Регулятор напряжения БРН-ЗВ

/ Тепловозы ТЭП60 и 2ТЭП60 / Регулятор напряжения БРН-ЗВ

На тепловозах для автоматического регулирования напряжения вспомогательного генератора устанавливают бесконтактный полупроводниковый регулятор напряжения БРН-ЗВ. Схема регулятора (рис. 109) условно может быть разделена на два основных узла: измерительный и регулирующий.

Задача измерительного узла регулятора напряжения состоит в том, чтобы давать сигнал регулирующему узлу на уменьшение тока возбуждения вспомогательного генератора при повышении напряжения сверх 75 В и давать сигнал на увеличение тока возбуждения при снижении напряжения генератора от указанной величины.

В измерительный узел входят следующие элементы: резисторы Л1!, 1?1, 1?<?, #4, Рк5; потенциометр #2; конденсатор С1\ диоды Д1, Д2, Д7; транзисторы 77, Т2, ТЗ и стабилитроны ДЗ (или резервный Д6), Д4, Д5. Чувствительным элементом измерительного узла является стабилитрон ДЗ (Д6), По своей конструкции стабилитрон

аналогичен обычному кремниевому выпрямителю (диоду). Основным отличием кремниевого стабилитрона от диода является то, что при превышении обратным напряжением определенной величины стабилитрон начинает пропускать достаточно большой обратный ток и не разрушается при этом, как обычный диод. Напряжение, при котором обратный ток через стабилитрон резко увеличивается, называется напряжением стабилизации. Когда приложенное к стабилитрону обратное напряжение становится меньше напряжения стабилизации, стабилитрон закрывается и обратный ток падает практически до нуля. Это свойство стабилитрона и используется в регуляторе напряжения.

Измерительный узел собран по мостовой схеме: первое плечо моста - резисторы КЧ, Я1 и часть потенциометра Я2; второе плечо- остальная часть потенциометра Я2 и резистор КЗ; третье плечо-резистор Я4 и четвертое - стабилитрон ДЗ (Д6) и стабилитроны Д4, Д5.

На одну диагональ моста подается напряжение от вспомогательного генератора, сглаженное конденсатором С1, в другую диагональ моста включен переход эмиттер-база транзистора 77.

Когда напряжение вспомогательного генератора меньше 75 В, напряжение на втором плече моста, т. е. между движком потенциометра и минусом вспомогательного генератора (Я2) меньше напряжения стабилизации стабилитрона ДЗ. При этом потенциал базы транзистора Т1 выше потенциала эмиттера и транзистор закрыт; закрыты также транзисторы Т2 и ТЗ, которые управляются током коллектора транзистора 77. У закрытых транзисторов сопротивление между эмиттером и коллектором велико. Когда напряжение вспомогательного генератора превысит 75 В, напряжение на втором плече моста станет выше напряжения стабилизации ДЗ (Д6). При этом потенциал базы Т1 будет ниже потенциала эмиттера, и транзистор Т1 откроется.

Когда транзистор Т1 открыт, ток течет от движка потенциометра И2 через эмиттер-коллектор транзистора 77, через резистор Я5, иерез переходы база-эмиттер транзисторов Т2 и ТЗ, которые включены по схеме составного транзистора для увеличения коэффициента усиления, далее через дроссель Др1 на минус вспомогательного генератора. Дроссель имеет очень малое активное сопротивление и практически-не оказывает сопротивления постоянному току. Транзисторы Т2 и ТЗ имеют обратную проводимость (п--р-п) по сравнению с транзистором Т1 (типа р-п-р) и при показанном выше направлении тока в цепи база-эмиттер они открываются. При этом сопротивление транзистора ТЗ между эмиттером и коллектором близко к нулю.

Таким образом можно считать, что транзистор ТЗ представляет собой выключатель, управляемый напряжением вспомогательного генератора. Его контакты разомкнуты при напряжении менее 75 В и замкнуты при напряжении более 75 В.

Стабилитроны Д4 и Д5 включены встречно стабилитрону ДЗ (Д6) и всегда находятся под прямым напряжением, следовательно, их сопротивление незначительно. Назначение этих стабилитронов состоит в том, чтобы скомпенсировать изменение напряжения на стабилитроне ДЗ (Д6) при изменении температуры.

Диоды Д1 и Д2 защищают транзистор ТІ от импульсов обратного напряжения, которое возникает при работе регулятора. Диод Д7 уменьшает ток утечки транзистора ТІ.

Регулирующий узел выполнен в виде мультивибратора на кремниевых управляемых диодах (тиристорах) Т4 и 75. Когда к тиристору приложено обратное напряжение (минус на анод «Л» плюс на катод «Л», то он ведет себя, как обычный диод, т. е. в цепи тиристора течет очень малый обратный ток, которым можно пренебречь при рассмотрении работы схемы. Если поменять полярность приложенного напряжения, то тиристор все равно остается закрытым (не пропускает ток) до тех пор, пока не будет приложено небольшое напряжение между управляющим электродом У тиристора и катодом К- Ток в цепи управляющего электрода «открывает» тиристор и в цепи анод - катод начинает протекать ток, как по обычному диоду. Для того чтобы запереть тиристор, недостаточно снять напряжение с управляющего электрода, необходимо хотя бы кратковременно приложить к тиристору обратное напряжение.

Кроме тиристоров, в схему регулирующего узла входят следующие элементы: диоды Д8 -4- Д13, Діб, резисторы Я6 -4- Я9, стабилитроны Д14, Д15, Д17, дроссели Др1, Др2 и конденсаторы С2, СЗ, С4. Нагрузкой регулирующего узла является обмотка возбуждения ОВ вспомогательного генератора.

Рассмотрим работу мультивибратора, считая условно, что дизель остановлен, но контакты Рпр8 замкнуты. Если якорь генератора не вращается, то напряжения на движке потенциометра Я2 нет. При этом» транзистор ТЗ закрыт. Тогда от плюса батареи прикладывается напряжение к стабилитрону Д17 по следующей цепи: обмотка возбуждения ОВ, резистор Р^б, диод Д9. Стабилитрон открывается и небольшой ток течет по цепи управляющего электрода тиристора Т4 на минус батареи через дроссель Др1. Тиристор Т4 открывается, и все напряжение батареи прикладывается к обмотке возбуждения. Ток возбуждения вспомогательного генератора начинает быстро нарастать. Он течет по цепи: плюс батареи, обмотка возбуждения, тиристор Т4, дроссель Др], минус батареи. Одновременно течет зарядный ток конденсатора С2 по цепи: плюс батареи, резистор %7, конденсатор С2, тиристор Т4, дроссель Др1, минус батареи.

Напряжение на конденсатор начинает нарастать и в какой-то момент достигает величины, при которой открываются стабилитроны Д14, Д15. Через диод Д13 и стабилитроны Д14 и Д15 течет ток управления тиристора Т5. Тиристор Т5 открывается и начинается разряд конденсатора С2 по цепи: тиристор Т5, дроссели Др2, Др1, тиристор Т4. Для тиристора Т4 разрядное напряжение конденсатора является обратным и тиристор Т4 закрывается. При этом обмотка возбуждения отключается от батареи и ток возбуждения быстро уменьшается, замыкаясь по цепи: обмотка возбуждения, шунтирующий диод Д10. Этот диод уменьшает перенапряжения, которые возникают при отключении тиристором Т4 обмотки возбуждения от батареи.

При закрытом тиристоре Т4 и открытом Т5 конденсатор С2 перезаряжается по цепи: плюс батареи, обмотка возбуждения ОВ, диоды ДП, Д12, конденсатор С2, тиристор Т5, дроссель Др2, минус батареи. Теперь левая обкладка конденсатора С2 приобретает положительный заряд, а правая - отрицательный. При этом одновременно растет напряжение на аноде тиристора Т4 и напряжение на стабилитроне Д17. Стабилитрон открывается и открывается тиристор Т4. При открытом тиристоре Т4 конденсатор С2 разряжается по цепи: тиристор Т4, дроссели Др1 и Др2 и тиристор Т5. Теперь напряжение конденсатора С2 закрывает тиристор Т5 и все напряжение батареи вновь приложено к обмотке возбуждения ОВ. Цикл работы мультивибратора повторяется.

Таким образом, при остановленном дизеле в схеме мультивибратора возникают автоколебания. Параметры схемы подобраны так, что •большую часть цикла тиристор Т4 открыт, следовательно, ток возбуждения генератора близок к максимально возможной величине.

Остальные элементы с мультивибратора имеют следующее назначение: диоды Д8 и Д16 защищают переходы управляющий электрод-катод тиристоров Т4 и Т5 от обратных напряжений, которые возникают при перезарядке конденсатора С2; одновременно диод Д8 защищает транзисторы ТЗ и Т5; диоды ДП, Д12 предотвращают потерю управляемости мультивибратора; дроссели Др1 и Др2 защищают тиристоры Т4 и Т5 от импульсов тока, возникающих при переключении тиристоров.

Когда коленчатый вал начинает вращаться, напряжение на вспомогательном генераторе увеличивается, так как мультивибратор обеспечивает максимальный ток возбуждения. Когда напряжение генератора достигает 75 В, напряжение на движке потенциометра станет достаточным для отпирания стабилитрона ДЗ (Д6) и транзисторов 77, Т2, ТЗ. Транзистор ТЗ, открываясь, шунтирует цепы стабилитрон Д17 - управляющий электрод Т4. Ток управляющего-электрода Т4 уменьшается практически до нуля. Тогда после очередного запирания тиристора Т4 разрядом конденсатора С2 он не может больше открыться и автоколебания прекращаются. Обмотка возбуждения отключается от батареи и разряжается через диод Д10. Одновременно уменьшается напряжение генератора. Когда напряжение станет несколько меньше 75 В, стабилитрон ДЗ (Д6) и транзисторы Т1, Т2, ТЗ закроются. Вновь появится ток в цепи управляющего электрода тиристора Т4 и начнет работать мультивибратор. Напряжение вспомогательного генератора начнет расти. Таким образом, в системе вспомогательный генератор - регулятор напряжения устанавливаются автоколебания с частотой, определяемой параметрами обмотки возбуждения. Часть периода этих колебаний мультивибратор работает и напряжение увеличивается, а часть периода мультивибратор не работает и напряжение падает. По мере увеличения частоты вращения вала дизеля та часть периода, в течение которой мультивибратор работает, уменьшается, а вторая часть периода растет, т. е. среднее значение тока возбуждения падает с увеличением частоты вращения вала вспомогательного генератора.

Если нужно изменить величину напряжения вспомогательного генератора, то передвигают движок потенциометра Я2. Передвижение движка в сторону точки Д2 приводит к увеличению поддерживаемого регулятором напряжения. Передвижение движка в противоположную сторону приводит к уменьшению напряжения генератора, так как часть напряжения вспомогательного генератора, приложенная к стабилитрону ДЗ, растет и стабилитрон открывается при меньшем напряжении вспомогательного генератора,

НАСТРОЙКА И РЕОСТАТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Аппараты системы автоматического регулирования | Тепловозы ТЭП60 и 2ТЭП60 | Подключение тепловоза к испытательному стенду