзистора 9защиты,Введение р"полнительного транзис"тора 6 позволяет схватить схему отрицательной обратной связью. В предлагаемом устройстве указанная связь 20 реализована путем включения междуколлектором силового транзистора 12и дополнительным отводом входногоделителя интегрирующей цепочки 19и 4, Это позволяет повысить частотупереключений схемы регулятора и существенно уменьшить ошибку регулирования по скорости и нагрузке приработе как с подключенной, так и сотключенной аккумуляторной батареей. ЗОПринцип действия предлагаемогоустройства (фиг. 2) аналогичен принФципу действия вышеописанного регулятора.35 Таким образом, предложенное устройство в отличие от известного позволяет существенно повысить надежность и технологичность регулятора.Л 8 Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11 ОД Москва, Ж- Раушская наб, д. ч 5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,/ Составитель И, Головиновв Козооиз Техрец И.Тепер Корректор А.дз