Полупроводниковый регулятор напряжения для электрического генератора

 Ток в  обмотке возбуждения 15 нарастает,  что вызывает увеличение напряжения  в якорной цепи 10 электрического  генератора. Когда максимальное  значение напряжения U12, поступающего  на инвертирующий вход компаратора  3, будет какое-то время в течение  периода превышать эталонное  напряжение U4 на выходе 4 источника  эталонного напряжения 1, работа  регулятора напряжения характеризуется  эпюрами напряжений, приведенными  на фиг.2в. В этом режиме работы, когда на инвертирующем входе компаратора 3 напряжение U12 будет превышать напряжение U4 на неинвертирующем входе, на выходе 5 компаратора 3 устанавливается низкий уровень напряжения, запрещающий прохождение как импульсного сигнала прямоугольной формы с выхода 29 генератора пилообразного напряжения 6, так и сигнала цепи положительной обратной связи 13, что обеспечивает запирание силового транзистора 14. Ток в обмотке возбуждения 15 начинает уменьшаться. Когда на инвертирующем входе компаратора 3 напряжение ниже, чем на неинвертирующем, на выходе 5 компаратора 3 устанавливается высокий уровень напряжения, разрешающий прохождение импульсного сигнала с выхода 29 генератора пилообразного напряжения 6, который открывает силовой транзистор 14, при этом, когда действие импульсного сигнала с выхода 29 прекращается, силовой транзистор 14 удерживается в открытом состоянии за счет цепи положительной обратной связи 13 до тех пор, пока имеется разрешающий сигнал на выходе 5 компаратора 3. Таким образом регулятор работает в режиме ШИМ-регулирования. 

 При сбросе нагрузки с электрического генератора кратковременно возможна работа регулятора напряжения, характеризующаяся эпюрами напряжений, приведенными на фиг.2г, из которых следует, что если в течение всего периода напряжение U12 на инвертирующем входе компаратора 3 превышает напряжение на неинвертирующем входе, то на выходе 5 компаратора 3 имеем сигнал, запрещающий открывание силового транзистора 14. Таким образом, данным техническим решением достигнут положительный эффект, заключающийся в улучшении качества электрической энергии путем устранения прохождения каких-либо импульсов, отпирающих силовой транзистор 14, во время запрещающего сигнала с выхода 5 компаратора 3, а также путем использования полного сигнала рассогласования с якорной цепи 10. В прототипе имеет место открывание силового транзисторного ключа на время действия тактовых импульсов при сигнале с компаратора, запрещающем его открывание. что замедляет переходный процесс при сбросе нагрузки, а сигнал рассогласования уменьшен и величина его определяется соотношением резисторов входного резистивного делителя напряжения, что при одном и том же коэффициенте усиления регулятора напряжения понижает стабильность напряжения электрического генератора. 

 При коротком  замыкании и перегрузке в цепи  обмотки возбуждения 15 электрического  генератора через силовой транзистор 14 увеличивается коллекторный ток  и когда он превысит величину, которая обеспечивается базовым  током, силовой транзистор 14 выходит  из насыщения. В момент выхода  из насыщения, когда напряжение  на коллекторе силового транзистора  относительно общей шины питания  17 станет ниже, чем напряжение  на коллекторе второго транзистора  21, находящегося в насыщенном  состоянии, начнет открываться  третий транзистор 23, а следовательно, и первый транзистор 20. Открывание первого транзистора 20 приводит к шунтированию базового тока силового транзистора 14, что способствует увеличению скорости его выхода из насыщения и к еще большему отпиранию третьего транзистора 23 и первого транзистора 20. Происходит лавинообразный процесс насыщения третьего 23 и первого 20 транзисторов, что обеспечивает полное шунтирование базового тока силового транзистора 14 и он надежно закрывается, при этом второй транзистор 21 на время открывающего сигнала с промежуточного усилителя 19 остается в открытом и насыщенном состоянии. Поскольку после закрытия силового транзистора 14 напряжение с цепи положительной обратной связи 13 отсутствует, то второй транзистор 21 удерживается в открытом и насыщенном состоянии только на время действия импульсного напряжения U29 с выхода 29 генератора пилообразного напряжения 6. Когда на первом и втором входах элемента ИЛИ 18 отсутствуют сигналы отпирания и удержания, второй транзистор 21 закрывается, что, в свою очередь, приводит к запиранию третьего 23 и первого 20 транзисторов. С появлением очередного импульсного сигнала U29 при разрешающем сигнале с выхода 5 компаратора 3 силовой транзистор 14 вновь открывается, но если короткое замыкание или перегрузка не устранены, повторяется описанный выше процесс закрывания силового транзистора при коротком замыкании или перегрузке. 

RC-цепь служит  для предотвращения возможного  открывания третьего транзистора  22 при неодновременном нарастании  напряжений на коллекторах силового  транзистора 14 и второго транзистора  21 вследствие различного импеданса  их нагрузок. Величина задержки  должна составлять доли микросекунд и она не вносит каких-либо изменений в описание работы регулятора напряжения. 

 Таким  образом, техническим результатом достигнут положительный эффект, заключающийся в повышении надежности регулятора напряжения вследствие обеспечения его защиты от перегрузок в цепи обмотки возбуждения электрического генератора. Также следует отметить и улучшение теплового режима работы кристалла силового транзистора при коротком замыкании, так как в предлагаемом техническом решении запирание силового транзистора начинается уже на переднем фронте открывающего сигнала, что устраняет нарастание его базового тока до расчетной величины, определяемой третьим резистором 22 при насыщенном втором транзисторе 21. В прототипе же запирание силового транзисторного ключа начинается после окончания действия импульса с генератора тактовых импульсов. 

 По предлагаемому  устройству разработан макетный  образец. Проведены испытания  образца, результаты испытаний  положительные. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 

1. Полупроводниковый  регулятор напряжения для электрического  генератора, содержащий источник  эталонного напряжения, элемент И, компаратор, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника эталонного напряжения, а выход соединен с первым входом элемента И, генератор пилообразного напряжения, блок суммирования, первый и второй входы которого подключены соответственно к якорной цепи электрического генератора и к первому выходу генератора пилообразного напряжения, на котором формируется импульсное напряжение пилообразной формы, а выход соединен с инвертирующим входом компаратора, цепь положительной обратной связи, силовой транзистор, коллектор которого соединен с одним из выводов обмотки возбуждения электрического генератора и катодом диода, шунтирующего обмотку возбуждения, анод которого соединен с общей шиной питания, элемент ИЛИ, промежуточный усилитель, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй транзисторы того же типа проводимости, что и силовой транзистор, RC-цепь задержки, третий транзистор другой проводимости, коллектор которого через первый резистор подключен к базе первого транзистора, база-эмиттерный переход которого зашунтирован вторым резистором, а коллектор соединен с базой силового транзистора и эмиттером второго транзистора, коллектор которого через третий резистор подключен к общей шине питания, а через RC-цепь задержки - к базе третьего транзистора, эмиттер которого подключен к коллектору силового транзистора и через цепь положительной обратной связи соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу генератора пилообразного напряжения, на котором формируется импульсное напряжение прямоугольной формы, а выход соединен с вторым входом элемента И, выход которого через промежуточный усилитель соединен с базой второго транзистора, при этом эмиттер силового транзистора и эмиттер первого транзистора соединены и подключены к шине питания. 

2. Устройство  по п.1, отличающееся тем, что  дополнительно введен источник  питания для компаратора и  источника эталонного напряжения, при этом общие шины источника  питания и компаратора подключены  к якорной цепи электрического  генератора.  
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
 

Полупроводники - это сравнительно новые материалы, с помощью которых на протяжении последних десятилетий удаётся  разрешать ряд чрезвычайно важных электротехнических задач. 

Полупроводниковые приборы можно встретить в  обычном радиоприемнике и в квантовом  генераторе - лазере, в крошечной  атомной батарее и в микропроцессорах. 

 Инженеры  не могут обходиться без полупроводниковых  выпрямителей, переключателей и  усилителей. Замена ламповой аппаратуры  полупроводниковой позволила в  десятки раз уменьшить габариты  и массу электронных устройств,  снизить потребляемую ими мощность  и резко увеличить надежность.  

В настоящее  время насчитывается свыше двадцати различных областей, в которых  с помощью полупроводников разрешаются  важнейшие вопросы эксплуатации машин и механизмов, контроля производственных процессов, получения электрической  энергии, усиления высокочастотных  колебаний и генерирования радиоволн, создания с помощью электрического тока тепла или холода, и для  осуществления многих других процессов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература 

1. Д.А.Браун.-Новые материалы в технике. -Издательство ЅВысшая школаЅ, М.- 1965,194с.

2. А.с. 281651 СССР  МПК Н 01 5/00. Полупроводниковый  генератор/

 Б.С.Муравский. В.И.Кузнецов. Заявл. 03.12.68., Опублик.

21.03.73. Бюл.N7.

3. Кнаб О.Д. БИСПИН - новый тип полупроводниковых приборов//

 Электронная  промышленность. 1989. N8

4. Шалимова  К.В. "Физика полупроводников"  Изд. "Энергия" 1976

5. Степаненко  И.П. Основы теории транзисторов  и транзисторных

 схем./Москва, Энергия, 1973. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

1. Введение
2. Описание полупроводникового электрогенератора
3. Формула полупроводникового электрогенератора
4. Заключение
5. Список литературы