SU762124A1

SU762124A1 - Voltage regulator

Info

Publication number: SU762124A1
Application number: SU782673594A
Authority: SU
Inventors: Sergej Afanasev
Original assignee: Sergej Afanasev
Priority date: 1978-10-17
Filing date: 1978-10-17
Publication date: 1980-09-07

Description

Изобретение относится к электротехнике, точнее к устройствам"регулирования и стабилизации напряжения в системе генератор — аккумуляторная батарея преимущественно для систем электроснабжения 5 транспортных средств.The invention relates to electrical engineering, more precisely to the device "regulation and stabilization of the voltage in the system generator - rechargeable battery mainly for power supply systems 5 vehicles.

Известны регуляторы напряжения для генераторов постоянного и переменного тока, в состав которых входят специальные устройства защиты силовых транзисторов ю от токовых перегрузок при коротком замыкании обмотки возбуждения генератора.,Known voltage regulators for DC and AC generators, which include special devices for protecting power transistors s against current overloads during a short circuit of the generator excitation winding.,

Один из известных регуляторов напряжения содержит измерительный орган, подключенный через промежуточный усилитель 15 к выходному транзистору, в коллекторную цепь которого включена обмотка возбуждения и устройство защиты выходного транзистора, выполненное на двухобмоточном реле с сериесной и шунтовой обмотками, 20 ампер-витки которых включены согласно между собой. Контакты реле включены между базой и эмиттером защищаемого транзистора [1].One of the known voltage regulators contains a measuring unit connected through an intermediate amplifier 15 to an output transistor, the collector circuit of which includes an excitation winding and an output transistor protection device made on a double-winding relay with a serial and shunt windings, 20 amperes of which are connected according to each other . The relay contacts are connected between the base and the emitter of the protected transistor [1].

Недостатком этого устройства является 25 низкая надежность, вызванная большим временем срабатывания электромагнитного реле.A disadvantage of this device is the 25 low reliability caused by the long response time of the electromagnetic relay.

Другой из известных регуляторов напряжения содержит также измерительный 30Another of the known voltage regulators also contains measuring 30

22

орган, промежуточный и выходной транзисторы и устройство защиты от короткого замыкания, выполненное на тиристоре, который включен параллельно обмотке возбуждения [2].body, intermediate and output transistors and a short-circuit protection device, performed on the thyristor, which is connected in parallel with the excitation winding [2].

Недостатком этого регулятора является необходимость в предварительной настройке чувствительного органа защиты, а также необходимость термостабилизации этих цепей из-за исключения ложных срабатываний при изменении температуры.The disadvantage of this regulator is the need to pre-set the sensitive body of protection, as well as the need for thermal stabilization of these circuits due to the exclusion of false alarms when the temperature changes.

Наиболее близким техническим решением к данному регулятору является регулятор напряжения, содержащий измерительный орган,"'выход которого соединен с базой коммутирующего транзистора, в коллекторную цепь которого включен резистор, причем выход коммутирующего транзистора соединен с базой силового транзистора, в коллекторно-эмиттерную цепь которого последовательно включена обмотка возбуждения, зашунтированная в обратном направлении диодом, и устройство защиты от токов короткого замыкания обмотки возбуждения [3].The closest technical solution to this regulator is a voltage regulator containing a measuring body, the output of which is connected to the base of the switching transistor, in the collector circuit of which a resistor is connected, and the output of the switching transistor is connected to the base of the power transistor, in the collector-emitter circuit of which is connected in series field winding, shunted in the opposite direction by a diode, and a device for protection against short circuit currents of the field winding [3].

К недостаткам указанного регулятора следует отнести необходимость предварительной настройки порога срабатывания схемы защиты и его температурную нестабильность.The disadvantages of this regulator include the need to pre-adjust the threshold of the protection circuit and its temperature instability.

762124762124

33

Кроме того, в современных регуляторах напряжения все шире применяются исполнительные устройства на кремниевых комплементарных силовых транзисторах без сопротивления в коллекторной цепи. Поэтому включение в цепь обмотки возбуждения мощного сопротивления в качестве датчика тока короткого замыкания снижает КПД энергосистемы, повышает начальные обороты энергоотдачи генератора, препятствует миниатюризации регулятора.In addition, in modern voltage regulators, actuators are widely used on silicon complementary power transistors without resistance in a collector circuit. Therefore, the inclusion in the excitation winding circuit of a powerful resistance as a short-circuit current sensor reduces the efficiency of the power system, increases the initial speed of the generator's energy output, and prevents the regulator from miniaturizing.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение массогабаритных показателей.The aim of the invention is to improve the reliability and reduction of weight and dimensions.

Это достигается тем, что устройство защиты выполнено на дополнительно введенных транзисторе, резистивном делителе напряжения и конденсаторе, причем резистивный делитель напряжения включен параллельно переходу коллектор—эмиттер силового транзистора, коллекторно-эмиттерный переход дополнительного транзистора включен параллельно переходу база—эмиттер силового транзистора, а база дополнительного транзистора соединена со средней точкой резистивного делителя и через дополнительно введенный конденсатор — с коллектором коммутирующего транзистора.This is achieved by the fact that the protection device is made on additionally introduced transistors, a resistive voltage divider and a capacitor, the resistive voltage divider is connected parallel to the collector-emitter of the power transistor, the collector-emitter transition of the additional transistor is connected parallel to the base-emitter transition of the power transistor, and the base of the additional the transistor is connected to the midpoint of the resistive divider and through the additionally introduced capacitor is switched to the collector of the transistor.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема регулятора напряжения.The drawing shows a circuit diagram of a voltage regulator.

Регулятор содержит измерительный блок 1, коммутирующий транзистор 2 с резистором 3 в коллекторной цепи, исполнительный блок на силовых транзисторах 4 и 5, сопротивления 6 и 7 в цепи исполнительного блока, блок защиты от коротких замыканий на транзисторе 8, включенном параллельно переходу база—эмиттер силового транзистора 4, элементы управления блоком защиты: делитель напряжения на резисторах 9 и 10, включенный параллельно переходу коллектор—эмиттер силового транзистора 5 и коммутирующий конденсатор 11, подключенный между базой транзистора 8 блока защиты и коллектором транзистора 2.The regulator contains a measuring unit 1, a switching transistor 2 with a resistor 3 in the collector circuit, an executive unit on power transistors 4 and 5, resistances 6 and 7 in the circuit of the execution unit, a short-circuit protection unit on the transistor 8 connected in parallel with the base-to-power emitter junction transistor 4, protection control unit controls: a voltage divider across resistors 9 and 10, connected in parallel to the collector — emitter of the power transistor 5 and switching capacitor 11, connected between the base of transistor 8 Lok protection and collector of the transistor 2.

Регулятор напряжения работает следующим образом. лThe voltage regulator operates as follows. l

В нормальном режиме работы (при отсутствии короткого замыкания обмотки возбуждения) при самовозбуждении генератора транзистор 2 закрыт сигналом с измерительного блока 1, силов'ые транзисторы 4 и 5 открыты, транзистор 8 закрыт, так как напряжение на резисторах 9, 10 равно малому напряжению насыщения открытого силового транзистора 5.In normal operation (in the absence of a short circuit of the excitation winding), when the generator self-excites, the transistor 2 is closed by a signal from the measuring unit 1, the power transistors 4 and 5 are open, the transistor 8 is closed, because the voltage on the resistors 9, 10 is equal to the small open saturation voltage power transistor 5.

Напряжение генератора по мере роста числа его оборотов увеличивается до уровня настройки регулятора, после чего измерительный блок 1 выдает команду на отпирание коммутирующего транзистора 2, что приводит к отпиранию транзистора 8 базовым током, протекающем через кон4The generator voltage as the number of turns increases increases to the level of the regulator setting, after which the measuring unit 1 issues a command to unlock the switching transistor 2, which leads to unlocking of the transistor 8 by the base current flowing through the end

денсатор 11. Транзистор 8 запирает силовой ключ, после чего сигнал с резисторов 9—10 подтверждает команду на отпирание транзистора 8.sensor 11. Transistor 8 locks the power switch, after which the signal from resistors 9-10 confirms the command to unlock the transistor 8.

В последующем квазиустановпвшемся режиме, соответствующем возбуждению генератора, конденсатор 11 заряжен до напряженияIn the next quasi-installed mode, corresponding to the excitation of the generator, the capacitor 11 is charged to voltage

Нс,, — 7/база-эмиттор·Nc ,, - 7 / base-emitter ·

При снижении напряжения генератора до величины порога отпускания полупроводникового реле измерительного блока 1 последний выдает команду на запирание коммутирующего транзистора 2, после чего напряжение на конденсаторе 11 оказывается приложенным через резистор 3 к переходу база—эмиттер транзистора 8 в запирающем направлении. Начинается переключение силовых транзисторов. При этом происходит процесс перезаряда коммутирующего конденсатора. Постоянная времени цепи перезаряда 7^(Р₃+Р₁₀) -Сц. Напряжение, приложенное к цепи в процессе переключения, снижается до величины падения напряжения на открытом силовом ключе. После отпирания силовых транзисторов сигнал с делителя напряжения иа резисторах 9 и 10 подтверждает первоначальную импульсную команду на запирание транзистора 8. В последующем квазиустановившемся процессе возбуждение генератора продолжается процесс перезаряда конденсатора 11 до малого напряжения на открытом силовом ключе. Теперь «минус» будет на обкладке конденсатора, подключенной к базе транзистора 8.When the generator voltage drops to the value of the release threshold of the semiconductor relay of the measuring unit 1, the latter issues a command to lock the switching transistor 2, after which the voltage on the capacitor 11 is applied through the resistor 3 to the base-emitter transition of the transistor 8 in the blocking direction. The switching of the power transistors begins. When this occurs, the process of recharging the switching capacitor. The time constant of the recharge circuit is 7 ^ (P ₃ + P ₁₀ ) -Sc. The voltage applied to the circuit during the switching process is reduced to the magnitude of the voltage drop across the open power switch. After unlocking the power transistors, the signal from the voltage divider and resistors 9 and 10 confirms the initial pulse command for locking the transistor 8. In a subsequent quasi-steady-state process, the generator is excited by recharging the capacitor 11 to a low voltage on the open power switch. Now the “minus” will be on the capacitor plate connected to the base of transistor 8.

Затем транзистор 2 вновь открывается и повторяются описанные процессы.Then the transistor 2 reopens and the described processes are repeated.

При коротком замыкании обмотки возбуждения генратора начинается развозбуждение генератора. Измерительный блок 1 выдает команду на открывание силового ключа, т. е. запирает коммутирующий транзистор 2, происходит импульсное активное запирание транзистора защиты. Но поскольку сигнал с делителя на резисторах 9 и 10 не подтверждает команду транзистору 8 (резистор 10 теперь постоянно подключен к минусовой клемме генератора через сопротивление короткого замыкания), последний открывается и закрывает силовые транзисторы 4 и 5 до того момента, пока не будет устранено короткое замыкание, после чего схема возвращается в исходное состояние.In the event of a short circuit of the exciter winding, the generator starts to be excited. The measuring unit 1 issues a command to open the power switch, i.e., it closes the switching transistor 2, and an active pulse lock-up of the protection transistor occurs. But since the signal from the divider on resistors 9 and 10 does not confirm the command to the transistor 8 (resistor 10 is now permanently connected to the negative terminal of the generator via short circuit resistance), the latter opens and closes the power transistors 4 and 5 until the short circuit is eliminated after which the circuit returns to its original state.

Инерционность срабатывания блока защиты в режиме короткого замыкания определяется временем τ перезаряда коммутирующего конденсатора 11 до величины порогового напряжения П_порог перехода база—эмиттер транзистора 8. При проектировании регулятора должно соблюдаться условие: следовательноThe inertia of the operation of the protection unit in the short-circuit mode is determined by the time τ of switching the capacitor 11 to overcharge to the threshold voltage P _of the base-emitter transition of the transistor 8. When designing the regulator, the following condition must be met: therefore

(^Сц) + СЛтсрог) ^рег·(^ Сц) + СЛтсрог) ^ reg ·

762124762124

Величина τ исчисляется микросекундами. Поэтому инерционность срабатывания схемы защиты соизмерима с инерционностью процесса нарастания тока короткого замыкания, обусловленной индуктивностью якорной цепи генератора и распределенной индуктивностью силовых проводов.The value of τ is calculated in microseconds. Therefore, the inertia of the operation of the protection circuit is commensurate with the inertia of the process of increasing the short circuit current due to the inductance of the armature circuit of the generator and the distributed inductance of the power wires.

Технический эффект от использования предложенного регулятора напряжения заключается в том, что не требуется наличия специальных сопротивлений или датчиков тока в сильноточной цепи обмотки возбуждения. Это повышает КПД энергосистемы. Отпадает необходимость в предварительной настройке устройства защиты.The technical effect of using the proposed voltage regulator is that it does not require special resistance or current sensors in the high-current circuit of the excitation winding. This increases the efficiency of the power system. There is no need to pre-configure the protection device.

В данном регуляторе в нормальном режиме работы транзистор защиты берет на себя функцию непосредственного управления исполнительным устройством, поэтому отпадает необходимость в схеме активного запирания силовых транзисторов. Следовательно, не требуется реле самовозбуждения. В результате чего упрощается схема регулятора, создаются предпосылки для его микроминиатюризации.In this controller, in normal operation, the protection transistor assumes the function of direct control of the actuator, therefore there is no need for an active locking circuit of the power transistors. Therefore, no self-excited relay is required. As a result, the regulator's circuit is simplified, and prerequisites are created for its microminiaturization.

Claims

Claim

A voltage regulator for dc and ac generators containing a measuring unit whose output is connected to the base of the switching transistor, the collector circuit of which includes a resistor, and the output of the switching transistor is connected to the base of the power transistor, the excitation winding is sequentially connected to the collector-emitter circuit shunted by a diode connected in the opposite direction, and a device for protection of short-circuit current of the excitation winding, characterized in that

On improving reliability and reducing weight and size parameters, the protection device is made on the additionally introduced transistor, resistive voltage divider and capacitor, and the resistive

5 voltage divider is connected parallel to the junction collector — emitter of the power

the transistor, the collector-emitter junction of the additional transistor is connected parallel to the base-emitter junction of the power transistor, and the base of the additional transistor is connected to the midpoint of the resistive divider and through the additionally introduced capacitor to the collector of the switching transistor.

five