Устройство для стабилизации напряжения вспомогательного генератора тепловоза

(19) (51) 60 1 ГОСУДДРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЗОБР ЕНИЯ ЕЛЬСТВУ ТОР У С ми стабилизируемого кениерассогласования ение импульсным регуждения электрической закону, при котором илизация ее напряжеИзобретение относится к области пере-:дачи электроэнергии к вспомогательномуоборудованию тепловоза и предназначенодля устройства стабилизации напряженияих вспомогательных генераторов,Известны устройства, которые стабили-.зируют напряжение электромащинных ге-,нераторов и имеют измерительный орган:-напряжения, выполненный из резисторов истабилитоонов, соединенных по схеме измерительного моста. Одной диагональюэтот мост подключен к источнику (электрической машине), напряжение которого стабилизируется, Во второй диагоналиизмерительного моста формируется напряжение рассогласования между требуемым и истинным 3 напряжения осуществляе лятором то машины по обеспечивае ния. начени Напря туправл а возбу такому тся ста змерительные цепи, котот из последовательно соединенсторов и стабилитронов и тся к источнику стабилизируемоения. Необходимое для стабилипряжен ие рассогласования на резисторе такой измерительИзвес рые состо ных резподключа го напряж зации н получают ной цепи. 1 2(22) 18,09.89 нелинейные делители напряжбния, выпол(46) 07,08,92. Бюл. М 29 : нейные из резисторов линейные делители. (71) Уральское отделение Всесоюзного на .; напряжения, светодиоды, разделительныеучно-исследовательского института зелез-.:, диоды, токоограничивающие резисторы,нодорожного транспорта,:",:;, разъемные соединители, клеммы для под(72) О.И.Новиков ; .,:,."," ключения к источнику контролируемого на(53) Авторское свидетельство СССР ".; .:.;пряжения и к узлу регулирования величиныМ 1603521, кл. В 60 3 1/00, 1988.:; - .; этого напряжения. Новыми элементами являются второй линеййый делитель напряже(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ния, токоограничивающие резйсторы,НАПРЯЖЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬЙОГО ГЕ- .вторые разделительные диоды, разъемныеНЕРАТОРА ТЕПЛОВОЗА: .:;:. соединители. Новизна характеризуется еще(7) Использование: энергетические":уста- . тем, что каждый нелинейный делитель выйовки тепловозов. Сущность изобретенйя. полнен в виде съемного блока, который ввопредложенное устройство имеет образо- дится в работу при помощи разъемныхванные из резисторов и стабилитронбвпа- соединителей. 1 ил,известное устройство имеет неудовлетворительную надежность.Цель изобретения - повышение надеж- . вспомогательного генератора, а средняяточка этого делителя подключейа к цепям, 30 35 40 50 55 Известно устройство, которое содержит подключенные к якорной обмотке вспомогательного генератора тепловоза линейный делитель напряжения, нелинейные делители напряжения, выполненные на включенных параллельно стабилитронах и динисторе, и светодиоды. Нелинейные делители соединены с якорной обмоткой через токоограничивающие резисторы и подключены через разделительные диоды к входу блока управления импульсным регулятором тока возбуждения вспомогательного генератора, К этомуже входу подключен средний вывод линейного делителя.В известном устройстве светодиоды дают информацию не о всех видах повреждений стабилитронов и, в частности, не дают информации, когда повреждение стабилитронов сопровождается понижениемйх порогового напряжения или закорачиванием их цепи. Это является причиной того, что ности.Устройство дополнено линейным делителем напряжения, разделительными диодами и токоограничивающими резисторами, Дополнительный линейный делитель подключен к якорной обмотке каждая из которых состоит из соединенных последовательно светодиода, дополнительных разделительного диода и токоограничивающего резистора. Вторые выводы этих цепей подключены к соответствующим выводам разделительных диодов схемы известного устройства,Дополнительные линейный делитель, разделительные диоды и токоограничивающие резисторй позволяют расширить информативность световой индикации за счет того, что светодиоды дают информацию при понижении порогового напряжения стабилитронов и закорачивании их цепи. В результате обеспечивается более полная информация о техническом состоянии измерительного органа напряжения и таким образом повышается надежность устройства для стабилизации напряжения вспомогательного генератора тепловоза.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема системы собственных нужд тепловоза с устройством для стабилизации напряжения его вспомогательного генератора.Система содержит аккумуляторную батарею 1, вспомогательный генератор 2 постоянного напряжения с якорной обмоткой 5 10 15(якорем) 3 и обмоткой 4 возбуждения, диоды 5 и 6, устройство 7 для стабилизации напряжения якорной обмотки 3 вспомогательного генератора 2. К батарее 1, которая является источником резервного питания, и якорной обмотке 3 генератора 2 подключена нагрузка (не показана), которая состоит из электродвигателей, цепей освещения, реле, контакторов и т.п,Устройство 7 состоит из импульсного регулятора 8.тока возбуждения генератора 2, аналогового преобразователя 9, усилителя 10 на транзисторах 11 и 12 и резисторе 13, измерительного органа 14 напряжения, Преобразователь 9 и усилитель 10 обьединены в общий функциональный блок 15 управления регулятором 8. Вход этого блока выведен на клеммы 16.Измерительйый орган 14 содержит первый 17 и второй 18 линейные делители напряжения, резистор 19, первые 20 и вторые 21 токоограничивающие резисторы, первые 22 и вторые 23 разделительные диоды, светодиоды 24, нелинейные делители 25 напряжения, выполненные на включенных параллельно динисторе 26 и стабилитроне 27. Средний вывод линейного делителя 17 и соответствующие выводы первых разделительных диодов 22 соединены с клеммами 16, к которым подключен вход блока 15. Токоограничивающие резисторы 20 и 21, разделительные диоды 22 и 23, светодиод 24 и нелинейный делитель 25 конструктивно объединены в съемный блок 28, который при помощи разъемных соединенителей 29 подключается к схеме измерительного органа 14.Измерительный орган 14 имеет следующие особенности.На схеме показаны два линейных делителя 25. Количество нелинейных делителей может быть любым, но не менее двух, так как при одном нелинейном делителе не обеспечивается резервирование, Каждый нелинейный делитель 25 может иметь не один стабилитрон 27, как показано на схеме, а несколько соединенных последовательно стабилитронов, В нелинейных делителях 25 используются однотипные стабилитроны с примерно одийаковыми в пределах возможного напряжениями стабилизации. Напряжение включения динистора 26 должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона 27, но не должно превышать напряжения якорной обмотки 3 вспомогательного генератора 2,Конструктивное объединение функциональных элементов 20-25 путем размещения их в одном блоке 28 с разъемными соединителями 29 направлено на упроще1752593 10 20 30 35 45 50 иие технического обслуживания, так как.позволяет производить замену блоков 28 в течение непродолжительного времени без вывода из работы устройства для стабилизации напряжения вспомогательного генератора тепловоза и в сочетании с достигнутым уровнем информативности световой индикации обеспечивает высокую надежность при небольшом количестведуб. лирующих элементов.Устройство работает следующим образом,При неработающем генераторе 2 батарея 1 питает вспомогательные цепи тепловоза, В этом режиме диод 5 препятствует разряду батареи 1 на якорную обмотку 3 вспомогательного генератора 2.При работающем генераторе 2 напряжение его якорной обмотки 3 заряжает батарею 1 и поступает к .вспомогательным цепям тепловоза. Якорь генератора 2 приводится во вращение от вала дизеля тепловоза, В зависимости от режима его работы частота вращения вала меняется в широких пределах и, соответственно, в таких же пределах изменяется частота вращения якоря 25 генератора 2. Регулятор 8 изменяет ток в обмотке 4 возбуждения генератора 2 таким образом, цтобы напряжение его якорной обмотки 3 имело стабильную величину при изменениях частоты вращения вала дизеля и при колебаниях тока нагрузки вспомогательного генератора.В процессе стабилизации напряжения регулятор 8 выполняет следующие функций Измерительный орган 14 формирует напряжение рассогласования путем сравнения иапряжеиия нижнего резистора линейного делителя 17, которое пропорционально ста билизируемому напряжению якорной обмотки 3, с эталонным напряжением, 40 которое определяет требуемый уровень стабилизации напряжения якорной обмотки 3 и равно наибольшему напряжению стабилизации одного из стабилитроиов 27,СФормированное измерительным органом 14 напряжение рассогласования поступает через клеммы 16 иа вхо усилителя 10, Под действием этого напряжения в цепи; образованной эмиттерио-базовым переходом транзистора 12 усилителя 10 и резистором 19, протекаетток. Чем больше(меньше) фактическое напряжение якорной обмотки 3 отличается от своего требуемого значения, тем больше (меиьше) напряжение рассогласования и, соответственно этот ток и больше (меиьше) напряжение резистора 13. Следовательно, напряжение на этом резисторе является увеличенным иапряжейием рассогласования и повторяет его изменения.Аналоговый преобразователь 9 преобразует напряжение резистора 13, изменяющееся пропорционально напряжению рассогласования,во временной интервал, Длительность этого интервала обратно пропорциональнанапряжению рассогласования, т.е. чем больше (меньше) его величина, тем меньше (больше) длительность временного интервала, сформированного преобразователем 9.Этот временной интервалвформе длительности следующих периодически импульсов тока поступает в йспульсный регулятор 8 и обеспечивает широтно-импульсное управление регулятором 8. При таком управлениирегулятор 8 замыкает свою цепь на время, равное длительности импульсов, которые периодически формирует преобразователь 9. Во время пауз между этими импульсами цепь регулятора 8 разом кнута. При периодических замыканиях цепи регулятора 8 напряженйе батареи 1 или якорной обмотки 3 вспомогательного генератора 2 периодически прикладывается кего обмотке 4 возбуждения. В йитервалы времени, когда цепь регулятора 8 разомкнута, в контуре, образованном диодЬМ 6 и обмоткой 4 возбуждения, за счет запасенной в ее индуктивности энергий протекает ток. При уменьшении (увеличении) частоты вращения якоря генератора 2 или при увеличе=. иии (уменьшении) тока его нагрузки убывает (растет) напряжение рассогласования и ста,: новятся больше (меиьше) длительность"временного интервала и соответственно, : среднее значение напряжения и.тока обмотки 4 возбуждения генератора 2. В такой последовательно блок 15 управления осуществляет обратную связь между напряже-нием якорной обмотки 3 и током обмотки 4 возбуждения генератора 2. Благодаря такой связи обеспечивается с определенной точностью стабилизация напряжения якорной обмотки 3 вспомогательно-,о генератора тепловоза.В процессе формирования напряжения рассогласования по линейным делителям 17 и 18; в цепях первых токоограиичивающих резисторов 20 и по нелинейным делителям 25 протекают токи, При этом напряжения стабилитроиов 27 равны их напряжениям стабилизации, которые имеют близкие, но не равные значения, не превышают напряжения включения дииисторов 26 и имеют большую величину по сравнению с напряжением нижнего резйстора второго линей- ного делителя 18. Поэтому дииисторы 2615 20 30 35 40 50 55 выключены, ток не протекает в цепях, образованных из соединительных последовательно светодиодов 24, вторых токоограничивающих резисторов 21 и разделительных диодов 23, и светодиоды 24 не излучают свет. Благодаря включению в эти цепи разделительных диодов 23 йсключается протекание уравнительных токов под действием разности напряжений стабилизации стабилитронов 27 разиых нелинейных делителей 25, которые мокнут вызвать свечение светодиодов 24 при исправных стабилитронах 27,Еслй в цепи стабилитрона 27, обеспечивающего получение эталонного напряжения, произошло короткое замыкание или понижение его напряжения стабилизации, то в работу вступает стабилитрон 27 второго нелинейного делителя 25. При наличии не-. скольких нелинейных делителей с исправными стабилитронами в случае такого повреждения в работу вступает следующий исправный стабилитрон с напряжением стабилизации, большим аналогичного напряжения других исправных стабилитронов. После такого повреждения ток цепи поврежденного стабилитрона 27 несколько возрастает, но ограничивается на допустимом уровне сопротивлением резистора 20, Динисторы 26 нелинейных делителей 25 не меняют своего состояния и их цепи продолжают быть разомкнутыми.Понижение напряжения цепи с поврежденным стабилитроном 27 приводит к тому, что напряжение нижнего резистора линейного делителя 18 становится больше напря жения поврежденного стабилитрона 27. Это вызывает появление тока в цепи соответствующего светодиода 24 и его свечение. Величина этого тока ограничивается сопротивлением резистора 21, включенного последовательно со светодиодом, излучающим свет, Благодаря налйчию разделительных диодов 22 и 23 ток протекает только в цепи того светодиода 24, который контролирует нелинейный делитель 25 с повреждейным стабилитроном 27. Например, при понижении напряжения или коротком замыкани в цепи стабилитрона 27 левого делителя 25 появляется ток только в цепи левого светодиода 24.При обрыве или повышении напряжения цепи стабилитрона 27, формирующего эталонное напряжение, напряжение этой цепи растет и достигает напряжения включения динистора 26, соединенного с поврежденным стабилитроном 27. Динистор 26 включается и в его цепи протекает ток, ограниченный сопротивлением резистора 20, Включившийся динистор 26 шунтирует цепь с поврежденным стабилитроном 2, имитируя по отношению к цепям дублирова ния и индикации повреждение стабилитрона 27, которое сопровождается коротким замыканием в его цепи, Поэтому после включения динистора 26 дублирование поврежденного стабилитрона и световая индикация технического состояния осуществляется в той последовательности, которая имеет место при коротком замыкании непосредственно в цепи стабилитрона 27,Измерительный орган 14 с двумя комп-. лектами обеспечивающих дублирование (токоогранйчивающие резисторы 20,разделительные диоды 22, нелинейные делители 25) и световую индикацию (токоограничивающие резисторы 21, разделительные диоды 23. светодиоды 24) элементов, как показано на схеме, имеет минимальный уровень дублирования. В этом случае устройство с:абилйзации напряжения сохра-. няет работоспособное состояние после одного любого повреждения (повышение и понижение напряжения стабилизации, обрыв, короткое замыкание) одного из стабилитронов.Более васокий уровень дублирования может быть обеспечен за счет увеличения таких комплектов дублирующих элементов. Практическая целесообразность того или иного уровня дублирования стабилитронов измерительного органа в значительной мере определяется стратегией технического обслуживания устройства для стабилизации напряжения вспомогательного генератора тепловоза,Формула изобретения Устройство для стабилизации напряже-, ния вспомогательного генератора тепловоза, содержащее подключенные к якорной обмотке вспомогательнОго генератора первый линейный делитель напряжения, нелинейные делители напряжения, выполненные на включенных параллельно динисторе и стабилитронах, с одними из выводов которых соединены одни из выводов первых токоограничивающих резисторов и разделительных диодов, и светодиоды, причем средний вывод первого линейного делителя напряжения и другие выводы первых разделительных диодов подключены к входу блока управления импульсным регулятором тока возбуждения вспомогательного генератора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено вторыми линейными делителем напряжения, подключенным к якорной обмотке вспомогательного генератора, разделительными диодами и то175259310 е еае еа авив ви и иви и аааи ее ии ваваив ививееии е ев ее ав еи Составитель О,Новиков дактор И.Шулла Техред М.Морвгентал Корректор Э.Лончаковаказ 2725 Тираж .,. Подписн ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5м при ГКНТ СС ьский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 роизводст-из коограничивающими резисторами, причем средняя точка второго линейного делителя напряжения соединена с одними из выводов цепей, каждая из которых состоит изсоединенных последовательно светодиода, 5) вторых разделительного диода и токоограничивающего резистора, при этом другие выводы указанных цепей подключены к одним из выводов первых разделительных диодов,