УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Предлагаемое устройство относится к устройствам для управления электромашинными преобразователями. Оно предназначено для стабилизации напряжения генератора, работающего с аккумуляторной батареей, ограничения тока заряда батареи и защиты потребителей от повышения напряжения генератора.
Известно устройство - блок регулирования и защиты генератора (БРЗГ), широко применяемый на электропоездах ЭР2 (см. Цукало П.В., Просвирин Б.К. «Эксплуатация электропоезда». М.: Транспорт, 1994. Стр.99-101).
Известное устройство по своему назначению и технической сущности является наиболее близким предлагаемому техническому решению и по максимальному количеству сходных существенных признаков выбрано за прототип.
Устройство - прототип (фиг.1) содержит ограничитель тока 1, на который подается напряжение с датчика тока, зависящее от тока заряда аккумуляторной батареи, соединенный с измерителем регулятора 2, а также измеритель защиты 3, соединенный с усилителем защиты 4, управляющим реле защиты генератора. Питающий делитель 5, подключенный к аккумуляторной батарее, обеспечивает питание усилителя регулятора 6 и формирователя импульсов 7. Напряжение с выхода генератора подается на входы измерителя регулятора 2, измерителя защиты 3 и тиристорного триггера 8. Сигнал рассогласования с выхода измерителя регулятора 2 подается на усилитель регулятора 6, где усиливается и управляет работой формирователя импульсов 7. Формирователь импульсов 7 обеспечивает поочередную подачу импульсов управления тиристорным триггером 8, осуществляющим импульсное питание обмотки возбуждения генератора преобразователя. Выходное напряжение генератора преобразователя поступает на входы измерителя регулятора 2, измерителя защиты 3 и на вход питания тиристорного триггера 8.
Недостатком устройства - прототипа является низкая стабильность напряжения на выходе генератора, так, что при изменении величины тока нагрузки генератора от 5А до 200А и зарядного тока аккумуляторной батареи от нуля до 20А выходное напряжение генератора преобразователя может изменяться от 52,5В до 47,5В, то есть на 10%.
Целью предлагаемого технического решения является повышение стабильности напряжения на выходе генератора. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее ограничитель тока, измеритель регулятора, последовательно соединенные измеритель защиты и усилитель защиты, введены широтно-импульсный модулятор (ШИМ), формирователь пилообразного напряжения, узел гальванической развязки, выходной каскад регулятора, узлы защиты выходного каскада регулятора и усилителя защиты, а также сумматор сигналов с соответствующими связями.
Введение указанных признаков позволяет повысить стабильность напряжения на выходе генератора преобразователя при одновременном повышении надежности работы путем обеспечения защиты выходных каскадов устройства от короткого замыкания во внешних цепях.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого технического решения, поэтому можно считать, что предлагаемое устройство соответствует условию изобретательского уровня.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства-прототипа, на фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство (фиг.2), как и прототип, содержит ограничитель тока 1, соединенный с датчиком тока, измеритель регулятора 2, измеритель защиты 3, соединенный с усилителем защиты 4, управляющим реле защиты генератора, а также питающий делитель 5, соединенный с аккумуляторной батареей.
Вход измерителя регулятора 2 и вход измерителя защиты 3 соединены с выходом генератора.
В отличие от прототипа в него дополнительно введены широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 9, формирователь пилообразного напряжения 10, узел гальванической развязки 11, выходной каскад регулятора 12, первый узел защиты 13, второй узел защиты 14, сумматор сигналов 15. Выход ограничителя тока 1 соединен с первым входом сумматора сигналов 15. Выход измерителя регулятора 2 соединен с вторым входом сумматора сигналов 15. Выход сумматора сигналов 15 соединен с входом ШИМ 9, другой вход ШИМ 9 соединен с формирователем пилообразного напряжения 10. Выход ШИМ 9 соединен с входом узла гальванической развязки 11, выход которого соединен с управляющим входом выходного каскада регулятора 12. Вход первого узла защиты 13 соединен с усилителем защиты 4. Вход второго узла защиты 14 соединен с выходным каскадом регулятора 12. Выходы измерителя защиты 3, первого узла защиты 13 и второго узла защиты 14 соединены с третьим, четвертым и пятым входами сумматора сигналов 15, соответственно. Вход питания выходного каскада регулятора 12 соединен с выходом генератора. Питающий делитель 5 обеспечивает питающими напряжениями ограничитель тока 1, измеритель регулятора 2, измеритель защиты 3, ШИМ 9, формирователь пилообразного напряжения 10, узел гальванической развязки 11, первый узел защиты 13 и второй узел защиты 14.
Предлагаемое устройство может быть реализовано на следующей элементной базе: ограничитель тока 1, измеритель регулятора 2, измеритель защиты 3, широтно-импульсный модулятор 9, формирователь пилообразного напряжения 10, первый узел защиты 13, второй узел защиты 14 выполнены на 2-х микросхемах К1401УД2А, узел гальванической развязки 11 выполнен на оптроне АОТ128, усилитель защиты 4 выполнен на полевом транзисторе КП837, выходной
каскад регулятора 12 выполнен на полевом транзисторе КП813А1, сумматор сигналов 15 - на диодах КД522Б и RC цепочках.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На ограничитель тока 1 поступает напряжение, пропорциональное зарядному току. Это напряжение усиливается и через сумматор сигналов 15 поступает на вход ШИМ 9, на выходе которого формируются управляющие импульсы, длительность которых увеличивается при уменьшении зарядного тока и уменьшается при его увеличении. Импульсы с выхода ШИМ 9 через схему гальванической развязки 11 поступают на исток полевого транзистора выходного каскада регулятора 12. Выходной каскад регулятора 12 усиливает управляющие импульсы, поступающие на обмотку возбуждения генератора. Изменение длительности импульсов приводит к изменению величины среднего тока через обмотку возбуждения и, таким образом, регулятор стабилизирует величину зарядного тока аккумуляторной батареи до момента ее зарядки.
На вход измерителя регулятора 2 поступает напряжение с выхода генератора. В измерителе регулятора 2 это напряжение сравнивается с внутренним опорным напряжением, полученный разностный сигнал усиливается и через сумматор сигналов 15 поступает на вход ШИМ 9. Если напряжение на выходе генератора больше опорного напряжения, происходит уменьшение длительности управляющих импульсов на выходе ШИМ 9. Если напряжение на выходе генератора меньше опорного напряжения, происходит увеличение длительности управляющих импульсов на выходе ШИМ 9. Выходной каскад регулятора 12 усиливает управляющие импульсы, поступающие на обмотку возбуждения генератора. Изменение длительности импульсов приводит к изменению величины среднего тока через обмотку возбуждения, и таким образом стабилизируется выходное напряжение генератора.
На вход измерителя защиты 3 поступает напряжение с выхода генератора. В измерителе защиты 3 это напряжение сравнивается с внутренним опорным
напряжением. Если напряжение на выходе генератора становится больше заданного значения, то на выходе измерителя защиты 3 появляется напряжение низкого уровня и он переходит в режим «защелки». При этом усилитель защиты 4 отключает реле РЗГ, а напряжение низкого уровня с выхода измерителя защиты 3, складываясь в сумматоре сигналов 15 с напряжениями ограничителя тока 1 и измерителя регулятора 2, приводит к прекращению формирования импульсов на выходе ШИМ 9, и, соответственно, к исчезновению тока в обмотке возбуждения генератора. Усилитель защиты 4 предназначен для отключения обмотки возбуждения генератора с помощью реле РЗГ в аварийных случаях, когда напряжение на выходе генератора становится на 20% больше номинального значения.
Первый узел защиты 13 предназначен для защиты усилителя защиты 4 от короткого замыкания в своей выходной цепи. При наличии короткого замыкания на выходе первого узла защиты 13 формируется сигнал, вызывающий появление напряжения низкого уровня на выходе измерителя защиты 3, который переходит в режим «защелки». Напряжение низкого уровня с выхода измерителя защиты 3 складывается в сумматоре сигналов 15 с напряжениями ограничителя тока 1 и измерителя регулятора 2, при этом перестают формироваться импульсы на выходе ШИМ 9 и, соответственно, исчезает ток в обмотке возбуждения генератора, т.е. происходит выключение генератора.
Второй узел защиты 14 предназначен для защиты выходного каскада регулятора 12 от короткого замыкания в обмотке возбуждения генератора. При появлении короткого замыкания в обмотке возбуждения на выходе второго узла защиты 14 появляется сигнал напряжения низкого уровня, который, складываясь в сумматоре сигналов 15 с напряжениями ограничителя тока 1 и измерителя регулятора 2, приводит к уменьшению длительности управляющих импульсов на выходе ШИМ 9 и, соответственно, к ограничению тока через выходной каскад регулятора 12 и обмотку возбуждения генератора.
Предлагаемое устройство увеличивает стабильность выходного напряжения генератора таким образом, что при изменении величины тока нагрузки генератора от нулевого значения до максимального (200А) и при изменении зарядного тока аккумуляторной батареи от нулевого значения до значения равного 20А, выходное напряжение генератора изменяется от 52,5В до 51,2В, то есть на 2,5% в отличие от прототипа (10%). При этом повышаются надежность и долговечность работы электрооборудования электропоезда. Введение защиты выходных каскадов устройства от короткого замыкания во внешних цепях повышает надежность работы электромашинного преобразователя в каждой секции электропоезда ЭР2.