Синхронный генератор с прецизионной системой управления

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке синхронных машин малой и средней мощности преимущественно для автономных электростанций. Технический результат заключается в упрощении устройства, улучшении его метрологических характеристик, расширении функциональных возможностей и надежности. В синхронном генераторе с прецизионной системой управления с обмотками статора и обмоткой возбуждения, двумя мостовыми выпрямителями, к выходу первого из которых подключена обмотка возбуждения, к выходу второго - блок управления, выводы обмотки статора соединены в звезду, технологические отводы соединены со входом первого выпрямителя. Обмотка возбуждения выполнена в виде катушек, соединенных параллельно и подключенных к выходу первого выпрямителя. Вход второго выпрямителя подключен к свободным выводам обмотки статора. Блок управления выполнен в виде регулирующего узла и устройства управления. Регулирующий узел подключен входами к устройству управления через входящий в него регулирующий элемент, выходами - к обмотке возбуждения. Устройство управления входами подключено к выходу второго выпрямителя, а выходами - к регулирующему узлу. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно для автономных электростанций.

Известны синхронные генераторы серии АБ2 [1], серийно выпускаемые [2], содержащие основные обмотки по количеству фаз, постоянные магниты, с помощью которых осуществляется самовозбуждение генератора, при этом изменение тока возбуждения осуществляется с помощью компаундирующих сопротивлений, а ток возбуждения в режиме холостого хода определяется ЭДС дополнительной обмотки генератора. Основными недостатками таких устройств являются значительные потери в цепи обмотки возбуждения (до 10% от развиваемой мощности), большие масса и габариты (в частности, за счет большого диаметра сечения провода обмоток ротора).

Известен также синхронный генератор [3], содержащий основную трехфазную обмотку статора, основную обмотку ротора, замкнутую на диоды, конденсаторы возбуждения, включенные «треугольником» к трехфазной обмотке статора; устройство содержит электромагнитный дроссель, включенный в каждую из фаз обмотки якоря, конденсаторы продольной компенсации, подключенные к свободным выводам дросселя и соединенные в «треугольник», средняя обмотка электромагнитного дросселя включена встречно по отношению к двум другим.

Недостатком этого устройства является значительная масса и габариты. Кроме того, емкостная система ограничивает мощность подключенных асинхронных двигателей, что затрудняет работу потребителей.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является синхронный генератор [4], принятый нами за прототип. Он содержит основную и дополнительную обмотки статора, основную и дополнительную обмотки возбуждения, два мостовых выпрямителя, к выходу первого из которых подключена дополнительная обмотка возбуждения, два выходных вывода дополнительной обмотки статора соединены с двумя входными выводами второго мостового выпрямителя; при этом указанные обмотки статора смещены относительно друг друга на 90° эл. градусов, выпрямители выполнены трехфазными, параллельно выходу второго выпрямителя подключен регулируемый элемент с дискретной схемой управления, содержащей выпрямитель обратной связи, делитель напряжения, электромеханические реле.

Основными недостатками этого устройства являются значительные отклонения выходного напряжения при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения (до ±10%), отсутствие возможности подключения асинхронных двигателей, соизмеримых с мощностью генератора, а также малонадежная, громоздкая и сравнительно медленнодействующая схема управления синхронным генератором. При этом устройство не имеет дополнительных функций защиты и контроля, как аварийных состояний, так и сопротивления изоляции.

Значительно лучшими характеристиками по управлению синхронным генератором является устройство [5], содержащее статор с основной и дополнительной обмотками, ротор, имеющий полюса с обмотками возбуждения, у которого регулирующий узел выполнен в виде регулирующего элемента на транзисторах, соединенных по схеме Дарлингтона, причем коллектор первого транзистора подключен к первому выходу упомянутого узла, эмиттер - ко второму управляющему входу и выходу узла, коллектор согласующего транзистора подключен к базе второго транзистора, ко второму ограничительному резистору, другой вывод которого подключен к первому входу питания упомянутого узла, эмиттер согласующего транзистора подключен ко второму входу питания упомянутого узла и к одному из выводов конденсатора, второй вывод которого подключен к первому управляющему входу и третьему ограничительному резистору, подключенного к первому выводу переменного резистора, второй вывод которого подключен к базе согласующего транзистора и к аноду стабилитрона, катод которого подключен к регулируемому выводу упомянутого переменного резистора, параллельно между коллектором и эмиттером первого транзистора включен ограничительный диод, анодом к эмиттеру этого транзистора, катодом - к его коллектору, а между первым входом питания регулировочного узла и первым его выходом включен второй ограничительный диод анодом к первому выходу, катодом - к первому входу питания упомянутого узла.

Недостатком такого узла регулирования является отсутствие возможностей осуществления ряда серьезных функций, необходимых при работе синхронного генератора в широких условиях эффективной эксплуатации, особенно для автономных электростанций, используемых в передвижных устройствах, например, при ремонтных и строительных работах.

Целью настоящего изобретения является уменьшение массо-габаритных характеристик генератора, улучшение показателей надежности путем использования комбинированной и прецизионной системы управления, расширения серийных функций и систем защиты.

Указанная цель достигается тем, что в синхронный генератор с прецизионной системой управления, содержащий обмотку статора, обмотку возбуждения, первый и второй мостовые выпрямители, к выходу второго подключен блок управления, отличающийся тем, что выводы обмотки статора соединены в звезду, технологические отводы соединены с входом первого выпрямителя, обмотка возбуждения выполнена в виде катушек, соединенных параллельно, вход второго выпрямителя подключен к свободным выводам обмотки статора, при этом блок управления выполнен в виде регулирующего узла и устройства управления, регулирующий узел подключен входами к устройству управления через входящий в него регулирующий элемент, выходами - к обмотке возбуждения.

При этом регулирующий узел выполнен в виде четырехкаскадного ключевого усилителя со стабилизатором тока, причем эмиттер первого каскада через первый ограничительный резистор подключен к первому входу введенного стабилизатора напряжения первого выпрямителя, коллектор его подключен к выходному делителю первого каскада, база упомянутого транзистора подключена к средней точке делителя напряжения на втором и третьем ограничительных резисторах, подключенных к первому и второму входам стабилизатора напряжения первого выпрямителя, средняя точка выходного делителя первого каскада подключена к базе транзистора второго каскада, к коллектору которого подключен стабилизатор тока, вход которого подключен ко второму выводу стабилизатора напряжения первого выпрямителя, выход - к коллектору транзистора второго каскада, коллектор и эмиттер которого подключены к выходному делителю второго каскада, средняя точка которого подключена к базе транзистора третьего каскада, выход стабилизатора тока соединен с базой транзистора эмиттерного повторителя четвертого каскада, коллектор транзистора третьего каскада подключен к его выходному делителю, средняя точка которого подключена к базе транзистора четвертого каскада, включенного по схеме с общим эмиттером, эмиттеры транзисторов второго, третьего и четвертого каскадов и упомянутые выходные делители подключены к общей точке стабилизатора напряжения первого выпрямителя, между эмиттером транзистора эмиттерного повторителя и коллектором транзистора четвертого каскада включена цепь из последовательно соединенных диода и четвертого ограничительного резистора, причем анод диода подключен к эмиттеру эмиттерного повторителя, коллектор транзистора четвертого каскада - к затвору регулирующего выходного транзистора и через пятый ограничительный резистор к первому источнику смещения, а выход регулирующего выходного транзистора подключен к обмотке возбуждения генератора.

Устройство управления выполнено в виде схемы сравнения на первом операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя входного напряжения второго выпрямителя через RC-фильтр, выход операционного усилителя подключен к входу первого триггера Шмидта, выход которого подключен к D-входу первого D-триггера, неинвертирующий выход которого подключен к первому входу первой схемы 2И-НЕ, второй вход которой подключен к первому выходу стартстопного устройства, а выход ее через шестой ограничительный резистор - к входу транзисторной оптопары, выход которой подключен к входу регулирующего узла, выполненного на четырехкаскадном ключевом усилителе, в него введен источник опорного напряжения, интегратор на втором операционном усилителе, инвертирующий вход которого через седьмой ограничительный резистор подключен к средней точке делителя напряжения второго выпрямителя, неинвертирующий вход подключен к выходу источника опорного напряжения, выход через восьмой ограничительный резистор - к инвертирующему входу первого операционного усилителя, между инвертирующим входом и выходом второго усилителя включен времязадающий конденсатор.

Кроме того, в него введен ограничитель максимальной частоты переключения, выполненный на втором триггере Шмидта и RC-делителе, включенном между выходом триггера и третьим выходом второго стабилизатора напряжения, причем резистор упомянутого RC-делителя подключен к выходу второго триггера Шмидта, а конденсатор к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя.

Также введена обратная связь, формирующая гистерезис с временной задержкой, осуществляемой первым и вторым D-триггерами и резистором обратной связи, причем С-входы D-триггеров соединены между собой, инвертирующий выход первого триггера соединен с D-входом второго триггера, инвертирующий выход второго D-триггера через резистор обратной связи соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, D-вход первого триггера соединен с выходом первого триггера Шмидта, при этом триггеры управляются положительным фронтом, подаваемым на С-входы от одного источника.

Стартстопное устройство выполнено на двух JK-триггерах и схемы обнуления при первичном запуске, причем S-вход первого JK-триггера через пусковую кнопку и помехоподавляющий фильтр нижних частот, содержащий последовательную RC-цепь и девятый ограничительный резистор, подключенный к средней точке упомянутой цепи, подключен к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, резистор положительной обратной связи включен между его неинвертирующим выходом и S-входом, J, С, K-входы упомянутого JK-триггера объединены и подключены вместе с конденсатором RC-цепи к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, вход R первого JK-триггера подключен к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, неинвертирующий выход первого JK-триггера - к С-входу второго JK-триггера, вход S второго JK-триггера подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя. J и K-входы объединены между собой и подключены к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, между точкой соединения пусковой кнопки и резистора RC-цепи установлен входной резистор, второй вывод которого подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, схема обнуления при первичном запуске выполнена на третьем триггере Шмидта, вход которого через отдельную RC-цепь подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, а выход через диод - к десятому ограничительному резистору на выходе четвертого триггера.

В генератор введен узел комбинированной защиты, выполненный на третьем D-триггере, на S-вход которого подключены выходы аварийных сигналов, к неинвертирующему выходу подключен анод диода, катод которого подключен к R-входу второго JK-триггера, D-вход третьего D-триггера подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, а R-вход его соединен с выходом третьего триггера Шмидта.

Также введен узел управления возбуждением, выполненным на схеме задержки с RC-фильтром нижних частот и четвертом триггере Шмидта, управляющем и выходном транзисторах схемы развозбуждения, варисторе и втором источнике смещения, причем упомянутый RC-фильтр подключен к выходу стартстопного устройства, средняя точка RC-фильтра подключена к входу четвертого триггера Шмидта, выход через десятый ограничительный резистор - к затвору управляющего транзистора, сток которого через одиннадцатый ограничительный резистор соединен с затвором выходного регулирующего транзистора, исток которого подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, затвор выходного регулирующего транзистора - ко второму источнику смещения, содержащему стабилитрон и конденсатор, соединенные параллельно, исток выходного транзистора соединен со стоком выходного регулирующего транзистора, сток выходного транзистора - с обмоткой возбуждения, а между истоком и стоком выходного транзистора включен варистор.

Кроме того, введен индикатор аварийного состояния, содержащий генератор импульсов с входом разрешения на включение ключевого транзистора и индикатора, причем ключевой транзистор соединен последовательно с индикатором через двенадцатый ограничительный резистор, подключенный к основному и третьему выходам стабилизатора напряжения второго выпрямителя.

Сущность изобретения представлена чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема, а на фиг.2 - узлы принципиальных схем.

Синхронный генератор, структурная схема которого приведена на фиг.1, содержит основную обмотку, обмотку возбуждения, технологические выводы основной обмотки подключены к первому трехфазному выпрямителю со сглаживающим фильтром. К упомянутому первому выпрямителю 2 подключен стабилизатор напряжения (может быть выполнен параметрическим, например, как показано на фиг.2), выходом этого стабилизатора являются выводы 1 и 2, указанные на фиг.2. От приведенного выше стабилизатора питается регулирующий узел 3, воздействующий на выходной регулирующий транзистор, непосредственно связанный с обмоткой возбуждения. К выходу генератора 1 подключен 2-й выпрямитель 4, от которого питается стабилизатор напряжения (может быть выполнен параметрическим, как показано на фиг.2). Выходами данного стабилизатора являются точки 1-3, а также точка «А», названная основной. Точка 3, указанная на фиг.2, является общим выводом и для упрощения начертания на фиг.2 показана стрелкой «В». От стабилизатора напряжения второго выпрямителя питается устройство управления 5, стартстопное устройство 6, узел комбинированной защиты 7. В процессе работы сигнал рассогласования, вырабатываемый устройством управления 5, поступает на регулирующий узел, воздействующий на обмотки возбуждения генератора. Интегратор 8 воздействует на устройство управления 5, с которым непосредственно связан ограничитель максимальной частоты переключения 9. Узел 10 представляет собой узел, осуществляющий обратную связь, формирующую гистерезис с временной задержкой. Стартстопное устройство 6 воздействует на устройство управления 5, узел управления возбуждением 11 и узел индикации аварийного состояния 12.

Синхронный генератор с прецизионной системой управления содержит обмотку статора 1.1-1.3, обмотку возбуждения 1.4, первый мостовой выпрямитель 2, второй мостовой выпрямитель - 4, к выходу первого из которых подключена обмотка возбуждения 1.4, к выходу второго - блок управления, содержащий устройство управления 5 и регулирующий узел 3, выводы обмотки статора 1.1-1.3 соединены в звезду, технологические отводы соединены с входом первого выпрямителя 2, обмотка возбуждения 1.4 выполнена в виде двухполюсных катушек, соединенных параллельно и подключенных к выходу первого выпрямителя 2, вход второго выпрямителя 4 подключен к свободным выводам обмотки статора 1.1-1.3, при этом блок управления выполнен в виде регулирующего узла 3 и устройства управления 5, регулирующий узел подключен входами к устройству управления через входящий в него регулирующий элемент, устройство управления 5 входами подключено к выходу второго выпрямителя 4, а выходами к обмотке возбуждения 1.4.

Регулирующий узел 3 (фиг.2) питается от стабилизатора напряжения 13 первого выпрямителя 2, выходами которого являются точки 1 и 2, указанные на чертеже. Он выполнен в виде четырехкаскадного ключевого усилителя со стабилизатором тока (токостабилизирующим двухполюсником), причем эмиттер первого каскада 14 через первый ограничительный резистор 15 подключен к первому входу стабилизатора напряжения 13, коллектор его подключен к выходному делителю первого каскада (резисторы 16 и 17), база упомянутого транзистора подключена к средней точке делителя напряжения на втором 18 и третьем 19 ограничительных резисторах, подключенных к первому и второму входам стабилизатора напряжения 13, средняя точка выходного делителя первого каскада подключена к базе транзистора второго каскада 20, к коллектору которого подключен стабилизатор тока (стабилизирующий двухполюсник на элементах 21-26), вход которого (свободный вывод резистора 22) подключен ко второму выводу стабилизатора напряжения 13, выход (коллектор транзистора 21) - к коллектору транзистора второго каскада 20, коллектор и эмиттер которого подключены к выходному делителю второго каскада на резисторах 26 и 27, средняя точка которого подключена к базе транзистора третьего каскада 28, выход стабилизирующего двухполюсника соединен с базой эмиттерного повторителя транзистора 29 четвертого каскада, коллектор транзистора третьего каскада 28 подключен к его выходному делителю на резисторах 30 и 31, средняя точка которого подключена к базе транзистора четвертого каскада 32, включенного по схеме с общим эмиттером, эмиттеры транзисторов и упомянутые выходные делители подключены к общей точке стабилизатора напряжения 13, между эмиттером транзистора эмиттерного повторителя 29 и коллектором транзистора четвертого каскада 32 включена цепь из последовательно соединенных диода 33 и четвертого ограничительного резистора 34, причем анод диода подключен к эмиттеру эмиттерного повторителя 29, коллектор транзистора четвертого каскада 32 - к затвору регулирующего выходного транзистора 35 и через пятый ограничительный резистор 36 к первому источнику смещения на параллельно соединенных стабилитроне 37 и конденсаторе 38 и подключенных к выводу 2 стабилизатора напряжения 13, а выход регулирующего выходного транзистора 35 подключен к обмотке возбуждения генератора 1.4.

Устройство управления 5 выполнено в виде схемы сравнения на первом операционном усилителе 39, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя входного напряжения на последовательно соединенных резисторах 40-42 второго выпрямителя 4 через RC-фильтр на резисторе 43 и конденсаторе 44, инвертирующий вход упомянутого операционного усилителя подключен к выходу введенного источника опорного напряжения 45, выход операционного усилителя подключен к входу первого триггера Шмидта 46, выход которого подключен к D-входу первого D-триггера 47, неинвертирующий выход которого подключен к первому входу первой схемы 2И-НЕ 48, второй вход которой подключен к первому выходу стартстопного устройства 6, а выход ее через шестой ограничительный резистор 49 - к входу транзисторной оптопары 50, выход которой подключен к входу регулирующего узла, выполненного на четырехкаскадном ключевом усилителе.

Интегратор 8 выполнен на втором операционном усилителе 51, инвертирующий вход которого через седьмой ограничительный резистор 52 подключен к средней точке делителя входного напряжения на элементах 40-42 второго выпрямителя 4, неинвертирующий вход подключен к выходу источника опорного напряжения 45, выход второго операционного усилителя 51 через восьмой ограничительный резистор 53 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя 39, между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя включен времязадающий конденсатор 54.

Ограничитель максимальной частоты переключения 9 выполнен на втором триггере Шмидта 55, вход которого подключен к RC-делителю на конденсаторе 56 и резисторе 57, включенном между выходом триггера 55 и третьим выходом стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4 через конденсатор 56, причем резистор упомянутого RC-делителя подключен к выходу триггера, а конденсатор к третьему выходу упомянутого стабилизатора.

Обратная связь 10, формирующая гистерезис с временной задержкой, осуществляется первым 47 и вторым 58 D-триггерами и резистором обратной связи 59, причем С-входы D-триггеров соединены между собой, инвертирующий выход первого триггера 47 соединен с D-входом второго триггера 58, инвертирующий выход второго D-триггера через резистор обратной связи 59 соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 39.

Стартстопное устройство 6 выполнено на двух JK-триггерах и схемы обнуления при первичном запуске, причем S-вход первого JK-триггера 60 через пусковую кнопку 61 и помехоподавляющий фильтр нижних частот, содержащий последовательную RC-цепь на элементах 62 и 63 и девятый ограничительный резистор 64, подключенный к средней точке упомянутой цепи, подключен к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4, резистор положительной обратной связи 65 включен между неинвертирующим выходом упомянутого триггера 60 и S-входом. J, С, K-входы упомянутого триггера объединены и подключены вместе с конденсатором RC-цепи к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4. Вход R первого JK-триггера 60 подключен к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4, выход первого JK-триггера - к С-входу второго JK-триггера, вход S второго JK-триггера 66 подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4. J и К-входы объединены между собой и подключены к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4, между точкой соединения пусковой кнопки и резистора RC-цепи установлен входной резистор 67, второй вывод которого подключен к третьему выходу второго стабилизатора, схема обнуления при первичном запуске выполнена на третьем триггере Шмидта 68, вход которого через отдельную RC-цепь 69 и 70 подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4 с одной стороны и к основному выходу с другой (точки «А» и «В» на фиг.2). При этом элементы 69 и 70 между собой включены последовательно.

Узел комбинированной защиты 7 выполнен на третьем D-триггере 71, на S-вход которого подключены выходы аварийных сигналов (например, снижение сопротивления изоляции, пропадание фазы, неправильное чередование фаз, перекос фаз, уменьшение или увеличение уровня выходного напряжения, перегрузка по току и др.), к неинвертирующему выходу подключен анод диода 72, катод которого подключен к R-входу второго JK-триггера 66, D-вход упомянутого триггера 71 подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4, а R-вход его соединен с выходом третьего триггера Шмидта 68 и через резистор 73 с R-входом триггера 66 и катодом диода 72.

Узел управления возбуждением 11 выполнен на схеме задержки с RC-фильтром нижних частот на элементах - резисторе 74 и конденсаторе 75 и четвертом триггере Шмидта 76, десятом ограничительном резисторе 77, управляющем 78 и выходном 79 транзисторах схемы развозбуждения, варисторе 80 и втором источнике смещения на элементах - стабилитроне 81, конденсаторе 82, соединенных параллельно, причем упомянутый RC-фильтр подключен к выходу 1 стартстопного устройства 6, средняя точка его подключена к входу четвертого триггера Шмидта 76, выход через десятый ограничительный резистор 77 к затвору управляющего транзистора 78, сток которого через одиннадцатый ограничительный резистор 83 соединен с затвором выходного транзистора 79, исток подключен к третьему выходу второго стабилизатора, затвор выходного транзистора 79 подключен ко второму источнику смещения, содержащему стабилитрон 81 и конденсатор 82, соединенные параллельно, исток выходного транзистора 79 соединен со стоком выходного регулирующего транзистора 35, сток выходного транзистора 79 соединен с обмоткой возбуждения, а между истоком и стоком выходного транзистора включен варистор.

Выход третьего триггера Шмидта подключен к аноду диода 84 катодом - к точке соединения десятого ограничительного резистора и затвора управляющего транзистора 78.

Индикатор аварийного состояния 12 содержит генератор импульсов 85 с входом разрешения на включение ключевого транзистора 86 и индикатора 87, причем ключевой транзистор 86 соединен последовательно с индикатором 87 через двенадцатый ограничительный резистор 88 и работает в импульсном режиме. Цепь из последовательно соединенных элементов 86-88 подключена к точкам «А» и «В» стабилизатора напряжения второго выпрямителя 4.

Предложенное устройство работает следующим образом. В исходном состоянии (при нулевом уровне входного тока, поступающего с выхода устройства управления 5) транзисторы первого и второго каскадов 14 и 20 закрыты, транзистор третьего каскада 28 открыт, выходной регулирующий транзистор 35 открыт, и обмотка возбуждения подключена к первому выпрямителю 2. При увеличении тока на входе состояние упомянутых выше транзисторов изменяется на противоположное, и обмотка возбуждения отключается от первого выпрямителя, выключая генератор. В устройстве управления 5 в исходном состоянии выходной транзистор оптопары закрыт. На неинвертирующем входе первого операционного усилителя 39 напряжение ниже опорного, поступающего на инвертирующий вход, напряжение на выходе первого операционного усилителя 39 является напряжением низкого уровня. На выходе первого триггера Шмидта 46, уровень лог.«1». На входе первого D-триггера лог.«1». На выходе его лог.«1». На первом входе первой схемы 2И-НЕ - лог.«1»; при условии наличия лог.«1» на первом выходе стартстопного устройства, на выходе упомянутой схемы 2И-НЕ уровень лог.«0». При достижении на выходе генератора напряжения в заданных пределах напряжение на неинвертирующем входе первого операционного усилителя 39 превысит опорное, указанные выше сигналы изменятся на противоположные, выходной транзистор оптопары откроется и система войдет в режим регулирования выходного напряжения генератора.

Интегратор 8 осуществляет коррекцию опорного напряжения для повышения стабильности при изменении выходной мощности генератора в широких пределах. Использование интегратора превращает систему управления в астатическую. Ограничитель частоты ограничивает частоту переключения, получаемую на выходе первого D-триггера Шмидта 46 при помощи первого D-триггера 47, на С-вход которого подается частота тактового генератора. В результате этого происходит ограничение частоты, т.е. отсекаются высокочастотные составляющие, улучшающие работу системы в целом.

Обратная связь, формирующая гистерезис с временной задержкой 10, повышает стабильность выходного напряжения при изменении выходной мощности генератора в широких пределах. Регулировка достигается за счет изменения времени, зависящего от количества вторых D-триггеров 58 (их может быть сколь угодно много) и изменения фазы, осуществляемое с последнего триггера путем изменения подключения (Q и ), а также величины резистора обратной связи. При этом тактируемые входы всех D-триггеров соединяются вместе. Все триггеры управляются, например, положительным фронтом, подаваемым на С-входы от одного источника. Стартстопное устройство 6 работает следующим образом: при нажатии пусковой кнопки 61 на неинвертирующем выходе первого JK-триггера 60 формируется одиночный импульс положительной полярности. Триггер 60 совместно с фильтром нижних частот на элементах 62 и 63 и девятым ограничительным резистором 64, а также резистором положительной обратной связи 65 представляет триггер Шмидта с защитой от помех. Второй JK-триггер 66 работает в счетном режиме. В исходном состоянии до нажатия кнопки 61 благодаря входному резистору 67 поддерживался лог.«0» на S-входе первого JK-триггера. На его выходе - также лог.«0». Выходной уровень второго JK-триггера 66 определяется его предыдущим состоянием как ячейки памяти. После появления одиночного импульса на неинвертирующем выходе первого JK-триггера 60 состояние второго JK-триггера 66 изменяется на противоположное. После чего происходит запрет или снятие запрета на включение регулирующего выходного транзистора 35 через первый элемент 2И-НЕ 48. При первом запуске генератора срабатывает схема обнуления, выполненная на элементах 68-70. На выходе третьего триггера Шмидта 68 устанавливается уровень лог.«1», переходящий в лог.«0» и обнуляющий второй JK-триггер 66.

Узел комбинированной защиты 7 работает следующим образом. В исходном состоянии на выходе третьего D-триггера 71 устанавливается сигнал лог.«0», не влияющий на работоспособное состояние генератора. При поступлении на его S-вход возмущающего импульса происходит изменение состояния этого триггера. На выходе Q устанавливается лог.«1», обнуляющая второй JK-триггер 66 и вызывающая закрывание регулирующего выходного транзистора 35. Генератор отключается.

Принцип работы узла управления возбуждением 11 заключается в следующем. В исходном состоянии выходной транзистор 79 открыт за счет положительного смещения на его затворе. При этом управляющий транзистор 78 закрыт, на выходе четвертого триггера Шмидта 76 - лог.«0». На его входе лог.«1». В аварийном состоянии или при необходимости отключения генератора на неинвертирующем выходе второго JK-триггера 66 устанавливается лог.«0», который через время задержки, определяемое элементами 74 и 75, устанавливает лог.«1» на выходе четвертого триггера 76, которая открывает управляющий транзистор 78 через десятый ограничительный резистор 77, вызывая закрывание выходного транзистора 79. При этом энергия обмотки выделяется на варисторе 80. Время переходных процессов резко снижается.

При первичном запуске на вход управляющего транзистора 78 через диод 84, подключенный к выходу четвертого триггера Шмидта, поступает сигнал лог.«1», открывающий управляющий транзистор 78. При этом выходной транзистор 79 закрывается, поддерживая генератор в выключенном состоянии.

Индикация аварийного состояния 12 осуществляется следующим образом. В нормальном режиме на выходе третьего D-триггера 71 устанавливается лог.«0», запрещающий работу генератора 85.

На выходе генератора - также лог.«0». Ключевой транзистор 86 закрыт. Светодиод 87 - отключен.

В аварийной ситуации состояние изменяется на противоположное и индикатор 87 сигнала «Авария» работает в импульсном режиме.

Авторами испытан образец генератора при мощностях от нуля до двух и от нуля до четырех кВт. Изменение выходного напряжения составило ±0,5%. Суммарный коэффициент гармоник для генератора с выходной мощностью 2 кВт составил 3,1%. В то время как серийно выпускаемый генератор Г4-Т230 имеет изменение выходного напряжения +(3-6)% и коэффициент гармоник лежит в пределах от 9,1 до 12,7%.

Отличительными особенностями предложенного генератора, таким образом, являются:

- отсутствие дополнительных обмоток - вместо них выполнены технологические отводы, что значительно упрощает изготовление статора генератора;

- на роторе отсутствует дополнительная обмотка и вместо 3-х колец имеется только два. Это упрощает щеточный аппарат, снижает металлоемкость обмоток ротора;

- вместо системы компаундирования для поддержания постоянства напряжения при изменении нагрузки от х. х. до номинальной применена электронная схема, позволяющая поддержать постоянство напряжения в пределах ±0,5%;

- форсированная система возбуждения позволяет запускать асинхронный двигатель соизмеримой мощности с мощностью генератора;

- малые токи в катушках полюсов ротора обуславливают применение обмоточного провода небольшого диаметра, что позволяет механизировать намотку катушек ротора на станках-автоматах;

- наличие встроенной системы защиты в цепи обмотки ротора позволяет реагировать на снижение сопротивления обмоток генератора, а также подключенных к нему потребителей;

- автоматический выключатель обеспечивает функции подключения нагрузки, а также реагирует на перегрузки и короткие замыкания в сети потребителя, снижения сопротивления изоляции подключенной нагрузки и других видах неисправностей (пропадание фазы, неправильное чередование фаз, перекос фаз, уменьшение или увеличение уровня выходного напряжения и др.).

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик, показателей надежности и качества выходного напряжения, а также ряд сервисных функций, необходимых при его эксплуатации.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации

1. М.В.Бугаенко, Р.Д.Сухих и др. Путевой механизированный инструмент. Справочник. М.: 2000 - С.290, рис.11.24.

2. Каталог Свободинского электромеханического завода (дочернее предприятие ОАО «Электроагрегат»), Курск: 2004 - С.16.

3. Патент РФ №2211521, МКИ Н 02 K 19/16, 19/36. Бюл. изобр. №24, 2003.

4. Патент РФ №2107378, МКИ Н 02 K 19/30, Н 02 Р 9/30. Бюл. изобр. №8, 1998.

5. Патент РФ №2259004, МКИ Н 02 Н 3/10, G 05 F 1/56. Бюл. изобр. №23, 2005.

1. Синхронный генератор с прецизионной системой управления, содержащий обмотку статора, обмотку возбуждения, первый и второй мостовые выпрямители, к выходу первого из которых подключена обмотка возбуждения, к выходу второго подключен блок управления, отличающийся тем, что выводы обмотки статора соединены в звезду, технологические отводы соединены с входом первого выпрямителя, обмотка возбуждения выполнена в виде катушек, соединенных параллельно, вход второго выпрямителя подключен к свободным выводам обмотки статора, при этом блок управления выполнен в виде регулирующего узла и устройства управления, регулирующий узел подключен входами к устройству управления через входящий в него регулирующий элемент, выходами - к обмотке возбуждения.

2. Синхронный генератор по п.1, отличающийся тем, что регулирующий узел выполнен в виде четырехкаскадного ключевого усилителя со стабилизатором тока, причем эмиттер первого каскада через первый ограничительный резистор подключен к первому входу введенного стабилизатора напряжения первого выпрямителя, коллектор его подключен к выходному делителю первого каскада, база упомянутого транзистора подключена к средней точке делителя напряжения на втором и третьем ограничительных резисторах, подключенных к первому и второму входам стабилизатора напряжения первого выпрямителя, средняя точка выходного делителя первого каскада подключена к базе транзистора второго каскада, к коллектору которого подключен стабилизатор тока, вход которого подключен ко второму выводу стабилизатора напряжения первого выпрямителя, выход - к коллектору транзистора второго каскада, коллектор и эмиттер которого подключены к выходному делителю второго каскада, средняя точка которого подключена к базе транзистора третьего каскада, выход стабилизатора тока соединен с базой транзистора эмиттерного повторителя четвертого каскада, коллектор транзистора третьего каскада подключен к его выходному делителю, средняя точка которого подключена к базе транзистора четвертого каскада, включенного по схеме с общим эмиттером, эмиттеры транзисторов второго, третьего и четвертого каскадов и упомянутые выходные делители подключены к общей точке стабилизатора напряжения первого выпрямителя, между эмиттером транзистора эмиттерного повторителя и коллектором транзистора четвертого каскада включена цепь из последовательно соединенных диода и четвертого ограничительного резистора, причем анод диода подключен к эмиттеру эмиттерного повторителя, коллектор транзистора четвертого каскада - к затвору регулирующего выходного транзистора и через пятый ограничительный резистор к первому источнику смещения, а выход регулирующего выходного транзистора подключен к обмотке возбуждения генератора.

3. Синхронный генератор по п.2, отличающийся тем, что устройство управления выполнено в виде схемы сравнения на первом операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя входного напряжения второго выпрямителя через RC-фильтр, выход операционного усилителя подключен к входу первого триггера Шмидта, выход которого подключен к D-входу первого D-триггера, неинвертирующий выход которого подключен к первому входу первой схемы 2И-НЕ, второй вход которой подключен к первому выходу стартстопного устройства, а выход ее через шестой ограничительный резистор - к входу транзисторной оптопары, выход которой подключен к входу регулирующего узла, выполненного на четырехкаскадном ключевом усилителе, в него введен источник опорного напряжения, интегратор напряжения, интегратор на втором операционном усилителе, инвертирующий вход которого через седьмой ограничительный резистор подключен к средней точке делителя напряжения второго выпрямителя, неинвертирующий вход подключен к выходу источника опорного напряжения, выход через восьмой ограничительный резистор - к инвертирующему входу первого операционного усилителя, между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя включен времязадающий конденсатор.

4. Синхронный генератор по п.3, отличающийся тем, что в него введен ограничитель максимальной частоты переключения, выполненный на втором триггере Шмидта и RC-делителе, включенном между выходом триггера Шмидта и третьим выходом стабилизатора напряжения второго выпрямителя, причем резистор упомянутого RC-делителя подключен к выходу триггера Шмидта, а конденсатор - к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя.

5. Синхронный генератор по п.4, отличающийся тем, что в него введена обратная связь, формирующая гистерезис с временной задержкой, осуществляемой первым и вторым D-триггерами и резистором обратной связи, причем С-входы D-триггеров соединены между собой, инвертирующий выход первого D-триггера соединен с D-входом второго D-триггера, инвертирующий выход второго D-триггера через резистор обратной связи соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, D-вход первого D-триггера соединен с выходом первого триггера Шмидта, при этом триггеры управляются положительным фронтом, подаваемым на С-входы от одного источника.

6. Синхронный генератор по п.5, отличающийся тем, что стартстопное устройство выполнено на двух JK-триггерах и схеме обнуления при первичном запуске, причем S-вход первого JK-триггера через пусковую кнопку и помехоподавляющий фильтр нижних частот, содержащий последовательную RC-цепь и девятый ограничительный резистор, подключенный к средней точке упомянутой цепи, подключен к выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, резистор положительной обратной связи включен между его неинвертирующим выходом и S-входом, J, С, K-входы упомянутого JK-триггера объединены и подключены вместе с конденсатором RC-цепи к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, вход R первого JK-триггера подключен к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, неинвертирующий выход первого JK-триггера - к С-входу второго JK-триггера, вход S второго JK-триггера подключен к третьему выходу второго стабилизатора напряжения второго выпрямителя, J и K-входы объединены между собой и подключены к основному выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, между точкой соединения пусковой кнопки и резистора RC-цепи установлен входной резистор, второй вывод которого подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, схема обнуления при первичном запуске выполнена на третьем триггере Шмидта, вход которого через отдельную RC-цепь подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, а выход через диод - к десятому ограничительному резистору на выходе четвертого триггера Шмидта.

7. Синхронный генератор по п.6, отличающийся тем, что в него введен узел комбинированной защиты, выполненный на третьем D-триггере, на S-вход которого подключены выходы аварийных сигналов, к неинвертирующему выходу подключен анод диода, катод которого подключен к R-входу второго JK-триггера, D-вход третьего D-триггера подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, а R-вход его соединен с выходом третьего триггера Шмидта.

8. Синхронный генератор по п.7, отличающийся тем, в него введен узел управления возбуждением, выполненный на схеме задержки с RC-фильтром нижних частот и четвертом триггере Шмидта, управляющем и выходном транзисторах схемы развозбуждения, варисторе и втором источнике смещения, причем упомянутый RC-фильтр подключен к выходу стартстопного устройства, средняя точка RC-фильтра подключена к входу четвертого триггера Шмидта, выход через десятый ограничительный резистор - к затвору управляющего транзистора, сток которого через одиннадцатый ограничительный резистор соединен с затвором выходного регулирующего транзистора, исток которого подключен к третьему выходу стабилизатора напряжения второго выпрямителя, затвор выходного регулирующего транзистора - ко второму источнику смещения, содержащему стабилитрон и конденсатор, соединенные параллельно, исток выходного транзистора соединен со стоком выходного регулирующего транзистора, сток выходного транзистора - с обмоткой возбуждения, а между истоком и стоком выходного транзистора включен варистор.

9. Синхронный генератор по п.8, отличающийся тем, что в него введен индикатор аварийного состояния, содержащий генератор импульсов с входом разрешения на включение ключевого транзистора и индикатора, причем ключевой транзистор соединен последовательно с индикатором через двенадцатый ограничительный резистор, подключенный к основному и третьему выходам стабилизатора напряжения второго выпрямителя.