Регулятор напряжения ППС-20

3.4. Регулятор напряжения ППС-20

Регулятор напряжения ППС-20 обеспечивает автоматическое поддержание заданного напряжения стартер-генератора тепловоза ТЭП70 с точностью 110±1 В при изменении в пределах рабочего диапазона его частоты вращения и тока нагрузки.

В принципиальной схеме регулятора напряжения можно выделить ряд функциональных узлов. Обмотка возбуждения стартер-генератора Н-НН подключена к силовому транзисторному ключу регулятора напряжения, в котором транзистор VТ1 выполняет роль ключа, а транзистор VТ2 обеспечивает его включение. Сигналы управления на транзистор VT2 силового транзисторного ключа подаются от усилителя-формирователя системы управления.

Питание узлов и блоков преобразователя осуществляется от блока питания через автоматический выключатель QF.

Рассмотрим устройство функциональных узлов преобразователя. Задающий генератор, собранный на транзисторах VT1, VT2, вырабатывает узкие прямоугольные импульсы положительной полярности. При подаче питания на задающий генератор конденсатор С1 заряжается через базо-эмиттерный переход VT1 и транзисторы VT1, VT2 открываются. После открытия VT2 конденсатор С1 заряжается от делителя, образованного параллельно соединенными резисторами R1, R5 и резистором R2. После окончания заряда С1 транзисторы VT1, VT2 закрываются. Происходит разряд конденсатора С1 через резисторы R6, R7 до уровня напряжения, ниже напряжения на базе VT1. Транзисторы VT1, VT2 открываются и процесс повторяется. Период следования импульсов определяется временем заряда и разряда конденсатора С1.

Импульсы задающего генератора поступают на вход генератора пилообразного напряжения, собранного на транзисторах VT3, VT4. В паузах между импульсами транзистор VT4 закрыт. Конденсатор С2 заряжается коллекторным током транзистора VT3. С приходом положительного импульса транзистор VT4 открывается, происходит разряд конденсатора С2 до напряжения на диодах VD1 … VD3, VD36. По окончании импульса процессы повторяются. Для уменьшения влияния следующего каскада на работу генератора пилообразного напряжения на его выходе включен эмиттерный повторитель на транзисторе VT5.

Сигнал генератора пилообразного напряжения поступает в узел сравнения, собранный на транзисторах VT6, VT7 и диодах VD5, VD6, VD8, VD9. С одной стороны на узел сравнения поступает пилообразный сигнал с VD5, VD6, а с другой стороны – сигнал обратной связи по напряжению, собранной на стабилитронах VD15 … VD27, снимаемый с потенциометра R22, которым регулируется величина сигнала обратной связи по напряжению, а следовательно устанавливается уровень напряжения стартер-генератора. В момент равенства линейно-возрастающего напряжения генератора пилообразного напряжения и напряжения обратной связи, транзисторы VT6, VT7 открываются. Цепь, образованная резисторами R20, R21 и конденсаторами С3, С4, служит для формирования амплитудно-фазочастотной характеристики сигнала обратной связи.

Сигнал управления с узла сравнения поступает в усилитель-формирователь, выполненный на транзисторах VT8 … VT10, VT13, VT14. Транзисторы VT8 … VT10 – промежуточный инвертирующий усилитель тока. Выходной каскад усилителя-формирователя собран на транзисторах VT13, VT14 и предназначен для усиления по току сигнала сравнивающего устройства и формирования форсированного сигнала управления силовым транзисторным ключом. Предположим, что сигнал генератора пилообразного напряжения меньше сигнала обратной связи, тогда транзисторы VT8, VT10 закрыты, а транзисторы VT9, VT13, VT14 – открыты. Транзистор VT14 шунтирует базовую цепь транзистора VT2 силового транзисторного ключа, который находится в закрытом состоянии. Если напряжение генератора пилообразного напряжения превысило напряжение обратной связи, тогда транзисторы VT8, VT10 открываются, а транзисторы VT9, VT13, VT14 – закрываются.

В момент выключения VT14 напряжение от блока питания прикладывается к базе транзистора VT2 силового транзисторного ключа через стабилитрон VD35 и конденсатор С9. Благодаря конденсатору С9, включенному параллельно VD35, через базу транзистора VT2 силового транзисторного ключа в начальный момент времени течет форсированный ток заряда конденсатора С9. По достижении на конденсаторе С9 напряжения, равного напряжению стабилизации VD35, ток через базу VT2 силового транзисторного ключа определяется резисторами R1 … R20 блока питания. При новом включении VT13, VT14 происходит разряд конденсатора С9 через транзистор VT14 и базовые переходы транзисторов VT1, VT2 силового транзисторного ключа, что обеспечивает форсированный ток выключения этих транзисторов и поддержание на их базах отрицательного потенциала.

Узел защиты образован транзисторами VT11, VT12. При превышении напряжения стартер-генератора на 20% от номинального напряжение, снимаемое с потенциометра R29, достигает напряжения стабилизации стабилитрона VD29. Он переходит в проводящее состояние и отпирает транзисторы VT11, VT12.

Коллекторный ток транзистора VT12 поступает на управляющий электрод тиристора VS1 силового транзисторного ключа. Тиристор VS1 открывается и при достижении тока через него величины срабатывания выключателя QF - преобразователь отключается, что обеспечивает снятие возбуждения со стартер-генератора. Регулирование порога срабатывания QF по напряжению стартер-генератора осуществляется потенциометром R29.

Силовой блок состоит из силового транзисторного ключа и исполнительного элемента защиты. Силовой транзисторный ключ собран на транзисторах VT1, VT2, включенных по схеме двойного транзистора. Цепочка С1, VD4, R1 ограничивает скорость нарастания напряжения на коллекторе транзистора VT1 в момент его переключения. Стабилитроны VD1, VD2 ограничивают напряжение на транзисторах VT1, VT2. Диод VD3 обеспечивает протекание тока через обмотку возбуждения стартер-генератора при закрытом транзисторе VT1. Дроссель L1 улучшает энергетические процессы включения силового транзисторного ключа и осуществляет его защиту от сквозных токов, появляющихся из-за конечного времени восстановления обратного сопротивления диода VD3.

Блок питания выполнен на отдельной плате и представляет собой набор балластных резисторов R1 …R24, включенных в цепь питания преобразователя.