УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к электронным устройствам, предназначенным для автоматического поддержания напряжения электрического генератора в заданных пределах и может быть использована, в частности, в электропоездах, на автомобилях и т.д.
Известен регулятор напряжения автомобильного генератора переменного тока, который содержит связанный с аккумулятором транзисторный усилитель тока, к выходу которого подключена обмотка возбуждения генератора, зашунтированная диодом в обратном направлении, пороговое устройство на стабилитроне, связанное с регулировочным и дополнительным резисторами, SU 542301.
Описанный выше регулятор отличается низкой точностью регулирования напряжения. Снижение точности регулирования напряжения происходит вследствие того, что в стандартных системах электрооборудования автомобилей к цепи подключения регулятора, как правило, подключаются еще и другие достаточно мощные потребители электроэнергии, такие например, как система зажигания и прерыватель указателей поворотов. Вследствие этого напряжение, развиваемое генератором, повышается на величину падения напряжения в цепи между
генератором и регулятором. Таким образом, известный регулятор фактически поддерживает напряжение в заданных пределах не на зажимах генератора, а на своих собственных зажимах. Это приводит к повышению напряжения и перезаряду (выключению) аккумулятора, что отрицательно сказывается на его долговечности. Указанное явление усугубляется в случае увеличения по каким-либо причинам сопротивления в цепи между генератором и регулятором, что может произойти, например, в процессе эксплуатации, вследствие обгорания контактов в замке зажигания или ослабления крепления штеккеров приводов. Кроме того, сам по себе регулятор напряжения является достаточно мощным потребителем электроэнергии, которая поступает через него в обмотку возбуждения генератора и в случае, если сопротивление в цепи между генератором и регулятором будет превышать норму, это также приведет к искажению характеристики регулятора.
Известен также регулятор напряжения для автомобильного генератора переменного тока, содержащий подсоединенный к выводам аккумулятора транзисторный усилитель постоянного тока, пороговый элемент на стабилитроне, связанном с регулировочным и дополнительным резисторами, вспомогательный резистор и транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой регулировочного резистора и стабилитрона, а база и коллектор через дополнительный и
вспомогательный резисторы соответственно связаны с выводом плюсовой клеммы аккумулятора через выключатель, SU 669465.
Недостатком этого регулятора напряжения является невозможность обеспечения изменения выходного напряжения генератора в зависимости от температуры аккумулятора, при изменении температуры аккумулятора не изменяется напряжение на выходе генератора, то есть не обеспечивается автоматическое слежение. Вследствие этого аккумулятор недозаряжается при низких температурах и перезаряжается (кипит) при высоких.
Известно устройство управления напряжением электрического генератора, содержащее электронный ключ, пороговый элемент, транзисторный усилитель тока, выключатель, генератор, аккумулятор, ограничитель максимального напряжения, термодатчик; термодатчик имеет тепловой контакт с аккумулятором, RU 2095936 С1.
Данное техническое решение принято за прототип настоящей полезной модели. Это устройство обеспечивает регулирование напряжения генератора в зависимости от изменения температуры аккумулятора.
Недостатком известного регулятора является то, что регулятор не имеет нижнего порога ограничения напряжения, то есть, при увеличении температуры аккумулятора напряжение генератора может опуститься ниже допустимого. Для ряда транспортных средств и, в особенности, для
электропоезда такая ситуация является аварийной, так как при понижении напряжения проявляются сбои в работе релейной части системы управления поезда.
Задача настоящей полезной модели заключается в обеспечении изменения выходного напряжения генератора в зависимости от зарядного тока аккумулятора с учетом минимального порога напряжения. То есть, при изменении тока заряда аккумулятора может изменяться напряжение генератора, но при этом указанное напряжение не должно опускаться ниже допустимого значения, что позволяет обеспечить бесперебойную работу автоматики электропоезда.
Согласно полезной модели эта цель достигается за счет того, что устройство управления напряжением электрического генератора, содержащее электронный ключ, пороговый элемент, транзисторный усилитель тока, выключатель, генератор, аккумулятор, ограничитель максимального напряжения, дополнительно содержит сумматор и датчик тока, при этом выход электронного ключа соединен со входом транзисторного усилителя тока, выход которого соединен с первым входом выключателя, выход которого соединен со входом электрического генератора, выход которого соединен со входом датчика тока, первый выход которого соединен со входом аккумулятора, а второй его выход соединен со входом порогового элемента, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен со
входом электронного ключа, а второй вход его соединен со входом ограничителя максимального напряжения и выходом генератора, причем выход ограничителя максимального напряжения соединен со вторым входом выключателя.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых приведены:
на фиг.1 - блок-схема устройства;
на фиг.2 - график зависимости выходного напряжения генератора от тока заряда аккумулятора.
В конкретном примере рассматривается электрический генератор типа DK604B, устанавливаемый в электропоездах типа ЭР2 (блок БР3Г).
Устройство управления напряжением электрического генератора 1 содержит электронный ключ 2, выполненный на микросхеме UC3843, пороговый элемент 3, выполненный на основе операционного усилителя AD8542AR, транзисторный усилитель 4 тока на основе драйвера IR2125 и полевых транзисторов IRF3710, выключатель 5, в конкретном примере - реле Finder 65.31.9.048.0000, аккумулятор 6 типа 90КН-100. Ограничитель максимального напряжения 7 собран на основе операционного усилителя AD8542AR. Сумматор 8 собран на основе
резисторов постоянного номинала типа RC0805GR и диода LL4148. Датчик 9 тока представляет собой резистор типа SH-50. Выход электронного ключа 2 соединен со входом транзисторного усилителя 4 тока, выход которого соединен с первым входом выключателя 5, выход которого соединен со входом генератора 1, выход которого соединен со входом датчика 9 тока. Первый выход датчика 9 тока соединен со входом аккумулятора 6, а второй его выход соединен со входом порогового элемента 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 8. Выход сумматора 8 соединен со входом электронного ключа, а второй вход сумматора 8 соединен со входом ограничителя 7 максимального напряжения и выходом генератора 1. Выход ограничителя 7 сумматора 8 соединен со вторым входом выключателя 5.
Σ
Устройство работает следующим образом. Напряжение, вырабатываемое генератором 1, поступает на второй вход сумматора 8, а также на вход ограничителя 7 максимального напряжения. В сумматоре 8 происходит формирование сигнала обратной связи U для электронного ключа 2. С выхода сумматора 8 сигнал обратной связи поступает на ключ 2. Ключ 2 в зависимости от значения сигнала обратной связи формирует на выходе сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). С выхода ключа 2 ШИМ-модулированный сигнал поступает на вход транзисторного усилителя 4 тока, который формирует ток, необходимый для работы обмотки возбуждения генератора 1. Ток с выхода усилителя 4
поступает на первый вход выключателя 5 и с выхода выключателя 5 - на вход генератора 1. Контакты выключателя 5 замкнуты при нормальной (неаварийной) работе устройства. С первого выхода генератора 1 напряжение поступает на вход датчика 9 тока. С первого выхода датчика 9 тока напряжение подается на клеммы аккумулятора 6.
Датчик 9 тока формирует напряжение, пропорциональное току, протекающему через него, и со второго его выхода это напряжение поступает на пороговый элемент 3. Пороговый элемент 3 формирует сигнал обратной связи по току в соответствии с зависимостью:
при Uдт<Uнас, Uпэ=Uдт;
при Uдт>=Uнас, Uпэ=Uнас;
где:
Uдт - напряжение датчика тока;
Uнас - напряжение насыщения порогового элемента;
Uпэ - выходное напряжение порогового элемента.
Σ
Σ
С выхода порогового элемента 3 напряжение обратной связи по току поступает на сумматор 8, который формирует напряжение обратной связи U для электронного ключа 2. Значение напряжения U определяется исходя из выражения:
Σ
при Uпэ<Uг, U=Uг;
Σ
при Uпэ>=Uг, U=Uпэ;
где:
Uг - напряжение генератора;
Σ
U - напряжение, формируемое сумматором.
Ограничение тока зарядки аккумулятора (IзарА) производится в соответствии с графиком, представленным на фиг.2.
1
2
При достижении IзарА значения I, пороговый элемент 3 ограничивает выходное напряжение генератора 1. При достижении током IзарА значения I, пороговый элемент 3 входит в насыщение, дальнейшего ограничения не происходит - рост значения IзарА не приводит к дальнейшему снижению значения напряжения генератора.
Данная характеристика позволяет плавно регулировать напряжение на выходе генератора и, соответственно, IзарА. При этом напряжение не опускается ниже значения Uвыхmin, что положительно сказывается на работе узлов электропоезда, содержащих элементы релейной автоматики, и обеспечивает таким образом ее бесперебойную работу.
При превышении максимального значения напряжения, вырабатываемого генератором 1, ограничитель максимального напряжения 7 подает сигнал на вход 2 выключателя 5, который отключает генератор 1 от транзисторного усилителя 4 тока.