РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА


RU (11) 2215364 (13) C2

(51) 7 H02P9/30 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001134869/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.12.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.12.25 
(43) Дата публикации заявки: 2003.07.27 
(45) Опубликовано: 2003.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2149497 С1, 20.05.2000. RU 2118040 С1, 20.08.1998. WO 09012449 А1, 18.10.1990. 
(71) Заявитель(и): Открытое акционерное общество Калужский завод электронных изделий "Автоэлектроника" 
(72) Автор(ы): Неретин С.А.; Сорокин В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество Калужский завод электронных изделий "Автоэлектроника" 
Адрес для переписки: 248631, г.Калуга, ул. Азаровская, 18, ОАО "Автоэлектроника", директору по маркетингу и реализации 

(54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА 

Изобретение относится к автотракторному электрооборудованию, в частности к устройствам, предназначенным для регулирования напряжения генератора. Технический результат, достигаемый от использования изобретения, состоит в стабилизации частоты переключений регулятора напряжения повышения, повышении качества и уменьшении ошибки регулирования выходного напряжения генераторной установки автомобиля или трактора. Регулятор напряжения генератора содержит силовой транзисторный ключ (1), включенный между первой (2) и второй (5) шинами питания, измерительный орган (4), включенный между первой (2) и второй (5) шинами питания и выполненный с двумя выходами, транзисторный переключающий узел (6), связанный выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа (1), общим выводом с первой (2) шиной питания, выводом питания со второй шиной (5) питания, обратно включенный гасящий диод (7), связывающий выходной вывод (3) устройства с третьей шиной (8) питания, конденсатор (9), подключенный между первой шиной (2) питания и входом транзисторного переключающего узла (6), первый (10) и второй (11) управляемые источники тока, соединенные последовательно и подключенные одним крайним выводом к первой шине (2) питания, другим крайним выводом ко второй шине (5) питания, точкой соединения первого (10) и второго (11) управляемых источников тока к выводу конденсатора (9), подключенному ко входу транзисторного переключающего узла 6. Входы первого (10) и второго (11) управляемых источников тока подключены соответственно к первому и второму выходам измерительного органа (4). 7 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам, работающим в комплекте с генераторами тока и предназначенным для поддержания постоянства напряжения в сети электропитания автомобилей, тракторов и других автономных объектов.

Известны устройства для регулирования напряжения вентильного генератора, содержащие измерительный орган, силовой транзисторный ключ, транзисторный переключающий узел и цепи стабилизации частоты переключении регулятора [1, 2].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является регулятор напряжения генератора [2], содержащий силовой транзисторный ключ, включенный между "минусовой" шиной питания и выходным выводом устройства, связанным с первой "плюсовой" шиной питания через обратно включенный диод, управляющий транзистор, подключенный эмиттер-коллекторным переходом параллельно управляющему входу силового транзисторного ключа, эмиттером к "минусовой" шине питания, коллектором через ограничительный резистор к "плюсовой" шине питания, измерительный орган, включенный между "минусовой" и "плюсовой" шинами питания и связанный выходом с базой управляющего транзистора, транзисторный переключающий узел, выход которого связан с управляющим входом силового транзисторного ключа, конденсатор, подключенный одним выводом к "минусовой" шине питания, другим выводом связанный с выходом измерительного органа.

Известный регулятор напряжения имеет недостаток, состоящий в следующем.

Транзисторный переключающий узел, выполненный по схеме мультивибратоора, осуществляет коммутацию транзисторов силового ключа на интервале регулирования, когда Uрег.<U, где Uрег. - выходное (регулируемое) напряжение генераторной установки; Uрег.ном. - номинальное значение регулируемого напряжения, устанавливаемое для каждого образца регулятора напряжения путем настройки в процессе производства.

Осуществляя перераспределение рассеиваемой мощности между транзисторами силового ключа, переключающий узел фактически никак не влияет на частоту переключении регулятора напряжения, а соответственно не стабилизирует частоту автоколебаний в системе электропитания автомобиля или трактора.

Данное обстоятельство не позволяет улучшить качество напряжения в бортсети в рабочем диапазоне скоростей и нагрузок генераторной установки и получить высокую точность регулирования, например, при использовании прототипа в комплекте с генератором 94.3701 и его модификациями.

Заявляемое изобретение направлено на стабилизацию частоты переключении регулятора напряжения, повышение качества и уменьшение ошибки регулирования выходного напряжения генераторной установки.

Указанный технический результат достигается тем, что в регулятор напряжения генератора, содержащий силовой транзисторный ключ, включенный между первой шиной питания и выходным выводом устройства, измерительный орган, включенный между первой и второй шинами питания, транзисторный переключающий узел, связанный выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа, обратно включенный гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства с третьей шиной питания, конденсатор, одним выводом связанный с первой шиной питания, дополнительно введены первый и второй управляемые источники тока, а измерительный орган выполнен с двумя выходами, подключенными соответственно ко входу первого и второго управляемых источников тока, причем первый и второй управляемые источники тока соединены последовательно и образуют цепь, связанную одним крайним выводом с первой шиной питания, другим крайним выводом со второй шиной питания, точкой соединения первого и второго управляемых источников тока с другим выводом конденсатора и со входом транзисторного переключающего узла, подключенного общим выводом к первой шине питания, выводом питания ко второй шине питания.

На фиг.1, фиг.2 представлена функциональная схема заявляемого устройства.

На фиг. 3, фиг. 4 представлены эпюры напряжений и токов, поясняющие принцип действия регулятора напряжения при больших (фиг.3) и малых (фиг.4) токах нагрузки генератора.

На фиг. 5, фиг.6, фиг.7 представлены примеры конкретного схемотехнического выполнения функциональных узлов регулятора напряжения.

В состав регулятора напряжения (фиг.1) входят следующие элементы: силовой транзисторный ключ 1 в виде транзистора n-p-n проводимости, включенный между первой шиной 2 питания и выходным выводом 3 устройства, измерительный орган 4, включенный между первой 2 и второй 5 шинами питания и выполненный с двумя выходами, транзисторный переключающий узел 6, связанный выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа 1, общим выводом с первой шиной 2 питания, выводом питания со второй шиной питания 5, обратно включенный гасящий диод 7, связывающий выходной вывод 3 устройства с третьей шиной 8 питания, конденсатор 9, подключенный между первой шиной 2 питания и входом транзисторного переключающего узла 6, первый 10 и второй 11 управляемые источники тока, соединенные последовательно и подключенные одним крайним выводом к первой шине 2 питания, другим крайним выводом ко второй шине 5 питания, точкой соединения первого 10 и второго 11 управляемых источников тока к выводу конденсатора 9, подключенному ко входу транзисторного переключающего узла 6. Входы первого 10 и второго 11 управляемых источников тока подключены соответственно к первому и второму выходам измерительного органа 4.

Устройство работает следующим образом.

При включенном замке зажигания и остановленном генераторе силовой транзисторный ключ 1 открывается и подключает коммутируемый вывод обмотки возбуждения генератора к первой шине 2 питания. Так как напряжение между шинами 2 и 5 питания устанавливается ниже настроечного уровня регулятора напряжения, измерительный орган 4 по второму выходу вырабатывает ток, являющийся входным током i" второго управляемого источника 11 тока, предназначенного для осуществления процесса разрядки конденсатора 9. Напряжение на конденсаторе 9 устанавливается несколько меньше уровня нижнего порога срабатывания транзисторного переключающего узла, и в таком состоянии схема регулятора напряжения может находится сколь угодно долго.

При пуске двигателя и увеличении частоты вращения генератора регулируемое напряжение Uрег. повышается (фиг.3а, интервал времени 0 - t1) и достигает значения, несколько превышающего настроечный уровень регулятора напряжения. При этом входной ток i' первого управляемого источника 10 тока, вырабатываемый измерительным органом 4 по первому выходу, увеличивается (фиг. 3б, интервал времени 0 - t1), а входной ток i" второго управляемого источника 10 тока, вырабатываемый измерительным органом 4 по второму выходу, уменьшается (фиг. 3в, интервал времени 0 - t1). Соответственно возрастает ток зарядки и уменьшается ток разрядки конденсатора 9.

В результате напряжение Uc (фиг.3г, интервал времени 0 - t1) на конденсаторе 9 возрастает до уровня верхнего порога срабатывания Uв.п. переключающего транзисторного узла 6. Указанный узел 6 переключает порог срабатывания с верхнего уровня Uв.п. на нижний Uн.п. (фиг.3г, момент времени t1) и закрывает силовой транзисторный ключ 1 (фиг.3д, момент t1).

После закрывания силового транзисторного ключа 1 ток в цепи обмотки возбуждения начинает уменьшаться по экспоненциальному закону (фиг.3е, интервал времени t1 - t2), замыкаясь через гасящий диод 7, что в свою очередь вызывает соответствующее уменьшение регулируемого напряжения Uрег. (фиг.3а, интервал времени t1 - t2). Уменьшение напряжения между шинами 5, 2 питания приводит к тому, что входной ток i' первого управляемого источника 10 тока, вырабатываемый измерительным органом 4 по первому выходу, уменьшается (фиг. 3б, интервал времени t1 - t2), а входной ток i" второго управляемого источника 11 тока, вырабатываемый измерительным органом 4 по второму выходу, увеличивается (фиг.3в, интервал времени t1 - t2). Соответственно уменьшается ток зарядки и возрастает ток разрядки конденсатора 9, в результате чего напряжение Uc на нем быстро уменьшается до уровня нижнего порога срабатывания Uн.п. переключающего транзисторного узла 6 (фиг.3г, интервал времени t1 - t2). Узел 6 переключает порог срабатывания с нижнего уровня Uн.п. на верхний Uв.п. (фиг. 3г, момент времени t2) и открывает силовой транзисторный ключ 1 (фиг.3д, момент времени t2).

После открывания силового транзисторного ключа 1 ток в цепи обмотки возбуждения начинает возрастать (фиг.3е, интервал времени t2 - t3), что вызывает соответствующее увеличение регулируемого напряжения Uрег. (фиг.3а, интервал времени t2 - t3). Далее процесс регулирования протекает аналогично вышеописанному, в результате чего выходное напряжение генератора поддерживается на номинальном уровне.

В процессе регулирования частота переключении регулятора напряжения определяется суммарным временем процессов зарядки и разрядки конденсатора 9 и она практически не меняется в рабочем диапазоне изменения токов нагрузки и скоростей вращения генератора (фиг.3г, фиг.4г), так как управление токами зарядки и разрядки конденсатора 9 организовано таким образом, что если, например, процесс зарядки конденсатора 9 затягивается из-за большого тока нагрузки генератора, то обязательно становится короче процесс его разрядки (фиг. 3г), и наоборот, если затягивается процесс разрядки конденсатора 9 при малой нагрузке генератора, то обязательно становится короче процесс его зарядки (фиг.4г).

Стабилизация частоты переключений регулятора напряжения существенно улучшает качество выходного напряжения генератора и повышает точность поддержания постоянства напряжения в сети электропитания.

Кроме отмеченного достоинства заявленное устройство обладает способностью осуществлять автоматическую коррекцию уровня регулируемого напряжения в зависимости от тока нагрузки генератора.

Эпюры регулируемого напряжения, изображенные на фиг.3а и фиг.4а, характеризуют режим большого (фиг.3, а) и малого (фиг.4а) токов нагрузки регулятора. Сопоставляя указанные эпюры, можно отметить, что на этапах открытого и закрытого состояния силового транзисторного ключа режим работы генератора характеризуется:

- для больших токов нагрузки малой скоростью нарастания и большой скоростью спада регулируемого напряжения;

- для малых токов нагрузки большой скоростью нарастания и малой скоростью спада регулируемого напряжения.

Благодаря тому, что измерительный орган 4 выполнен с двумя выходами, вырабатывающими противофазные по переменной составляющей токи управления i' и i'', обеспечивается возможность автоматического управления процессами формирования напряжения на конденсаторе 9 (фиг.3г; фиг.4г), а соответственно и уровнем регулируемого напряжения по фактическому значению тока нагрузки генератора. Например, коэффициенты передачи первого 10 и второго 11 управляемых источников тока можно выбрать такими, что при увеличении тока нагрузки генератора уровень регулируемого напряжения будет возрастать по отношению к номинальному на 0,1...0,3 В.

На фиг. 2 представлена функциональная схема регулятора напряжения, предназначенного для работы в комплекте с генератором, у которого отсутствует дополнительная тройка диодов.

По принципу действия данная схема аналогична вышеописанной и отличается от последней применением в качестве силового транзистора ключа 1 транзисторов p-n-p проводимости в связи с тем, что обмотка возбуждения генератора подключена к "минусовому" выводу питания.

На фиг.5 представлен пример конкретного выполнения измерительного органа 4 в виде дифференциального каскада с двумя выходами.

На фиг.6 представлен пример конкретного выполнения первого 10 и второго 11 управляемых источников тока, подключаемых к конденсатору 9.

На фиг.7 представлен пример конкретного выполнения транзисторного переключающего узла 6 с использованием двух триггеров Шмитта.

Представленные на фиг.5, фиг.6, фиг.7 примеры конкретного выполнения не являются единственными и могут быть реализованы с применением других известных схемотехнических решений. Например:

измерительный орган - с применением усилителя Нортона;

управляемый источник тока - в виде управляемого стабилизатора тока;

транзисторный переключающий узел - в виде компаратора с фиксированными порогами срабатывания.

Таким образом, введение в устройство первого и второго управляемых источников тока, выполнение измерительного органа с двумя выходами, подключенными соответственно ко входу первого и второго управляемых источников тока, соединенных последовательно и образующих цепь, связанную одним крайним выводом с первой шиной питания, другим крайним выводом со второй шиной питания, точкой соединения первого и второго управляемых источников тока с другим выводом конденсатора и со входом транзисторного переключающего узла, подключенного общим выводом к первой шине питания, выводом питания ко второй шине питания, выгодно отличают заявляемое устройство от известного, так как позволяют стабилизировать частоту переключении регулятора напряжения, повысить качество и уменьшить ошибку регулирования выходного напряжения генератора путем совмещения параметрического способа управления со способом управления по отклонению.

Лабораторные и эксплуатационные испытания, проведенные ОАО "Автоэлектроника" совместно с ОАО "ЗИТ", показали улучшенные эксплуатационные свойства регулятора напряжения, а также возможность его применения как на легковых, так и на грузовых автомобилях.

Источники информации

1. US Патент 4250444, кл. Н 02 Р 9/30, 1981.

2. RU Патент 2115220, кл. Н 02 Р 9/30, 1988, Бюл. 19. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Регулятор напряжения генератора, содержащий силовой транзисторный ключ, включенный между первой шиной питания и выходным выводом устройства, измерительный орган, включенный между первой и второй шинами питания, компаратор с верхним и нижним порогами срабатывания, связанный выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа, гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства с третьей шиной питания, конденсатор, одним выводом связанный с первой шиной питания, отличающийся тем, что введены первый и второй управляемые источники тока, а измерительный орган выполнен с двумя выходами, предназначенными для вырабатывания противофазных по переменной составляющей токов управления, к первому из которых подключен вход первого, а ко второму - вход второго управляемых источников тока, причем первый и второй управляемые источники тока соединены последовательно и образуют цепь, связанную одним крайним выводом с первой шиной питания, другим крайним выводом - со второй шиной питания, при этом точка соединения первого и второго управляемых источников тока соединена с другим выводом конденсатора и со входом упомянутого компаратора, подключенного общим выводом к первой шине питания, а выводом питания - ко второй шине питания.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru