3. Транзисторный регулятор напряжения.

Рассмотрим на примере регулятора напряжения из блока БРЗ-1.

Блок регулирования и защиты БРЗ-1 предназначен для регулирования напряжения и защиты генератора ГСР-СТ-12/40 от коротких замыканий и аварийного повышения напряжения.

Он обеспечивает:

• стабилизацию напряжения на зажимах генератора в пределах 28,5±0,5 В;

• автоматическое развозбуждение генератора при КЗ внутри генератора или в его фидере между клеммами "+" генератора и "ген" АЗУ-400;

• автоматическое ограничение тока возбуждения при повышении напряжения более 30,5±0,5 В с зависимой выдержкой времени (1,0-0,5 сек).

БРЗ-1 состоит из:

• блока регулирования напряжения БРН;

• блока защиты от перенапряжения БЗП;

• блока защиты от КЗ БЗК;

• электромагнитного выключателя ВЭМ-25.

Основными элементами БРН являются:

• измерительный орган ИО

• предварительный усилитель УП

• широтно-импульсный модулятор ШИМ

• силовая часть СЧ.

ИО представляет собой нелинейный электрический мост. Равновесие моста наступает при напряжении генератора меньше номинального (рабочая точка ИО лежит правее точки баланса моста).

УП выполнен по схеме дифференциального усилителя постоянного тока на транзисторах VT1 и VT2. Транзистор VTЗ служит для ограничения тока через VT1, VT2. Потенциал базы VTЗ поддерживается постоянным с помощью стабилитрона VS2. Нагрузкой УП является обмотка управления усилителя ШИМ.

В состав ШИМ входят преобразователь напряжения ПН, выполненный по схеме мультивибратора с трансформаторной связью, модулятор скважности импульсов и формирователь запирающих импульсов, ПН генерирует знакопеременное напряжение прямоугольной формы с частотой 500-550 Гц.

Модулятор скважности импульсов представляет собой магнитный усилитель УМ, управляющий состоянием VT4.

Формирователь запирающих импульсов включает в свой состав трансформатор Т2, дифференциальную цепочку (С2, V8 V11, R9), источник напряжения смещения (С1) и транзистор VТ5.

За счет знакопеременного напряжения, приложенного к рабочей обмотке Wр магнитного усилителя, происходит циклическое перемагничивание его сердечников. До тех пор, пока сердечники находятся в ненасыщенном состоянии, ток в рабочих обмотках практически равен нулю. Падение напряжения на R7 мало, и VT4 закрыт (i₄=0). С момента насыщения сердечников УМ и до конца очередного полупериода напряжения питания Vr все напряжение прикладывается к R7, и VТ4 открывается. Время насыщения сердечников t_н, а следовательно и длительность _н открытого состояния транзистора VT4 определяется величиной тока управления I_у магнитного усилителя.

Транзистор VT5 формирователя запирающих импульсов закрыт в течении всего полупериода приложенного напряжения за счет падения напряжения на С1. При смене полярности Vг С2 быстро перезаряжается и по дифференцируемой цепочке (С2, V8-V11, R9) протекает импульс тока достаточный для открытия транзистора VT5, Таким образом, VT5 открывается на короткий промежуток времени в конце очередного полупериода Vг.

Силовая часть С4 представляет собой транзисторный ключ на VT6 с положительной обратной связью на многообмоточном трансформаторе Т1.

До тех пор, пока VT4 закрыт, VT6 также закрыт, сердечник Т1 перенасыщен.

В момент открытия VT4 через обмотку W2 и переход Б-Э VT6 начинает протекать ток. Транзистор приоткрывается. Коллекторный ток VT6, проходя по обмотке W1 создает МДС, под действием которой сердечник трансформатора начинает намагничиваться. При этом во всех обмотках наводится ЭДС, ЭДС в W2 обуславливает увеличение базового тока VT6, а следовательно - еще большее открытие трансформатора. Это, в свою очередь, приводит к повышению скорости намагничивания сердечника и увеличению ЭДС. Таким образом, происходит лавинообразное отпирание транзистора VT6 и его переход в насыщенное состояние.

В таком состоянии цепь может находиться до тех пор, пока сердечник Т1 полностью не насыщен, или не последует импульс на запирание VT6, Время, за которое происходит полное насыщение сердечника, составляет З/4 периода Т импульсов управления (с ПН), Таким образом, при отказах регулятора напряжения, связанных со срывом автоколебаний ПН или исчезновения импульсов управления транзистором VT6, происходит автоматическое отключение обмотки возбуждения генератора.

В процессе нормальной работы регулятора в конце каждого полупериода напряжения Vг кратковременно открывается транзистор VT5, при этом за счет ЭДС, наводимой в обмотке W₃ создается импульс тока на запирание транзистора VT6 силовой части. Ток коллектора VT6 уменьшится, но ток в 0В генератора мгновенно изменится не может (из-за большой индуктивности). За счет самоиндукции ток в 0В будет поддерживаться по цепи: обмотка дополнительных полюсов - корпус - W₄ - W₁₂. Эти током сердечник трансформатора начинает перемагничиваться и ЭДС в его обмотках сменит знак на противоположный, в результате VT6 мгновенно закрывается.

Таким образом, напряжение возбуждения генератора имеет импульсный характер, а ток возбуждения пульсирует относительно некоторого среднего значения. Среднее значение тока возбуждения тем больше, чем больше длительность импульсов Тн напряжения.

В целом процесс регулирования напряжения происходит следующим образом.

Допустим, напряжение генератора увеличилось. Увеличивается сигнал измерительного органа. В этом случае ток транзистора VT1 становится меньше тока транзистора VT2 и за счет разности падения напряжения на резисторах R₅ и R₆ увеличивается ток управления магнитного усилителя ШИМ. Время насыщения (н сердечников магнитного усилителя увеличивается, что приведет к уменьшению длительности открытого состояния транзистора VT4, длительность импульсов напряжения возбуждения уменьшится и, следовательно, уменьшится среднее значение тока в обмотке возбуждения генератора. Напряжение генератора восстановится до заданного с незначительной ошибкой.

Установка заданного напряжения генератора производится с помощью регулировочного резистора R_З, шлиц которого выведен на лицевую панель БРЗ-1 и закрыт колпачком.