RU2115220C1

RU2115220C1 - Generator voltage regulator

Info

Publication number: RU2115220C1
Application number: RU96124153A
Authority: RU
Inventors: Лев Григорьевич Галактионов; Сергей Иванович Мутылин; Вячеслав Валерьевич Шафиркин; Александр Сергеевич Салов; Михаил Львович Галактионов
Original assignee: Лев Григорьевич Галактионов; Сергей Иванович Мутылин; Вячеслав Валерьевич Шафиркин; Александр Сергеевич Салов; Михаил Львович Галактионов
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-10

Abstract

FIELD: power supply systems for motor cars, farm machines, and other off-line pieces of equipment incorporating generators. SUBSTANCE: generator has two power transistor switches alternately operating during definite time intervals set by time parameters of multivibrators operating in rigid mode which makes it possible to uniformly distribute dissipated power among them and to eliminate self-excitation at high frequencies. Generator incorporates short-circuit protective devices for its field winding. EFFECT: improved reliability and voltage regulation stability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения автомобилей, сельскохозяйственных машин и других автономных объектов, содержащих генератор. The invention relates to electrical engineering, in particular to power supply systems for automobiles, agricultural machinery and other autonomous objects containing a generator.

Известно устройство для регулирования напряжения вентильного синхронного генератора, содержащее выходной транзисторный ключ, подключенный между первым и вторым силовыми выводами вентильного синхронного генератора через обмотку возбуждения последнего, зашунтированную обратно включенным гасящим диодом, промежуточный транзистор, подключенный эмиттером непосредственно, а базой через первый резистор - к первому силовому выводу вентильного синхронного генератора, коллектором через ограничительный резистор - к второму силовому выводу вентильного синхронного генератора, эмиттер-коллекторным переходом - параллельно управляющему переходу выходного транзисторного ключа, входной транзистор с проводимостью, обратной проводимости промежуточного транзистора, подключенный коллектором через второй резистор к базе промежуточного транзистора, базой связанный со средним выводом резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого подсоединены к первому и второму силовым выводам вентильного синхронного генератора, эмиттером - с вторым выводом вентильного синхронного генератора, транзистор защиты, подключенный базой через резистор защиты к первым выводам конденсатора защиты и диода защиты, транзистор защиты, выполненный той же проводимости, что и промежуточный транзистор, подключен коллектором к эмиттеру входного транзистора, а эмиттером связан с коллектором входного транзистора, связь между эмиттером входного транзистора и вторым силовым выводом вентильного синхронного генератора осуществлена через измерительный стабилитрон, а база входного транзистора и средний вывод резистивного делителя напряжения связаны непосредственно, второй вывод конденсатора защиты подключен к выводу обмотки возбуждения вентильного синхронного генератора, соединенному с выходным транзисторным ключом, а второй вывод диода защиты связан с базой промежуточного транзистора, управляющий переход которого включен встречно диоду защиты. A device for regulating the voltage of a synchronous valve generator is known, comprising an output transistor switch connected between the first and second power terminals of the valve synchronous generator through the excitation winding of the latter, shunted by the back-on quenching diode, an intermediate transistor connected directly by the emitter, and the base through the first resistor to the first the power output of the synchronous valve generator, the collector through the limiting resistor - to the second power output synchronous generator, emitter-collector junction - parallel to the control junction of the output transistor switch, input transistor with conductivity, reverse conductivity of the intermediate transistor, connected by a collector through a second resistor to the base of the intermediate transistor, the base connected to the middle terminal of the resistive voltage divider, the extreme terminals of which are connected to the first and second power terminals of the valve synchronous generator, the emitter with the second terminal of the synchronous valve a generator, a protection transistor connected by a base through a protection resistor to the first terminals of the protection capacitor and a protection diode, a protection transistor made of the same conductivity as the intermediate transistor is connected by a collector to the emitter of the input transistor, and the emitter is connected to the collector of the input transistor, communication between the emitter the input transistor and the second power output of the synchronous gate generator through the measuring zener diode, and the base of the input transistor and the middle output of the resistive divider maskers are connected directly, the second terminal of the capacitor connected to pin protection of the field winding of the synchronous generator valve which is connected to an output transistor switch, and the second terminal of the protection diode is connected to the base of the intermediate transistor, whose gate junction diode protection counter included.

Недостатком данного устройства является то, что рассеивание мощности в нем происходит на одном выходном транзисторном ключе, что повышает вероятность отказа его из-за перегрева, что особенно сказывается при малой частоте вращения ротора, так как при этом требуется повышенная величина силы тока в обмотке возбуждения вентильного синхронного генератора, которая уменьшается с увеличением частоты вращения ротора. Кроме того, известная схема обладает следующим недостатком. Подключение конденсатора защиты одновременно к выводу обмотки возбуждения вентильного синхронного генератора и к силовому выводу выходного транзисторного ключа приводит к тому, что при регулировании напряжения, соответственно, при неоднократном выключении и включении выходного транзисторного ключа возникают положительные и отрицательные перепады напряжений, которые передаются на базу транзистора защиты. Отрицательные импульсы сглаживаются цепочкой диод защиты и первый резистор, а положительные открывают транзистор защиты, который в свою очередь отпирает измерительный стабилитрон. При этом на базу промежуточного транзистора через второй резистор поступает ток, который открывает последний и, соответственно, закрывает выходной транзисторный ключ. Это вызывает ложное срабатывание при регулировании напряжения и ведет к снижению стабильности регулирования напряжения устройством. The disadvantage of this device is that the power dissipation in it occurs on one output transistor key, which increases the likelihood of its failure due to overheating, which is especially true for a low rotor speed, since this requires an increased amount of current in the field winding synchronous generator, which decreases with increasing rotor speed. In addition, the known scheme has the following disadvantage. Connecting the protection capacitor simultaneously to the output of the excitation winding of the synchronous valve generator and to the power output of the output transistor switch leads to the situation when, when regulating the voltage, respectively, when the output transistor switch is turned off and on repeatedly, positive and negative voltage drops occur, which are transmitted to the base of the protection transistor . Negative pulses are smoothed by a chain of the protection diode and the first resistor, while positive pulses open the protection transistor, which in turn unlocks the measuring zener diode. At the same time, a current flows to the base of the intermediate transistor through the second resistor, which opens the latter and, accordingly, closes the output transistor switch. This causes a false response when regulating the voltage and leads to a decrease in the stability of voltage regulation by the device.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является регулятор напряжения генератора, содержащий измерительный орган, подключенный входом между первым и вторым выводами регулятора, предназначенными для подключения к силовым выводам генератора, силовой транзисторный ключ, подключенный силовыми выводами между вторым и третьим выводами регулятора, причем третий вывод регулятора предназначен для подключения к обмотке возбуждения генератора и связан с первым выводом регулятора через обратно включенный гасящий диод, управляющий транзистор, подключенный эмиттер-коллекторным переходом параллельно управляющему входу силового транзисторного ключа, базой - к выходу измерительного органа, эмиттером - к второму выводу регулятора, коллектором через токоограничительный резистор - к первому выводу регулятора, первый резистивный делитель напряжения подключен крайними выводами между базой и эмиттером управляющего транзистора, средним выводом - к первому выводу конденсатора через диод защиты с направлением проводимости, соответствующим направлению проводимости последовательно подключенного к нему через конденсатор эмиттер- коллекторного перехода силового транзисторного ключа, транзистор защиты подключен базой через первый резистор к первому выводу конденсатора, подключенного вторым выводом к третьему выводу регулятора, коллектором - к второму выводу регулятора, эмиттером - к среднему выводу второго резистивного делителя напряжения, подключенного крайними выводами между третьим выводом регулятора и базой управляющего транзистора, второй резистор подключен между вторым выводом регулятора и первым выводом конденсатора (см. авт. св. СССР N 1700741, кл. H 02 P 9/30, 1991 г, фиг. 1). The closest set of features to the proposed one is the generator voltage regulator containing a measuring body connected to the input between the first and second terminals of the regulator, designed to connect to the power terminals of the generator, a power transistor switch connected to the power terminals between the second and third terminals of the regulator, the third output the regulator is designed to connect to the excitation winding of the generator and is connected to the first output of the regulator through the back-on quenching diode, control a power transistor connected by an emitter-collector junction parallel to the control input of the power transistor switch, the base to the output of the measuring body, the emitter to the second terminal of the regulator, the collector through the current limiting resistor to the first terminal of the regulator, the first resistive voltage divider is connected by the extreme terminals between the base and the emitter control transistor, the middle terminal - to the first terminal of the capacitor through a protection diode with a direction of conductivity corresponding to the direction of conductivity and a power transistor switch connected in series through the emitter-collector junction capacitor to it, the protection transistor is connected, through the first resistor, to the first output of the capacitor, connected by the second output to the third output of the regulator, by the collector to the second output of the regulator, and the emitter to the middle output of the second resistive divider voltage connected by the extreme terminals between the third terminal of the regulator and the base of the control transistor, a second resistor is connected between the second terminal of the regulator a and the first output of the capacitor (see author St. USSR N 1700741, class H 02 P 9/30, 1991, FIG. 1).

Недостатком данного регулятора является то, что рассеивание мощности в нем происходит на одном силовом транзисторном ключе, что повышает вероятность отказа его из-за перегрева, что особенно сказывается при малой частоте вращения ротора, так как при этом требуется повышенная величина силы тока в обмотке возбуждения генератора, которая уменьшается с увеличением частоты вращения ротора. Кроме того, известная схема обладает следующим недостатком. Подключенный крайними выводами между базой управляющего транзистора и коллектором выходного транзисторного ключа второй резистивный делитель напряжения является цепочкой жесткой положительной обратной связи. При достижении регулируемым напряжением значения, несколько превышающего номинальный уровень, выходной ток измерительного органа резко возрастает. Благодаря жесткой положительной обратной связи (второй резистивный делитель напряжения) возникает ток, приоткрывающий управляющий транзистор. В схеме регулятора происходит кратковременный процесс, после завершение которого силовой транзисторный ключ переходит в устойчивое закрытое состояние. В указанном состоянии схема находится достаточно продолжительное время, зависящее от постоянной времени цепи заряда конденсатора и коэффициента деления второго резистивного делителя напряжения, с помощью которого задают уровень опорного напряжения на эмиттере транзистора защиты. После того как конденсатор зарядится до напряжения, достаточного для открывания транзистора защиты, последний открывается и шунтирует сигнал положительной обратной связи, управляющий транзистор обесточивается, вызывая его закрывание. Таким образом, указанное состояние схемы регулятора зависит не только от величины регулируемого напряжения, но и от параметров элементов защиты регулятора от короткого замыкания обмотки возбуждения генератора, что вносит ошибку регулирования и, соответственно, снижает стабильность регулирования напряжения. Одновременно в схеме регулятора присутствует гибкая положительная обратная связь по цепи: конденсатор - первый резистор - базоэмиттерный переход транзистора защиты - резистор второго резистивного делителя напряжения, которая может стать причиной самовозбуждения на высоких частотах. Даже кратковременная генерация приводит к резкому повышению рассеиваемой мощности на выходном транзисторном ключе и его выжиганию и, соответственно, к выходу из строя регулятора. The disadvantage of this controller is that the power dissipation in it occurs on one power transistor key, which increases the likelihood of failure due to overheating, which is especially true for a low rotor speed, since this requires an increased current in the generator excitation winding , which decreases with increasing rotor speed. In addition, the known scheme has the following disadvantage. Connected by the extreme terminals between the base of the control transistor and the collector of the output transistor switch, the second resistive voltage divider is a chain of hard positive feedback. When the controlled voltage reaches a value slightly higher than the nominal level, the output current of the measuring body increases sharply. Due to the rigid positive feedback (second resistive voltage divider), a current arises, which opens the control transistor. A short-term process occurs in the controller circuit, after which the power transistor switch goes into a stable closed state. The circuit is in this state for a sufficiently long time, depending on the time constant of the capacitor charge circuit and the division coefficient of the second resistive voltage divider, with which the reference voltage level on the emitter of the protection transistor is set. After the capacitor is charged to a voltage sufficient to open the protection transistor, the latter opens and shunts the positive feedback signal, the control transistor is de-energized, causing it to close. Thus, the indicated state of the regulator circuit depends not only on the magnitude of the regulated voltage, but also on the parameters of the protection elements of the regulator from a short circuit of the generator excitation winding, which introduces a regulation error and, accordingly, reduces the stability of voltage regulation. At the same time, the controller circuit contains flexible positive feedback on the circuit: a capacitor - the first resistor - the base-emitter junction of the protection transistor - a resistor of the second resistive voltage divider, which can cause self-excitation at high frequencies. Even short-term generation leads to a sharp increase in power dissipation at the output transistor key and its burning out and, accordingly, to controller failure.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства путем уменьшения рассеивания мощности на одном силовом транзисторном ключе за счет равномерного распределения ее на двух силовых транзисторных ключах и исключения явления самовозбуждения и повышение стабильности регулирования путем исключения ошибки регулирования. The objective of the invention is to increase the reliability of the device by reducing power dissipation on one power transistor key due to its uniform distribution on two power transistor switches and eliminating the phenomenon of self-excitation and increasing the stability of regulation by eliminating regulation errors.

Указанная задача решается тем, что в регулятор напряжения генератора, содержащий измерительный орган, подключенный входом между первым и вторым выводами регулятора, предназначенными для подключения к силовым выводам генератора, силовой транзисторный ключ, подключенный силовыми выводами между вторым выводом регулятора и третьим выводом регулятора, предназначенным для подключения к обмотке возбуждения генератора и связанным с первым выводом регулятора через обратно включенный гасящий диод, управляющий транзистор, подключенный базой к выходу измерительного органа, эмиттером - к второму выводу регулятора, а коллектором - к первому выводу токоограничительного резистора, первый резистивный делитель напряжения, подключенный первым крайним выводом к второму выводу регулятора, транзистор защиты, первый резистор, конденсатор, диод защиты, подключенный через второй резистор к второму выводу регулятора, второй резистивный делитель напряжения, согласно изобретению в него введены второй силовой транзисторный ключ, подключенный силовыми выводами между соответствующими силовыми выводами силового транзисторного ключа, два дополнительных управляющих транзистора, два переключающихся транзистора, два коллекторных резистора, две RC-цепочки, пять шунтирующих резисторов, дополнительный диод защиты, два дополнительных транзистора защиты, третий резистивный делитель напряжения, третий резистор, стабилитрон, дополнительный гасящий диод, включенный обратно между вторым и третьим выводами регулятора, и промежуточный транзистор, база которого подключена к второму выводу токоограничительного резистора, эмиттер - к первому выводу регулятора, а коллектор - к среднему выводу второго резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого соответственно подключены к базам соответствующих дополнительных управляющих транзисторов, эмиттеры которых подключены к второму выводу регулятора, а коллекторы - к базам соответствующих силовых транзисторных ключей, коллекторы переключающихся транзисторов соответственно соединены через соответствующие коллекторные резисторы с базами соответствующих силовых транзисторных ключей, базы - со средними выводами соответствующих RC-цепочек, подключенных резисторными выводами к второму выводу регулятора и емкостными - соответственно к коллекторам других переключающихся транзисторов, а эмиттеры - с первым выводом регулятора, параллельно базоэмиттерным переходам промежуточного транзистора, дополнительных управляющих транзисторов и силовых транзисторных ключей подключены шунтирующие резисторы, коллектор промежуточного транзистора через диод защиты с направлением проводимости, соответствующим направлению проводимости последовательно подключенного эмиттер-коллекторного перехода промежуточного транзистора, и через дополнительный диод защиты с направлением проводимости, соответствующим направлению проводимости последовательно подключенного базоэмиттерного перехода первого дополнительного транзистора защиты, подключен к базе первого дополнительного транзистора защиты, эмиттер которого соединен с первым выводом регулятора, а коллектор через третий резистивный делитель напряжения - с вторым выводом регулятора, средний вывод третьего резистивного делителя напряжения подключен к базе второго дополнительного транзистора защиты, эмиттер которого соединен с вторым выводом регулятора, а коллектор через третий резистор - с базой транзистора защиты, эмиттер которого соединен с третьим выводом регулятора, а коллектор через последовательно соединенные первый резистор, стабилитрон и конденсатор - с вторым выводом регулятора, причем общий вывод конденсатора и стабилитрона подключен к второму крайнему выводу первого резистивного делителя напряжения, средний вывод которого соединен с базой управляющего транзистора. This problem is solved in that in the voltage regulator of the generator, containing a measuring body connected to the input between the first and second terminals of the regulator, designed to connect to the power terminals of the generator, a power transistor switch connected to the power terminals between the second terminal of the regulator and the third terminal of the regulator, designed to connection to the excitation winding of the generator and connected to the first output of the regulator through a back-on quenching diode, a control transistor connected to the base to the output of the measuring body, the emitter to the second terminal of the regulator, and the collector to the first terminal of the current-limiting resistor, the first resistive voltage divider connected to the second terminal to the second terminal of the regulator, a protection transistor, a first resistor, a capacitor, a protection diode connected through a second resistor to the second terminal of the regulator, the second resistive voltage divider, according to the invention, a second power transistor switch is inserted into it, connected by power terminals between the corresponding power the output terminals of the power transistor switch, two additional control transistors, two switching transistors, two collector resistors, two RC circuits, five shunt resistors, an additional protection diode, two additional protection transistors, a third resistive voltage divider, a third resistor, a zener diode, an additional quenching diode connected back between the second and third terminals of the regulator, and an intermediate transistor, the base of which is connected to the second terminal of the current-limiting resistor, the emitter - to p to the first output of the regulator, and the collector to the middle terminal of the second resistive voltage divider, the extreme terminals of which are respectively connected to the bases of the corresponding additional control transistors, the emitters of which are connected to the second terminal of the controller, and the collectors to the bases of the corresponding power transistor switches, the collectors of switching transistors are respectively connected through the corresponding collector resistors with the bases of the corresponding power transistor switches, the bases with the middle terminals with corresponding RC circuits connected by resistor leads to the second terminal of the regulator and capacitive ones, respectively, to the collectors of other switching transistors, and emitters with the first terminal of the regulator, shunt resistors, the collector of the intermediate transistor are connected in parallel to the base-emitter junctions of the intermediate transistor, additional control transistors and power transistor switches through a protection diode with a direction of conductivity corresponding to the direction of conductivity in series This emitter-collector junction of the intermediate transistor, and through an additional protection diode with a conductivity direction corresponding to the conductivity direction of the series-connected base-emitter junction of the first additional protection transistor, is connected to the base of the first additional protection transistor, the emitter of which is connected to the first output of the regulator, and the collector through the third resistive voltage divider - with the second output of the regulator, the average output of the third resistive voltage divider under is connected to the base of the second additional protection transistor, the emitter of which is connected to the second terminal of the regulator, and the collector through the third resistor to the base of the protection transistor, the emitter of which is connected to the third terminal of the regulator, and the collector through the first resistor, zener diode and capacitor in series with the second terminal regulator, and the common terminal of the capacitor and the zener diode is connected to the second extreme terminal of the first resistive voltage divider, the middle terminal of which is connected to the base of the control trans ora.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 и 2 представлены функциональная схема регулятора напряжения генератора и временная диаграмма его работы. The invention is illustrated by drawings. In FIG. Figures 1 and 2 show a functional diagram of a generator voltage regulator and a timing diagram of its operation.

Регулятор напряжения генератора (РНГ) содержит измерительный орган 1, подключенный входом между первым 2 и вторым 3 выводами РНГ, предназначенными для подключения к силовым выводам генератора. Первый силовой транзисторный ключ 4, подключенный силовыми выводами между вторым 3 и третьим 5 выводами РНГ. Третий вывод 5 РНГ, предназначенный для подключения к обмотке возбуждения генератора, связан с первым выводом 2 РНГ через обратно включенный гасящий диод 6. Управляющий транзистор 7, подключенный базой к выходу измерительного органа 1, эмиттером - к второму выводу 3 РНГ, а коллектором - к первому выводу токоограничительного резистора 8. Транзистор 9 защиты, подключенный эмиттером к третьему выводу 5 РНГ, а коллектором через последовательно соединенные первый резистор 10 и стабилитрон 11 и параллельно соединенные конденсатор 12 и первый резистивный делитель 13, 14 напряжения, связанный средним выводом с базой управляющего транзистора 7, - к второму выводу 3 РНГ. Диод 15 защиты, подключенный через второй резистор 16 к второму выводу регулятора. Промежуточный транзистор 17, подключенный эмиттером к первому выводу 2 РНГ, базой - к второму выводу токоограничительного резистора 8, а коллектором - к среднему выводу второго резистивного делителя 18, 19 напряжения, связанного крайними выводами с базами соответственно первого 20 и второго 21 дополнительных управляющих транзисторов, подключенных эмиттерами к второму выводу 3 РНГ, а коллекторами - соответственно к базам первого 4 и второго 22 силовых транзисторных ключей. Второй силовой транзисторный ключ 22 соединен силовыми выводами с соответствующими силовыми выводами первого силового транзисторного ключа 4. Первый 23 и второй 24 переключающиеся транзисторы соединены коллекторами соответственно через соответствующие коллекторные резисторы 25, 26 с базами соответствующих силовых транзисторных ключей 4, 22, базами - со средними выводами соответственно первой 27, 28 и второй 29, 30 RC - цепочек, подключенных резистивными выводами к второму выводу 3 РНГ и емкостными - соответственно к коллекторам второго 24 и первого 23 переключающихся транзисторов, а эмиттерами - с первым выводом 2 РНГ. Шунтирующие резисторы 31 - 35 подключены параллельно базоэмиттерным переходам промежуточного транзистора 17, дополнительных управляющих транзисторов 20, 21 и силовых транзисторных ключей 4, 22. Коллектор промежуточного транзистора 17 подключен через первый диод 15 защиты с направлением проводимости, соответствующим направлению проводимости последовательно подключенного эмиттер-коллекторного перехода промежуточного транзистора 17 и через второй диод 36 защиты с направлением проводимости, соответствующим направлению проводимости последовательно подключенного базоэмиттерного перехода первого дополнительного транзистора 37 защиты, к базе первого дополнительного транзистора 37 защиты, коллектор которого через третий резистивный делитель 38, 39 напряжения соединен с вторым выводом 3 регулятора. Средний вывод третьего резистивного делителя 38, 39 напряжения подключен к базе второго дополнительного транзистора 40 защиты, эмиттер которого соединен с вторым выводом 3 регулятора, а коллектор через третий резистор 41 - с базой транзистора 9 защиты. Третий вывод 5 РНГ связан с вторым выводом 3 РНГ через обратно включенный дополнительный гасящий диод 42. The generator voltage regulator (RNG) contains a measuring body 1, connected by an input between the first 2 and second 3 outputs of the RNG, intended for connection to the power terminals of the generator. The first power transistor switch 4, connected by power terminals between the second 3 and third 5 terminals of the RNG. The third terminal 5 of the RNG, intended for connecting to the excitation winding of the generator, is connected to the first terminal 2 of the RNG through a back-switched-off diode 6. The control transistor 7, connected by the base to the output of the measuring organ 1, by the emitter to the second terminal 3 of the RNG, and by the collector to the first output of the current-limiting resistor 8. The protection transistor 9, connected by the emitter to the third terminal 5 of the RNG, and the collector through the first connected resistor 10 and the zener diode 11 and the capacitor 12 and the first resistor connected in parallel second divider 13, 14 the voltage associated with the middle terminal of the control transistor base 7 - to the second terminal 3 GNR. The protection diode 15 connected through the second resistor 16 to the second terminal of the controller. The intermediate transistor 17, connected by the emitter to the first terminal 2 of the RNG, the base to the second terminal of the current-limiting resistor 8, and the collector to the middle terminal of the second resistive voltage divider 18, 19, connected by the extreme terminals with the bases of the first 20 and second 21 additional control transistors, respectively connected by emitters to the second terminal 3 of the RNG, and collectors - respectively to the bases of the first 4 and second 22 power transistor switches. The second power transistor switch 22 is connected by power terminals to the corresponding power terminals of the first power transistor switch 4. The first 23 and second 24 switching transistors are connected by collectors, respectively, through the respective collector resistors 25, 26 with the bases of the corresponding power transistor switches 4, 22, the bases with the middle terminals respectively, the first 27, 28 and second 29, 30 RC - chains connected by resistive leads to the second terminal 3 of the RNG and capacitive - respectively to the collectors of the second 24 and the first 23 switching transistors, and emitters with the first output of 2 RNG. Shunt resistors 31 - 35 are connected in parallel to the base-emitter junctions of the intermediate transistor 17, additional control transistors 20, 21 and power transistor switches 4, 22. The collector of the intermediate transistor 17 is connected through the first protection diode 15 with a direction of conductivity corresponding to the direction of conductivity of the series-connected emitter-collector junction an intermediate transistor 17 and through a second protection diode 36 with a direction of conductivity corresponding to the direction of conductivity flax connected bazoemitternogo transition of the first additional transistor 37 protection to the base of transistor 37 of the first additional protection, whose collector via a third resistive divider 38, voltage 39 is coupled to the second terminal of the regulator 3. The average terminal of the third resistive voltage divider 38, 39 is connected to the base of the second additional protection transistor 40, the emitter of which is connected to the second terminal 3 of the controller, and the collector through the third resistor 41 to the base of the protection transistor 9. The third terminal 5 of the RNG is connected to the second terminal 3 of the RNG through the back-connected additional quenching diode 42.

Регулятор напряжения генератора работает следующим образом. The voltage regulator of the generator operates as follows.

При напряжении между первым 2 и вторым 3 выводами РНГ, меньшем номинального уровня, выходной ток измерительного органа 1 мал и недостаточен для открывания управляющего транзистора 7. При этом промежуточный транзистор 17 закрыт, цепь управления первого 20 и второго 21 дополнительных управляющих транзисторов разомкнута и последние находятся в состоянии отсечки. When the voltage between the first 2 and second 3 terminals of the RNG is less than the nominal level, the output current of the measuring organ 1 is small and insufficient to open the control transistor 7. In this case, the intermediate transistor 17 is closed, the control circuit of the first 20 and second 21 additional control transistors is open and the last in a cutoff state.

Выходное напряжение генератора поддерживается постоянным изменением величины тока в цепи обмотки возбуждения генератора посредством РНГ. The output voltage of the generator is supported by a constant change in the magnitude of the current in the circuit of the excitation winding of the generator through the RNG.

Мультивибратор, выполненный на переключающихся транзисторах 23 и 24, коллекторы которых соответственно через коллекторные резисторы 25, 26 и шунтирующие резисторы 34, 35, параллельно соединенные с базоэмиттерными переходами силовых транзисторных ключей 4, 22, подключены к второму выводу 3 РН, базы - к средним выводам первой 27, 28 и второй 29, 30 RC - цепочек, подключенных резистивными выводами к второму выводу 3 РНГ и емкостными - соответственно к коллекторам переключающихся транзисторов 24, 23, а эмиттеры - к первому выводу 2 РНГ, генерирует импульсные сигналы (фиг. 2а и 2б), которые через коллекторные резисторы 25, 26 подаются на базы силовых транзисторных ключей 4 и 22 (фиг. 2в и 2г), для управления их работой. В режиме нормальной работы РНГ, когда первый 20 и второй 21 дополнительные управляющие транзисторы находятся в состоянии отсечки (фиг. 2д), импульсные сигналы включают поочередно силовые транзисторные ключи 4 и 22, поддерживая этим непрерывное протекание тока через обмотку возбуждения генератора (фиг. 2е). Непрерывности протекания тока способствует инерционность работы силовых транзисторных ключей 4, 22 в импульсном режиме, так как время выключения транзисторов несколько раз превышает время включения. Это приводит к перекрытию импульсных выходных токов, что обеспечивает "мягкое" включение силовых транзисторных ключей 4, 22, т. е. открывание каждого из них происходит в моменты времени, когда предыдущий продолжает еще оставаться в открытом состоянии. Поэтому потерь по фронтам не происходит и дополнительного нагревания силовых транзисторных ключей 4, 22 не наблюдается. Таким образом, РНГ работает до момента времени t1 (фиг. 2д), пока дополнительные управляющие транзисторы 20, 21 закрыты. При этом ток в цепи обмотки возбуждения генератора благодаря непрерывному протеканию тока через нее обеспечивает повышение напряжения на силовых выводах генераторной установки и соответственно на первом 2 и втором 3 выводах РНГ. A multivibrator made on switching transistors 23 and 24, the collectors of which, respectively, through collector resistors 25, 26 and shunt resistors 34, 35, connected in parallel with the base-emitter junctions of the power transistor switches 4, 22, are connected to the second terminal 3 of the PH, the bases are connected to the middle terminals the first 27, 28 and second 29, 30 RC circuits connected by resistive leads to the second terminal 3 of the RNG and capacitive ones, respectively, to the collectors of the switching transistors 24, 23, and emitters to the first terminal 2 of the RNG, generates pulse signals ala (Fig. 2A and 2B), which through the collector resistors 25, 26 are fed to the base of the power transistor switches 4 and 22 (Fig. 2B and 2D), to control their operation. In the normal operation of the RNG, when the first 20 and second 21 additional control transistors are in the cut-off state (Fig. 2e), the pulse signals turn on the power transistor switches 4 and 22 in turn, thereby maintaining a continuous flow of current through the generator excitation winding (Fig. 2e) . The continuity of the current flow contributes to the inertia of the power transistor switches 4, 22 in a pulsed mode, since the turn-off time of the transistors is several times longer than the turn-on time. This leads to the overlapping of the pulse output currents, which ensures a "soft" inclusion of power transistor switches 4, 22, that is, each of them opens at times when the previous one still remains in the open state. Therefore, loss of fronts does not occur and additional heating of the power transistor switches 4, 22 is not observed. Thus, the RNG operates until time t1 (Fig. 2e), while additional control transistors 20, 21 are closed. Moreover, the current in the excitation winding circuit of the generator, due to the continuous flow of current through it, provides an increase in voltage at the power terminals of the generator set and, respectively, at the first 2 and second 3 outputs of the RNG.

При достижении регулируемым напряжением значения, несколько превышающего номинальный уровень, выходной ток измерительного органа 1 резко возрастает, что вызывает открытие управляющего транзистора 7, что в свою очередь вызывает открывание промежуточного транзистора 17 и дополнительных управляющих транзисторов 20 и 21, причем последние шунтируют базоэмиттерные переходы силовых транзисторных ключей 4 и 22, запирая их. Силовые транзисторные ключи 4 и 22 закрываются, а ток в цепи обмотки возбуждения генератора, замыкаясь через гасящий диод 6, уменьшается по экспотенциальному закону. Напряжение на первом 2 и втором 3 выводах РНГ при этом понижается и при его значении несколько меньше номинального уровня выходной ток измерительного органа 1 уменьшается до значения, при котором первый управляющий транзистор 7 закрывается и одновременно в момент времени t2 (фиг. 2д) закрываются промежуточный транзистор 17 и дополнительные управляющие транзисторы 20 и 21. При этом силовые транзисторные ключи 4 и 22 открываются и далее процесс регулирования протекает аналогично вышеописанному, в результате чего напряжение на выводах генератора автоматически поддерживается на номинальном уровне. When the regulated voltage reaches a value slightly higher than the nominal level, the output current of the measuring body 1 increases sharply, which causes the opening of the control transistor 7, which in turn causes the opening of the intermediate transistor 17 and additional control transistors 20 and 21, the latter shunting the base-emitter junctions of the power transistor keys 4 and 22, locking them. Power transistor switches 4 and 22 are closed, and the current in the excitation winding circuit of the generator, closing through the quenching diode 6, decreases exponentially. The voltage at the first 2 and second 3 outputs of the RNG decreases and with its value slightly less than the nominal level, the output current of the measuring organ 1 decreases to the value at which the first control transistor 7 closes and at the same time t2 (Fig. 2e) the intermediate transistor closes 17 and additional control transistors 20 and 21. In this case, the power transistor switches 4 and 22 open and then the regulation process proceeds similarly to the above, as a result of which the voltage at the generator terminals vtomaticheski maintained at a nominal level.

Использование двух поочередно работающих силовых транзисторных ключей 4 и 22 в определенных интервалах времени, которые задаются временными параметрами мультивибратора, выполненного на переключающихся транзисторах 23 и 24, работающих в жестком режиме, позволяет равномерно поровну распределять рассеиваемую мощность на них, одновременно исключить возможность самовозбуждения на высоких частотах и этим повысить надежность устройства. The use of two alternately working power transistor switches 4 and 22 in certain time intervals, which are set by the time parameters of a multivibrator made on switching transistors 23 and 24, operating in hard mode, allows you to evenly distribute the dissipated power on them, while eliminating the possibility of self-excitation at high frequencies and thereby increase the reliability of the device.

В режиме короткого замыкания обмотки возбуждения генератора уровень регулируемого напряжения на первом 2 и втором 3 выводах РНГ понижен, следовательно, управляющий транзистор 7, промежуточный транзистор 17 и дополнительные управляющие транзисторы 20, 21 закрыты, а силовые транзисторные ключи 4, 22 открыты. Управляющий транзистор 7, транзистор 9 защиты, промежуточный транзистор 17 и дополнительные транзисторы 37, 40 защиты образуют схему релакционного генератора, работающего в автоколебательном режиме. In the short circuit mode of the excitation winding of the generator, the level of the regulated voltage at the first 2 and second 3 outputs of the RNG is lowered, therefore, the control transistor 7, the intermediate transistor 17 and the additional control transistors 20, 21 are closed, and the power transistor switches 4, 22 are open. The control transistor 7, the protection transistor 9, the intermediate transistor 17, and additional protection transistors 37, 40 form a circuit of a self-oscillating reaction generator.

Процесс возникновения автоколебаний состоит в следующем. The process of occurrence of self-oscillations is as follows.

При коротком замыкании обмотки возбуждения генератора напряжение на силовых выводах силовых транзисторных ключей 4, 22 и, соответственно, между вторым 3 и третьим 5 выводами РНГ возрастает. Транзистор 9 защиты и дополнительные транзисторы 37, 40 защиты работают синхронно с силовыми транзисторными ключами 4, 22, т.е. когда хотя бы один из последних открыт, то и одновременно открыты транзистор 9 защиты и дополнительные транзисторы 37, 40 защиты и, наоборот, если закрыты оба силовых транзисторных ключа 4, 22, то и закрыты транзистор 9 защиты и дополнительные транзисторы 37, 40 защиты. Это объясняется тем, что работа их управляется от одного промежуточного транзистора 17. Когда промежуточный транзистор 17 закрыт, то закрыты и дополнительные управляющие транзисторы 20, 21, следовательно, они не шунтируют по базоэмиттерным переходам силовые транзисторные ключи 4, 22 и работа последних управляется мультивибратором, выполненным на переключающихся транзисторах 23 и 24. Одновременно открыт первый дополнительный транзистор 37 защиты, так как его база подключается через последовательно соединенные второй диод 36 защиты и второй резистор 16 к второму выводу 3 РНГ. Ток, протекающий через первый дополнительный транзистор 37, открывает второй дополнительный транзистор 40, который в свою очередь открывает транзистор 9 защиты, так как база последнего через третий резистор 41 и открытый второй дополнительный транзистор 40 подключается к второму выводу 3 регулятора. Если промежуточный транзистор 17 открыт, то открыты дополнительные управляющие транзисторы 20, 21, которые запирают силовые транзисторные ключи 4, 22 по базоэмиттерным переходам. Одновременно открытый промежуточный транзистор 17 шунтирует совместно с первым диодом 15 защиты базоэмиттерный переход первого дополнительного транзистора 37 защиты и запирает последний. Протекание тока через него прекращается и, следовательно, закрываются второй дополнительный транзистор 40 и транзистор 9 защиты. With a short circuit of the generator field winding, the voltage at the power terminals of the power transistor switches 4, 22 and, respectively, between the second 3 and third 5 terminals of the RNG increases. The protection transistor 9 and additional protection transistors 37, 40 operate synchronously with the power transistor switches 4, 22, i.e. when at least one of the latter is open, then the protection transistor 9 and additional protection transistors 37, 40 are open at the same time, and, conversely, if both power transistor switches 4, 22 are closed, then the protection transistor 9 and additional protection transistors 37, 40 are closed. This is because their operation is controlled from one intermediate transistor 17. When the intermediate transistor 17 is closed, the additional control transistors 20, 21 are closed, therefore, they do not shunt power transistor switches 4, 22 through the base-emitter junctions, and the operation of the latter is controlled by a multivibrator, made on switching transistors 23 and 24. At the same time, the first additional protection transistor 37 is opened, since its base is connected via a second protection diode 36 and a second rubber connected in series 16 Torr to the second terminal 3 GNR. The current flowing through the first additional transistor 37 opens the second additional transistor 40, which in turn opens the protection transistor 9, since the base of the latter through the third resistor 41 and the open second additional transistor 40 is connected to the second terminal 3 of the controller. If the intermediate transistor 17 is open, then additional control transistors 20, 21 are opened, which lock the power transistor switches 4, 22 at the base-emitter junctions. At the same time, the open intermediate transistor 17 shunts together with the first protection diode 15 the base emitter junction of the first additional protection transistor 37 and locks the latter. The flow of current through it is stopped and, therefore, the second auxiliary transistor 40 and the protection transistor 9 are closed.

При открытом транзисторе 9 защиты и при возросшем напряжении, возникшем от замыкания обмотки возбуждения генератора, стабилитрон 11 пробивается при определенном значении напряжения между вторым 3 и третьим 5 выводами регулятора, и конденсатор 12 быстро заряжается через открытый транзистор 9 защиты, первый резистор 10 и открытый стабилитрон 11 с малой постоянной времени заряда. Напряжение с конденсатора 12 через первый резистивный делитель 13, 14 напряжения подается на базу управляющего транзистора 7 и открывает его, т. е. конденсатор 12 начинает разряжаться через резистор 13 и подключенные параллельно резистор 14 и базоэмиттерный переход управляющего транзистора 7 с постоянной времени разряда, значительно превышающей постоянную времени заряда его. Ток разряда конденсатора 12 вызывает открытие управляющего транзистора 7, что в свою очередь вызывает открывание промежуточного транзистора 17 и дополнительных управляющих транзисторов 20 и 21. Силовые транзисторные ключи 4 и 22 закрываются и одновременно закрываются дополнительные транзисторы 37, 40 и транзистор 9 защиты. Начинается процесс разряда конденсатора 12. При завершении процесса разряда конденсатора 12 управляющий транзистор 7 запирается, одновременно закрываются промежуточный транзистор 17 и дополнительные управляющие транзисторы 20, 21, а силовые транзисторные ключи 4, 22 открываются. Одновременно открываются дополнительные транзисторы 37, 40 защиты и транзистор 9 защиты и конденсатор 12 опять быстро заряжается через открытый транзистор 9 защиты, первый резистор 10 и открытый стабилитрон 11. Далее процесс протекает аналогично вышеописанному, в результате в схеме происходят устойчивые автоколебания. В рассмотренном автоколебательном режиме через силовые транзисторные ключи 4 и 22 протекают импульсные токи, среднее значение которых (при соответствующем выборе величин первого резистора 10 и резистора 13 первого резистивного делителя 13, 14 напряжения, определяющих постоянные времени заряда и разряда конденсатора 12) пренебрежимо мало. После устранения короткого замыкания обмотки возбуждения генератора РНГ включается автоматически. With the protection transistor 9 open and with an increased voltage arising from the closure of the generator field winding, the zener diode 11 breaks through at a certain voltage value between the second 3 and third 5 terminals of the regulator, and the capacitor 12 is quickly charged through the open protection transistor 9, the first resistor 10 and the open zener diode 11 with a small charge time constant. The voltage from the capacitor 12 through the first resistive voltage divider 13, 14 is supplied to the base of the control transistor 7 and opens it, i.e., the capacitor 12 begins to discharge through the resistor 13 and the resistor 14 connected in parallel and the base-emitter junction of the control transistor 7 with a discharge time constant, significantly exceeding the charge time constant of it. The discharge current of the capacitor 12 causes the opening of the control transistor 7, which in turn causes the opening of the intermediate transistor 17 and the additional control transistors 20 and 21. The power transistor switches 4 and 22 are closed and at the same time the additional transistors 37, 40 and the protection transistor 9 are closed. The discharge process of the capacitor 12 begins. When the discharge process of the capacitor 12 is completed, the control transistor 7 is locked, the intermediate transistor 17 and the additional control transistors 20, 21 are closed, and the power transistor switches 4, 22 are opened. At the same time, additional protection transistors 37, 40 and protection transistor 9 open and the capacitor 12 again quickly charges through the open protection transistor 9, the first resistor 10, and the open zener diode 11. The process then proceeds similarly to the above, as a result of which stable self-oscillations occur in the circuit. In the considered self-oscillating mode, pulsed currents flow through the power transistor switches 4 and 22, the average value of which (with an appropriate choice of the values of the first resistor 10 and resistor 13 of the first resistive voltage divider 13, 14, which determine the constants of the charge and discharge of the capacitor 12) is negligible. After eliminating the short circuit of the field winding of the generator, the RNG is switched on automatically.

Включение в схему предлагаемого устройства элементов защиты от короткого замыкания обмотки возбуждения генератора исключает влияние их на стабильное регулирование напряжения РНГ. Это обусловлено тем, что в схеме устройства отсутствуют различного рода положительные обратные связи и обеспечивается синхронная работа силовых транзисторных ключей 4 и 22, дополнительных транзисторов 37 и 40 защиты и транзистора 9 защиты при регулировании напряжения РНГ. Стабилитрон 11 используется в качестве порогового элемента, причем пороговое напряжение его определяется напряжением стабилизации, которое берется больше, чем остаточные напряжения открытых силовых транзисторных ключей 4, 22. Поэтому при отсутствии короткого замыкания обмотки возбуждения генератора и открытом транзисторе 9 защиты и открытых силовых транзисторных ключей 4, 22 заряда конденсатора 12 не происходит, так как остаточные напряжения на последних меньше, чем пороговое напряжение стабилитрона 11. При закрытых силовых транзисторных ключах 4, 22 закрыты дополнительные транзисторы 37 и 40 защиты и, соответственно, транзистор 9 защиты, что препятствует заряду вышеуказанного конденсатора. Таким образом, при отсутствии короткого замыкания обмотки возбуждения генератора конденсатор 12 в процессе регулирования не заряжается и, соответственно, не оказывает влияние на стабильность регулирования напряжения РНГ. The inclusion in the circuit of the proposed device of the elements of protection against short circuit of the excitation winding of the generator eliminates their influence on the stable regulation of the voltage of the RNG. This is due to the fact that the device circuit does not have various kinds of positive feedbacks and provides synchronous operation of power transistor switches 4 and 22, additional protection transistors 37 and 40 and protection transistor 9 when regulating the voltage of the RNG. The zener diode 11 is used as a threshold element, and its threshold voltage is determined by the stabilization voltage, which is taken more than the residual voltage of the open power transistor switches 4, 22. Therefore, in the absence of a short circuit of the excitation winding of the generator and the open transistor 9 of the protection and open power transistor switches 4 22, the charge of the capacitor 12 does not occur, since the residual voltages on the latter are less than the threshold voltage of the zener diode 11. With closed transistor power lyuchah 4, 22 are closed further transistors 37 and 40 and protection, respectively, the protection transistor 9, which prevents the above charge capacitor. Thus, in the absence of a short circuit of the excitation winding of the generator, the capacitor 12 is not charged during the regulation process and, accordingly, does not affect the stability of the regulation of the voltage of the RNG.

Второй диод 37 защиты предохраняет транзистор 9 защиты от пробоя при возникновении обратных наведенных напряжений на индуктивном сопротивлении соединительных проводов. The second protection diode 37 protects the protection transistor 9 from breakdown in the event of reverse induced voltages on the inductive resistance of the connecting wires.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность создавать высоконадежные регуляторы напряжения генератора, а введенные в схему элементы легко реализуются в микроэлектронном исполнении. Using the present invention makes it possible to create highly reliable voltage regulators of the generator, and the elements introduced into the circuit are easily implemented in microelectronic design.

Claims

A generator voltage regulator comprising a measuring element connected by an input between the first and second terminals of the regulator for connecting to the power terminals of the generator, a first power transistor switch connected by power terminals between the second terminal of the regulator and the third terminal of the regulator, intended to be connected to the excitation winding of the generator and connected to the first output of the regulator through a back-on quenching diode, a control transistor, connected by the base to the output of the measuring body , emitter to the second terminal of the regulator, and a collector to the first terminal of the current-limiting resistor, the first resistive voltage divider is connected by the first terminal to the second terminal of the regulator, a protection transistor, a first resistor, a capacitor, a first protection diode connected through a second resistor to the second terminal of the regulator , a second resistive voltage divider, characterized in that a second power transistor switch is connected to it, connected by power terminals between the corresponding power terminals of the first force ohm transistor switch, two additional control transistors, two switching transistors, two collector resistors, two RC circuits, five shunt resistors, a second protection diode, two additional protection transistors, a third resistive voltage divider, a third resistor, a zener diode, an additional quenching diode, included back between the second and third terminals of the regulator, and an intermediate transistor, the base of which is connected to the second terminal of the current-limiting resistor, the emitter to the first terminal of the controller, and the collector - to the middle terminal of the second resistive voltage divider, the extreme terminals of which are respectively connected to the bases of additional control transistors, the emitters of which are connected to the second terminal of the regulator, and the collectors - to the bases of the corresponding power transistor switches, the collectors of the switching transistors are respectively connected through the corresponding collector resistors to the bases the corresponding power transistor switches, the base - to the middle pins of the corresponding RC circuits connected by a resistor with the second output of the regulator and capacitive - respectively with the collectors of other switching transistors, and emitters - to the first output of the controller, parallel to the base-emitter junctions of the intermediate transistor, additional control transistors and power transistor keys are connected shunt resistors, the collector of the intermediate transistor through a protection diode with a direction of conductivity corresponding to the direction of conductivity of the series-connected emitter-collector junction between transistor, and through an additional protection diode with a conductivity direction corresponding to the direction of conductivity of the series-connected base-emitter junction of the first additional protection transistor, connected to the base of the first additional protection transistor, the emitter of which is connected to the first output of the regulator, and the collector through the third resistive voltage divider to the second regulator output, the middle output of the third resistive voltage divider is connected to the base of the second additional transistor protection circuit, the emitter of which is connected to the second output of the regulator, and the collector through the third resistor to the base of the protection transistor, the emitter of which is connected to the third output of the regulator, and the collector through series-connected first resistor, zener diode and capacitor to the second output of the regulator, and the common output a capacitor and a zener diode is connected to the second extreme terminal of the first resistive voltage divider, the middle terminal of which is connected to the base of the control transistor.