Устройство аварийного запуска инвертора с самовозбуждением
Область применения: Электротехника, может быть использовано в автоматизированных системах электроснабжения пассажирских вагонов с электрогенераторами независимого возбуждения. Суть полезной модели: Устройство аварийного запуска инвертора с самовозбужденной и внешней синхронизацией, которое содержит резистор запуска, ограничитель напряжения, переключатель тока, инвертор с силовым трансформатором насыщения и двумя мощными nрn транзисторами, электромагнитное реле, его обмотка подключена к выходу блока питания, резистор запуска одним выводом подключен к выходу электрогенератора, другим выводом - к неподвижному нормально-замкнутому контакту реле, подвижный нормально-замкнутый контакт реле соединен со входом ограничителя напряжения и через сопротивление связи с базой второго мощного транзистора инвертора. Технический результат: Упрощение устройства, повышение надежности системы электроснабжения, улучшение качества обслуживания пассажиров.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в автоматизированных системах электроснабжения пассажирских вагонов с электрогенераторами независимого возбуждения.
Известно наиболее близкое по технической сути устройство аварийного запуска инвертора с самовозбуждением и внешней синхронизацией (см. Блок мощности NGL51 Схема электрическая 2477.051-974: 61/9 стр.1 устройства регулирования и управления FAGA, Функциональная схема 2470.072-974: 61/9 стр.1, Берлин, 1993 г.), которое содержит кнопку с одной контактной группой на замыкание, один контакт ее подключен к выходу электрогенератора и через гасящий резиситор к катоду стабилитрона, анод стабилитрона соединен с базой nрn транзисторного переключателя тока и через резистор смещения - к эмиттеру этого транзистора, другой контакт кнопки через резистор запуска подключен к колектору транзисторного переключателя, откуда через резистор связи - к базе второго мощного транзистора инвертора с самовозбуждением, инвертор состоит из силового трансформатора насыщения и двух мощных транзисторов, их коллекторы подключены одновременно к выходу электрогенератора и входам аккумуляторной батареи и блока питания, между эмиттерами транзисторов инвертора включена первичная обмотка силового трансформатора, причем
начало этой обмотки соединено с эмиттером первого транзистора, а конец - с эмиттером второго транзистора, к середине первичной обмотки трансформатора подключена обмотка возбуждения электрогенератора, базовые цепи мощных транзисторов инвертора соединены с обмотками управления силового трансформатора: база первого транзистора - через резистор с началом своей обмотки управления, база второго транзистора - через цепь асимметрии из последовательно соединенных RC-элементов к концу своей обмотки управления, сюда же подключен и эмиттер транзисторного переключателя тока, вторичная обмотка силового трансформатора подключена по постоянному току через разделительный диод к положительному выводу блока питания и к входной цепи питания внешнего импульсного генератора, а по переменному току - к выходу импульсного генератора.
Недостатками этого устройства есть:
1. Сложность пусковой схемы, которая содержит значительное количество комплектующих элементов, к тому же последовательно соединенный гасящий резистор, ограничитель напряжения (стабилитрон) и резистор смещения находятся в процессе работы под высоким выходным напряжением электрогенератора и рассеивают достаточно большую мощность.
2. Ручной режим запуска инвертора с самовозбуждением при помощи кнопки управления, что усложняет работу обслуживающего технического персонала и может быть причиной необходимости увеличения его численного состава. Действительно, когда одному оператору надо управлять рядом объектов, связи между человеком - оператором и регулирующими объектами усложняются и человек уже не в состоянии в заданное время полностью осуществлять функции регулирования. Несвоевременное выполнение поставленной перед оператором задачи оценивается как ошибка. Применительно к системе электроснабжения вагона задержка в выводе электрогенератора на штатный режим работы приводит к отсутствию на это
время некоторых необходимых сервисных услуг для пассажиров, то есть к снижению качества обслуживания.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования устройства аварийного запуска инвертора с самовозбуждением и внешней синхронизацией за счет исключения кнопки ручного управления и внедрения автоматического запуска, что облегчит работу обслуживающего технического персонала, упростит устройство реализации, ускорит выход электрогенератора на штатный режим работы, поскольку время будет определяться функциональным состоянием системы электроснабжения вагона и не будет дополнительно увеличиваться из-за человеческого фактора. При этом сохранится задекларированный объем сервисных услуг для пассажиров и улучшится качество обслуживания.
Поставленная задача решается тем, что в устройство аварийного запуска инвертора с самовозбуждением и внешней синхронизацией, которое содержит резистор запуска, ограничитель напряжения, переключатель тока, инвертор с силовым трансформатором насыщения и двумя мощными nрn транзисторами, их коллекторы подключены одновременно к выходу электрогенератора и входам аккумуляторной батареи и блока питания, между эмиттерами транзисторов инвертора включена первичная обмотка силового трансформатора, причем начало этой обмотки соединено с эмиттером первого транзистора, а конец - с эмиттером второго транзистора, к середине первичной обмотки трансформатора подключена обмотка возбуждения электрогенератора, базовые цепи мощных транзисторов инвертора соединены с обмотками управления силового трансформатора: база первого транзистора через резистор с началом своей обмотки управления, база второго транзистора через цепь асимметрии из последовательно соединенных RC-элементов к концу своей обмотки управления, вторичная обмотка силового трансформатора подключена по постоянному току через разделительный диод к положительному выводу блока питания и входу питания импульсного генератора, а по переменному току - к выходу импульсного генератора, в
соответствии с полезной моделью в него введено электромагнитное реле, его обмотка подключена к выходу блока питания, резистор запуска одним выводом подключен к выходу электрогенератора, другим выводом - к неподвижному нормально-замкнутому контакту реле, подвижный нормально-замкнутый контакт реле соединен со входом ограничителя напряжения и через сопротивление связи с базой второго мощного транзистора инвертора, неподвижный нормально-разомкнутый контакт реле и выход ограничителя напряжения подключены к концу обмотки управления второго мощного транзистора инвертора.
Суть полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. представлена структурная блок-схема предложенного устройства.
Предложенное устройство состоит из резистора запуска 1, ограничителя напряжения 2, переключателя тока 3, инвертора 4 с силовым трансформатором насыщения 5, первичной 6, вторичной 7, базовыми обмотками управления 8, 9 первым и вторым мощными транзисторами 10, 11, цепью асимметрии 12, разделительным диодом 13, резистором связи 14, а также содержит электрогенератор 15, аккумуляторную батарею 16, блок питания 17, импульсный генератор 18, обмотку возбуждения 19 электрогенератора.
Устройство работает следующим образом. В инверторе с самовозбуждением 4 функцию нелинейного элемента исполняет силовой трансформатор 5, управление мощными транзисторами 10, 11 осуществляется с помощью базовых обмоток 8, 9, расположенных наряду с первичной 6 и вторичной 7 обмотками на магнитопроводе трансформатора 5. С целью улучшения условий самовозбуждения автоколебаний транзисторы 10, 11 выбраны с достаточно высоким коэффициентом передачи тока базы в режиме малого сигнала. Синхронизация инвертора 4 от внешнего импульсного генератора 18 обеспечивает начало регенеративного процесса переключения транзисторов 10, 11 до момента насыщения силового трансформатора 5 и тем самым исключаются коммутационные перегрузки и повышается
экономичность инвертора. В процессе работы переключение мощных транзисторов 10, 11 осуществляется импульсами генератора 18 за счет коммутации электромагнитной энергии, накапливаемой (от блока питания 17 через разделительный диод 13) в реактивном элементе - вторичной обмотке 7 силового трансформатора 5. Используемая RC-цепь 12 вызывает резкую несимметрию схемы инвертора 4 в переходном процессе запуска, облегчая выполнение условий самовозбуждения автоколебаний. Все перечисленные выше узлы, элементы и их связи в инверторе обеспечивают его надежное начальное самовозбуждение при нормальном выходном напряжении аккумуляторной батареи 16. В случае глубокого разряда аккумуляторной батареи 16, а это может произойти в эксплуатации, например, в результате короткого замыкания цепи нагрузки инвертора (обмотки возбуждения 19 электрогенератора 15), будет выключен блок питания 17 и обесточен импульсный генератор 18. Кроме того, при коротком замыкании нагрузки инвертора 4 на всех обмотках силового трансформатора 5 напряжение резко уменьшается, условия самвозбуждения перестают выполняться и в схеме инвертора произойдет срыв автоколебаний. Поскольку в это время отсутствует синхронизация инвертора и пассивная RC-цепь асимметрии 12 мало эффективна, то после снятия режима короткого замыкания самовозбуждения автоколебаний в инверторе не произойдет.
Для этого случая в предлагаемом устройстве предусмотрено автоматическое увеличение тока базы мощного транзистора 11 инвертора 4 по цепи: выход электрогенератора 15 через резистор запуска 1, нормально-замкнутые контакты Р обесточенной обмотки реле 3, резистор связи 14, благодаря чему обеспечивается надежный запуск инвертора с самовозбуждением. Ограничитель напряжения 2 исключает возможную перегрузку транзистора 11 по базовому току в процессе запуска.
После самовозбуждения инвертора начинается разгон электрогенератора, его выходное напряжение увеличивается от начального, обусловленного остаточным намагничиванием магнитной цепи, до
номинального. При этом аккумуляторная батарея 16 дозаряжается и после достижения определенного значения напряжения включается блок питания 17, запитываются импульсный генератор 18 и обмотка реле 3, контакты реле Р переключаются, цепь запуска размыкается и устанавливается штатный режим работы инвертора 4 с внешней синхронизацией от импульсного генератора 18.
Таким образом, в случае применения предлагаемого устройства исключается человеческий фактор - участие обслуживающего технического персонала в запуске инвертора при глубоком разряде аккумуляторной батареи. Вывод электрогенератора на номинальные обороты и дозаряд аккумулятореной батареи до номинального напряжения осуществляется практически без потерь времени, задержки возможны только из-за необходимости устранения браковых ситуаций, вызвавших срыв автоколебаний инвертора, например, короткого замыкания в цепи его нагрузки.
Полезная модель отличается простотой, не содержит энергоемких элементов, резистор запуска и ограничитель напряжения при штатном, основном режиме работы обесточены, в пусковой цепи используется слаботочное высокоомное реле, работающее при низковольтном выходном напряжении блока питания.
Внедрение предлагаемого устройства повысит эксплуатационную надежность системы электроснабжения пассажирского вагона, улучшит качество обслуживания пассажиров.
Устройство аварийного запуска инвертора с самовозбуждением и внешней синхронизацией, которое содержит резистор запуска, ограничитель напряжения, переключатель тока, инвертор с силовым трансформатором насыщения и двумя мощными npn транзисторами, их коллекторы подключены одновременно к выходу электрогенератора и входам аккумуляторной батареи и блока питания, между эмиттерами транзисторов инвертора включена первичная обмотка силового трансформатора, причем начало этой обмотки соединено с эмиттером первого транзистора, а конец - с эмиттером второго транзистора, к середине первичной обмотки трансформатора подключена обмотка возбуждения электрогенератора, базовые цепи мощных транзисторов инвертора соединены с обмотками управления силового трансформатора: база первого транзистора через резистор с началом своей обмотки управления, база второго транзистора через цепь асимметрии из последовательно соединенных RC-элементов к концу своей обмотки управления, вторичная обмотка силового трансформатора подключена по постоянному току через разделительный диод к положительному выводу блока питания и входу питания импульсного генератора, а по переменному току - к выходу импульсного генератора, отличающееся тем, что в него введено электромагнитное реле, его обмотка подключена к выходу блока питания, резистор запуска одним выводом подключен к выходу электрогенератора, другим выводом - к неподвижному нормально замкнутому контакту реле, подвижный нормально замкнутый контакт реле соединен со входом ограничителя напряжения и через сопротивление связи с базой второго мощного транзистора инвертора, неподвижный нормально разомкнутый контакт реле и выход ограничителя напряжения подключены к концу обмотки управления второго мощного транзистора инвертора.
