Регулятор напряжения

 

Использование; в электроснабжении, в регуляторах напряжения, используемых в транспортных средствах. Сущность: параллельно питающей сети подключена быстродействующая защита, выход которой, представляющий собой электрический сигнал или тепловую связь элементов защиты степлопроводящей подложкой, воздействует на инерционную защиту, реагирующую на тепловой сигнал, которая размыкает обмотку возбуждения генератора, предохраняя от длительных перенапряжений как регулятор напряжения, так и другие устройства , имеющие связь с сетью питания. От импульсных перенапряжений защищает быстродействующая защита. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВНСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 Н 7/20, 9/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТ!1ОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4924109/07 (22) 03.04.91 (46) 23.04,93, Бюл, № 15 (76) tO,Ñ,Ìàëüöåâ и В,Д.Шевченко (56) Брюханов А.Б. Электронные устройства автомобиля, Регулятор напряжения типа

17.3702, 1988, с,25, рис, 3,1.

Патент CLLIA ¹ 3942096, кл. Н 02 Н 7/00, 1976, Авторское свидетельство СССР

N 319153, кл. Н 02 J 7/24, 1971, (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЛ)КЕНИЛ (57) Использование; в электроснаб>кении, в регуляторах напряжения, используемых в

Изобретение относится к энергоснабжению, в частности к регуляторам напряжения, используемым в системах энергоснаб>кения транспортных средств.

Цель изобретения — повышение надежности работы регулятора напряжения, а также расширение его функциональных возможностей.

На фиг. 1 показана схема регулятора напряжени .; на фиг, 2 — вариант исполнения регулятора напря>кения; на фиг. 3 — схема включения регулятора напряжения в систему энергоснаб>кения транспортного средства; на фиг, 4 — вариант исполнения блока быстродействующей защиты, входяшего в состав регулятора напряжения, на фиг, 5 — другой вариант исполнения блока быстродействующей защиты, входящего в состав регулятора напряжения, Регулятор напряжения содержит измерительный блок 1 (см. фиг.1), управляющий

„„5Ц „„1811640 АЗ транспортных средствах. Сущность: параллельно питающей сети подключена быстродействующая защита, выход которой, представляющий собой электрический сигнал или тепловую связь элементов защиты с теплопроводящей подложкой, воздействует на инерционную защиту, реагирующую на тепловой сигнал, которая размыкает обмотку возбуждения генератора, предохраняя от длительных перенапряжений как регулятор напряжения, так и другие устройства, имеющие связь с сетью питания, От импульсных перенапряжений защищает быстродействующая защита. 6 з,п. ф-лы, 5 ил. блок 2, блок 3 быстродействующей защиты, инерционный блок 4 защиты, клеммы 5 и 6 для подключения питающей сети, клеммы 7 и 8 для подключения обмотки возбуждения генератора. Измерительный блок 1 имеет входы 9 и 10 для подключения питающей сети и выход 11. Управляющий блок 2 имеет выводы 12 и 13 для подключения питающей сети, вход 14 и выход 15,16, Блок 3 быстродействующей защиты имеет выводы 17 и 18 для подключения питающей сети, выход 19, Инерционный блок

4 защиты имеет силовые выводы 20 и 21, управляющий вход 22, дополнительный управляющий вход 23.

Вход 9 измерительного блока 1, вывод

12 управляющего блока 2 и вывод 17 блока

3 подключены к клемме 5 регулятора напряжения, Вход 10 измерительного блока 1, вывод 13 управляющего блока 2 и вывод 18 блока 3 подключены к клемме 6 регулятора напряжения, Выход 11 измерительного блока 1 соединен с входом 14 управляющего блока 2, Выход 15 управляющего блока 2 подключен к клемме 7 регулятора напряжения. Выход

16 управляющего блока 2 подключен к силовому выводу 20 блока 4, силовой вывод 21 которого подключен к клемме 8 регулятора напряжения. Выход 19 блока 3 имеет тепловую или электрическую связь с управляющим входом 22 блока 4.

Блок 4 может быть включен также между выходом 15 управляющего блока 2 и клеммой 7 регулятора напря>кения. В этом варианте выход 15 управляющего блока 2 соединен с силовым выводом 20 блока 4, силовой вывод 21 которого подключается к клемме 7, а выход 16 управляющего блока 2 соединяется с клеммой 8 регулятора напряжения.

Дополнительный управляющий вход 23 блока 4 может быть использован для подачи внешнего управляющего сигнала (внешнего воздействия) на блок 4.

В варианте исполнения регулятора напряжения согласно фиг,2 он содержит блоки и узлы согласно фиг, 1, но отличается тем, что BDýäåí двухполупериодный выпрямитель 24, который входными выводами 25 и

26 подключен к клеммам 5 и 6 регулятора соответственно, а выходными выводами 27 и 28 подключен к выводам 17 и 18 соответственно блока 3, На фиг.3 показана схемюйключения регулятора напряжения в систему энергоснабжения транспортного средства. Схема содержит регулятор напря>кения 29, выполненный согласно фиг,1 или фиг.2, генератор

30 напряжения, аккумуляторную батарею

31, ключ зажигания 32, предохранитель 33, резистор 34, сигнальную лампу 35, Генератор 30 имеет выходные клеммы

36 (питание обмотки возбуждения), 37 (плюс бортовой сети). 38,39 (обмотка возбуждения), 40 (минус бортовой сети), Конденсатор

41 включен параллельно бортовой сети— между клеммами 5 и 6 регулятора 29.

Клемма 36 генератора 30 соединена с клеммой 7 регулятора напряжения 29, клемма 37 генератора 30 соединена с клеммой 5 регулятора 29, клемма 38 генератора 30 соединена с клеммой 7 регулятора 29, клемма

39 генератора 30 соединена с клеммой 8 регулятора 29 и с корпусом автомобиля.

Аккумуляторная батарея 31 включена между клеммой 37 генератора 30 и корпусом — клеммой 40. Ключ зажигания 32 адним выводом подключен к клемме 37 генератора

30, а вторым через последовательно соединенные предохранитель 33 и резистор 34 подключен к клемме 36 генератора 30. Сигнальная ампа 35 подключена параллельно резистору 34.

Измерительный блок 1 и управляющий блок 2 могут быть выполнены по одной из стандартных схем, Блок 3 быстродействующей защиты может быть выполнен в простейшем варианте в виде варистора, сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного напряжения. В этом вари10 анте исполнения выводы варистора служат выводами 17 и 18 блока 3.

Другой вариант исполнения блока 3 быстродействующей защиты показан на фиг.4, В этом варианте блок 3 содержит источник опорного напряжения 42, усилитель 43 рассогласования, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 44, управляемый эквивалент нагрузки 45, Шины питания блоков 42, 43, 44 и 45 соединены и подключены к выводам

20 17 и 18 соответственно блока 3. Выход источника 42 опорного напряжения соединен с входом усилителя 43, выход которого подключен к входу АЦП 44, Выходы АЦП 44 о 1 и (2, 2, „2 ) подключены к входам управляемого эквивалента нагрузкл 45. Выход управляемого эквивалента нагрузки 45 служит выходом 19 блока 3.

Источник опорного напряжения,42 может быть выполнен по одной из стандарт30 ных схем, Усилитель 43 рассогласования содержит операционный усилитель 46 (фиг,4) и делитель напряжения 47. Делитель напряжения 47 подключен к шинам 17 и 18, выход делителя напря>кения 47 подключен к одному из входов операционного усилителя 46, второй вход которого служит входом усилителя 43 рассогласования, а выход усилителя

46 служит выходом усилителя 43, Управляемый эквивалент нагрузки 45 может быть выполнен в виде цифроаналогового преобразователя, содержащего транзисторные ключи 48 по числу разрядов выходного кода АЦП (по числу выходов АЦП), в цепь коллектора которых включены резисторы нагрузки 49. Вторые выводы резисторов 49 подключены к шине питания 17, эмиттеры транзисторов 48 подключены к шине питания 18, Базовые цепи транзисторов 48 служат входами управляемого эквивалента нагрузки 45, Коллектор транзистора 48 последнего и (2 ) разряда может служить электрическим выходом 19 блока 3.

Транзисторы 48 и резисторы 49 управляемого эквивалента нагрузки 45 могут быть установлены на теплопроводящей подложке 50. В этом варианте тепловой поток, образующийся вследствие нагрева элементов

49, 48, передается в теплопроводящую под1811640 ложку 50 и может быть использован в качество информационного гигнала для тепловой связи блока 3 с блоком 4.

Для согласования цепей управления транзисторных ключей 48 с сигналами, поступающими на входы управляемого эквивалента нагрузки 45 с выходов АЦП 44, могут быть введены усилители 51, включенные между входом уп равляемого эквивалента нагрузки 45 и соответствующей базой транзистора 48.

Блок 3 быстродействующей защиты мо>кет быть выполнен также согласно фиг,5, В этом варианте исполнения блок 3 содер>кит последовательно включенные источник опорного напря>кения 42, усилитель 43 рассогласования, широтно-импульсный модулятор (LLINM) 52, управляемый эквивалент . нагрузки 45, Цепи питания блоков 42, 43, 45, 52 обьединены и подключены к выводам 17 и 18 соответственно блока 3, Управляемый эквивалент нагрузки 45 выполнен в виде транзисторного ключа 48, в цепь коллектора которого ьключен резистор 49, база транзистора 48 служит входом управляемого эквивалента нагрузки, а коллектор этого транзистора может быть использован в качестве электрического выхода блока 3.

Транзистор 48 и резистор 49 могут быть установлены на теплопроводящей подложке 50, которая используется в качестве выхода 19 блока 3 для тепловой связи блока 3 с инерционным блоком 4.

Инерционный блок 4 защиты может быть выполнен в виде биметаллического контакта, выводы которого служат силовыми выводами 20 и 21 блока 4, Конструктивно биметаллический контакт устанавливается на теплопроводящей подло>кке 50 блока 3 (см. фиг.4 или 5), При этом обеспечивается тепловая связь между выходом блока 3 и управляющим входом блока 4.

Блок 4 может быть выполнен также в виде позистора — терморезистора с поло>кительным температурным коэффициентом и нел иней ной ха рактеристи кой "температура— сопротивление". Выводы позистора служат силовыми выводами 20, 21 блока 4, Конструктивно позистор должен иметь тепловую связь с бло.ком 3.

Блок 4 может быть выполнен также в виде реле, выводы обмотки которого служат управляющим входом блока 4 для электрической связи с выходом 19 блока 3, а выводы контакта реле служат силовыми выводами

20, 21 блока 4. В качестве реле может быть использовано стандартное реле с задержкой на срабатывание.

Регулятор напряжения работает следующим образом, При включении ключа зажигания 32 (см. фиг.1 и 3) напряжение от аккумуляторной батареи 31 поступает через

5 ключ 32, предохранитель 33, резистор 34 на контакт 7 регулятора напряжения.

По обмотке возбуждения генератора 30, подключенной к клеммам 38, 39 генератора и к клеммам 7,8 регулятора напряжения 29, 10 начинает протекать ток, что обеспечивает возбуждение генератора при его раскручивании двигателем транспортного средства, На выводах 36, 37 генератора 30 появляется напряжение (относительно вывода 40 "Об-15 щий"), которое поступает на клеммы 7 и 5 регулятора напряжения 29, Измерительный блок 1 регулятора (см. фиг,1) сравнивает напря>кение, поступающее с клемм 5 и 6 регулятора, с напряжени20 ем внутреннего опорного источника и вырабатывает на выходе 11 управляющий сигнал, воздействующий на управляющий блок 2 (на вход 14). Управляющий блок 2 изменяет ток в обмотке возбуждения гене25 ратора, подключенной к клеммам 7,8 регулятора, таким образом, чтобы напряжение на клеммах 5,6 (и в бортовой сети транспортного средства) поддерживалось равным номийальному значению. В этой части рабо30 та регулятора не отличается от известных ра н ее. схем.

При повышении напряжения на клеммах

5,6 регулятора напряжения выше предельно допустимого уровня (при номинал ьном напря35 жении 13,5 В предельно допустимое значение равно 16 В), блок 3 ограничивает напря>кение в бортовой сети на уровне предельно допустимого значения путем включения эквивалента нагрузки, входяшего в

40 состав блока 3, В том случае; если повышение напряжения в бортовой сети носит характер импульсных кратковременных бросков напряжения, блок 3 ограничивает эти броски и не оказыва45 ет воздействия на инерционный блок 4 защиты.

В том случае, если повышение напряжения в сети питания имеет длительный характер, связанный с отказом какого-либо

50 элемента в системе энергоснабжения, блок

3 быстродействующей защиты подключает эквивалент нагрузки к питающей сети на длительное время, ограничивая тем самым напряжение всети питания, Стечением вре55 мени элементы, входящие в состав блока 3 (варистор, транзисторы, резисторы) начинают нагреваться из-за протекания по ним тока, Вследствие наличия тепловой связи выхода 19 блока 3 с управляющим входом

22 блока 4, происходит нагрев блока 4 (на1811640 воды 20,21 блока 4 размыкаются, ток в обмотке возбуждения генератора прерыва- .10 темы энергоснабжения восстанавливается.

При выполнении регулятора напряже- 15

20 грев биметаллического контакта). Через некоторый промежуток времени силовые выется вследствие разрыва в цепи клеммы 8, к которой подключена обмотка возбуждения генератора, Тем самым защищается как сеть питания (вся аппаратура, подключенная к сети питания), так и элементы самого регулятора напряжения. После устранения неисправности биметаллический контакт, входящий в состав блока 4, остывает, силовые выводы 20, 21 замыкаются, работа сисния согласно фиг,2 он работает следующим образом. Так как входы 17 и 18 блока 3 подключены к сети питания — к клеммам 5 и

6 регулятора напряжения через двухполупериодный выпрямитель 24, то появление импульсных перенапряжений в сети питания положительной или отрицательной полярности вызывает срабатывание блока 3 и происходит ограничение импульсных перенапряжений любой полярности, В остальном работа регулятора не отличается от описанной выше.

При выполнении блока 3 согласно фиг.4 регулятор напряжения работает следующим образом.

При номинальном напряжении на входах 17, 18 блока 3 делитель напряжения 47 регулируют так, чтобы напряжение на выходе усилителя 46 было равно нулю. При этом на выходах АЦП 44 сигналы равны логическому "0", транзисторы 48 управляемого эквивалента нагрузки закрыты. При повышении напряжения в сети питания выше напряжения опорного источника 42, напря>кение на выходе усилителя 43 рассогласования становиться пропорциональным разности напряжений опорного источника и текущего значения напряжения питающей сети. Этот разностный сигнал преобразуется АЦП 44 в цифровой код, который поступает на входы управляемого эквивалента нагрузки 45, В зависимости от значения кода включаются соответствующие транзисторы 48 управляемого эквивалента нагрузки. Эти транзисторы подключают к сети питания резисторы 49, нагружая тем самым сеть питания. Увеличение тока нагрузки генератора приводит к пропорциональному снижению напряжения в сети питания. Если при этом напряжение питания снизится до допустимого значения, то эквивалент нагрузки 45 автоматически отключается вследствие уменьшения разностного сигнала на выходе усилителя 43. Одновременно с этим происходит процесс

55 уменьшения тока возбуждения генератора блоками 1 и 2 регулятора напряжения (см. фиг,1).

В том случае, если напряжение питающей сети по каким-либо причинам длительное время продолжает оставаться выше предельно допустимого значения (эквивалент нагрузки продолжает оставаться включенным), то резисторы 49 и транзисторы 48 начинают разогреваться. Теплопроводящая подложка 50 также разогревается и на выходе 19 блока 3 появляется информативный сигнал в виде теплового потока, Вследствие наличия тепловой связи между выходом 19 блока 3 и управляющим входом 22 блока 4, разогревается биметаллический контакт блока 4, который разрывает цепь 20, 21, разрывая тем самым цепь обмотки возбуждения генератора 30. Напряжение на выходе генератора 30 становиться равным нулю, а напряжение питания равно напряжению аккумуляторной батареи 31.

После охла>кдения управляемого эквивалента нагрузки 45 за счет естественного рассеивания тепла от его элементов в окружающую среду, информативный сигнал на выходе 19 блока 3 исчезает, биметаллический контакт блока 4 замыкается, подключая обмотку возбуждения генератора 30.

Далее процесс протекает как описано выше.

При выполнении блока 3 согласно фиг.5 регулятор напряжения работает следующим образом. В случае превышения напряжением питающей сети предельно допустимого значения на выходе усилителя

43 рассогласования появляется сигнал, пропорциональный разности напряжений сети питания и опорного источника 42. Этот разностный сигнал преобразуется LLINM 52 в широтно-импульсный сигнал, длительность импульса которого пропорциональна упомянутой выше разности напря>кений, Широтно-импульсный сигнал с выхода блока 52 поступает на вход управляемого эквивалента нагрузки 45, т,е, на базу транзистора 48.

Транзистор 48 открывается на время длительности импульса и закрывается на время паузы широтно-импульсного сигнала. Чем больше разностный сигнал на выходе усилителя 43, тем больше среднее значение тока, протекающего через резистор 49 и транзистор 48, тем больше тепловая мощность, выделяемая резистором 49 и транзистором

48 в теплопроводящую подложку 50, которая служит выходом 19 блока 3, Если перенапряжение в сети питания носит кратковременный импульсный характер, то перегрев элементов

48, 49 незначителен и сигнал на выходе 19 отсутствует или весьма мал. Этот гигнал не

1811640 вызывает срабатывания блока 4. При этом сеть питания защищается блоком 3, Если же перенапря>кение s сети питания носит характер длительного процесса, то элементы 48, 49 разогреваются, на выходе 19 появляется сигнал, которой передается на управляющий вход 22 блока 4. Это приводит к срабатыванию блока 4, размыканию цепи 20, 21 обмотки возбуждения генератора.

В варианте исполнения блока 4 в виде позистора появление на входе 22 блока 4 сигнала в виде теплового потока приводит к разогреву позистора. При достижении температурой позистора порогового значения cопротивление позистора резко увеличивается (на несколько порядков), то в цепи обмотки возбу>кдения генератора уменьшается, напряжение генератора падает, В варианте исполнения блока 4 в виде реле с задержкой на срабатывание появление на выходе 19 блока 3 электрического сигнала, имеющего характер длительного процесса, приводит к срабатыванию реле и размыканию цепи обмотки возбуждения генератора, Преимущество предложенного регулятора напряжения состоит в следующем. Напряжение в бортовой сети никогда не превышает предельно допустимого уровня, установленного при настройке регулятора.

При наличии импульсных случайных перенапряжений они ограничиваются бло",îì быстродействующей защиты, а длительные перенапряжения, вызванные отказом любого устройства, входящего в состав системы энергоснабжения, приводят к срабатыванию инерционного блока защиты, Регулятор напря>кения защищает не только узлы, входящие в его состав, но и все электрооборудование, подключенное к сети питания.

Выполнение регулятора напряжения согласно фиг.1 и 4 (или фиг,5) обеспечивает поддержание напряжения в сети питания в пределах допустимого значения независимо от величины возмущающего воздействия.

Вариант выполнения регулятора согласно фиг,2 обеспечивает защиту от выбросов напряжения любой полярности.

Выполнение инерционного блока защиты в виде биметаллического контакта или позистора, имеющих тепловую связь с блоком быстродействующей защиты, исключает выход из строя элементов блока быстродействующей защиты, так как температура этих элементов является информативным параметром для срабатывания инерционного блока защиты, 5

Формула изобретения

1. Регулятор напряжения, содержащий измерительный блок, подключенный â> îдом к шинам питания, управляющий блок, вход которого соединен с выходом измерительного блока, а выход — с клеммами, предназначенными для подключения обмотки воэбу>кдения генератора, блок быстродействующей защиты, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и расширения функциональных возможностей, он снабжен инерционным блоком защиты, включенным силовыми выводами между выходом управляющего блока и одной из клемм, предназначенных для подключения обмотки возбуждения генератора, блок быстродействующей защиты подключен входом к шинам питания, а его выход имеет электрическую или тепловую связь с управляющим входом инерционного блока защиты.

2, Регулятор по п1, отлича ющийся тем, что он снабжен двухполупериодным выпрямителем, включенным между шинами питания и входом блока быстродействующей защиты.

3. Регулятор по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что блок быстродействующей защиты выполнен в виде последовательно включенных источника опорного напряжения, усилителя рассогласования, аналогоцифрового преобразователя и управляемого эквивалента нагрузки, цепи питания которых обьединены и служат входом блока быстродействующей защиты, а выход управляемого эквивалента нагрузки служит выходом блока быстродействующей защиты, 4. Регулятор по пп, 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что блок быстродействующей защиты выполнен в виде последовательно включенных источника опорного напряжения, усилителя рассогласования, широтноимпульсного модулятора и управляемого эквивалента нагрузки, цепи питания которых обьединены и служат входом блока быстродействующей защиты, а выход управляемого экв .валента нагрузки служит выходом блока быстродействующей защиты.

5. Регулятор по пп.1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что инерционный блок защиты выполнен в виде биметаллического контакта, выводы которого служат силовыми выводами инерционного блока защиты, элементы быстродействующего блока защиты установлены на теплопроводящей подложке, имеющей тепловой контакт с биметаллическим контактом и выполняющей функции тепловой связи выхода блока быстродействующей защиты с управляющим входом инерционного блока защиты.

1811640

6. Регулятор по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что инерционный блок защиты выполнен в виде позистора, выводы которого служат силовыми выводами инерционного блока защиты, а элементы быстродействующего блока защиты расположены на теплопроводящей подложке. имеющей тепловой контакт с позистором и выполняющей функции тепловой связи выхода блока быстродействующей защиты с управляющим входом инерционного блока защиты.

7. Регулятор по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что инерционный блок защиты

5 выполнен в виде реле с задержкой на срабатывание, выводы обмотки реле служат управляющим входом инерционного бло:а защиты, выводы контактов реле служат силовыми выводами инерционного блока защиты.

1811640

6О

1811б40

Составитель Ю, Мальцев

Техред М.Моргентал Корректор М,Петрова

Редактор Т. Куркова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1468 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5