Opublikowano; 30.IV.1966 50921 KI. 21 c, 52 MK P H02p 91^0 UKD BIBLIOTEKA T ' JUruKlu Patentowego Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Jacek Kowalski, mgr inz. Zygmunt Gizinski, mgr inz. Janusz Czapla Wlasciciel patentu: Instytut Elektrotechniki, Warszawa (Polska) Tyrystorowy regulator napiecia dla pradnicy pradu stalego i Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowy regula¬ tor napiecia pradu stalego z samoczynna regula¬ cja napiecia w zaleznosci od pradu obciazenia.Przeznaczony jest on do regulowania napiecia i pradu pradnic, w szczególnosci wszelkiego rodzaju pradnic pomocniczych stosowanych w pojazdach trakcyjnych.Dotychczas stosowane regulatory napiecia prad¬ nic pradu stalego reguluja prad wzbudzenia prad¬ nic w dwojaki sposób, a mianowicie poprzez perio¬ dyczne zwieranie oporu w obwodzie wzbudzenia, lub bocznikowanie tego wzbudzenia oporem, wzgle¬ dnie poprzez plynna zmiane opornosci wlaczonej w obwód wzbudzenia np. przez zmiane nacisku wywieranego na weglowy stos oporowy.Ponadto znane sa rozwiazania modelowe tranzy¬ storowych regulatorów napiecia. Wada pierwszego sposobu regulacji jest intensywne iskrzenie miedzy wibrujacymi stykami i w nastepstwie tego szybkie ich zuzywanie sie. Taki stan rzeczy zmusza uzyt¬ kowników do czestego nadzorowania i konser¬ wowania tych regulatorów dla utrzymania odpo¬ wiednich cech regulacyjnych.Przy drugim sposobie regulacji nie wystepuje wprawdzie zuzycie oporowego stosu weglowego, lecz ze wzgledu na to, ze przez stos plynie caly prad wzbudzenia, rozmiary jego, a wraz z nimi i calego regulatora sa. znaczne.W przypadku koniecznosci jednoczesnego regu¬ lowania napiecia i pradu pradnicy, konstrukcja ta¬ kiego regulatora jest w znacznym stopniu skom¬ plikowana, a rozmiary i ciezar stosunkowo duze.Obydwa typy regulatorów posiadaja wprawdzie wystarczajaca dla urzaden trakcyjnych, lecz nie¬ zbyt duza dokladnosc regulacji, zwlaszcza w sta¬ nach nieustalonych przy naglym wlaczeniu lub wylaczeniu obciazenia pradnicy. Wystepuja wów¬ czas wahania napiecia od wartosci regulowanej, majace praktyczny wplyw na prace urzadzen za¬ leznych od napiecia pradnicy.Ocena pracy regulatorów tranzystorowych nie jest obecnie mozliwa do przeprowadzenia z uwagi na brak jakichkolwiek wyników prób eksploata¬ cyjnych. Wiadomo jedyriie, ze sa one wrazliwe na przepiecia laczeniowe i musza posiadac odpowied¬ nie uklady chroniace przed tymi przepieciami. Re¬ gulator napiecia wedlug wynalazku nie posiada wszystkich wymienionych wyzej wad i niedoklad¬ nosci.Ze wzgledu na to, ze regulator ten nie posiada zadnych ruchomych elementów przerywajacych obwód elektryczny, jego czesci skladowe nie ule¬ gaja zuzyciu wskutek tarcia lub dzialania luku elektrycznego. Przy wlasciwym doborze elementów ukladu elektrycznego, gdy nie sa one przeciazane ani pod wzgledem termicznym ani napieciowym ich zywotnosc jest praktycznie nieograniczona. Regu¬ lator nie wymaga zadnych zabiegów konserwacyj¬ nych. 509213 Prostota ukladu elektrycznego oraz uzycie minia¬ turowych elementów bezstykowych powoduja, ze rozmiary i ciezar regulatora wedlug wynalazku sa kilkakrotnie mniejsze od regulatorów w dotych^ czasowym wykonaniu. Dokladnosc regulacji jest 5 taka, ze róznice napiecia na zaciskach wynosza ok. + 1%, a nagle i duze zmiany obciazenia nie powo¬ duja praktycznie zadnych wahan napiecia pradnicy.Istota wynalazku polega na impulsowym zasila¬ niu uzwojenia wzbudzenia pradnicy poprzez zala- 10 czenie i wylaczenie tyrystorów znajdujacych sie w obwodzie tej pradnicy.Schemat blokowy regulatora pokazany jest na fig. 1. Regulator sklada sie z potencjometru 1 w którym jest umieszczony czlon 2 regulujacy 15 napiecie pradnicy P w zaleznosci od czesci lub calosci jej obciazenia, diody Zenera 3, ukladu for¬ mujacego 4, ukladu tyrystorów 7, 8 i 9, kondensa¬ tora 10 oraz diody 5 do rozladowywania energii ma¬ gnetycznej uzwojenia wzbudzenia 6. Dzialanie re- 20 gulatora jest opisane ponizej.Napiecie pradnicy, na które reaguje regulator odbierane jest z potencjometru 1 przez diode Ze¬ nera 3. Z chwila gdy napiecie pradnicy przekroczy wartosc nastawiona, poprzez diode Zenera poply- 25 nie prad i spowoduje powstanie na wyjsciu ukladu » formujacego 4 impulsu wyzwalajacego tyrystor gaszacy 9. Nastepuje wówczas rozladowanie kon¬ densatora 10 w dowodzie kondensatora 10 — ty¬ rystor 9 — pradnica P — uzwojenie wzbudzenia 6. 30 Powoduje to zablokowanie tyrystora 7, oraz prze¬ plyw zanikajacego pradu w obwodzie wzbudze¬ nia 6 zwartym dioda 5.Obnizenie sie napiecia pradnicy P powoduje za¬ nik pradu w diodzie Zenera, a wskutek tego pow- 35 stanie na wyjsciu ukladu formujacego 4 impulsów odblokowujacych tyrystory 7 i 8. Powoduje to wzrost pradu w uzwojeniu wzbudzenia 6, a jedno¬ czesnie ladowanie kondensatora 10. Cykl pracy regulatora powtarza sie z czestotliwoscia zalezna 40 od stalych obwodu. W przypadku gdy potrzebna jest regulacja napiecia w zaleznosci od obciazenia pradnicy P wówczas w obwód potencjometru 1 wlacza sie dodatkowy opornik 2, przez który ply¬ nie ta czesc pradu obciazenia od której ma byc 45 uzalezniona wartosc napiecia pradnicy P. W regu¬ latorze wedlug fig. 1 tyrystor 9 moze byc zasta¬ piony opornikiem.W przypadku zastosowania tyrystorów wylacza¬ nych pradem bramki uklad regulatora upraszcza 50 sie. Schemat tej odmiany regulatora pokazany jest * na fig. 2. Uklad tego regulatora rózni sie tylko czlonem wykonawczym. Uklad, trzech tyrystorów 7, 8 i 9 oraz kondensator 10 wedlug fig. 1 jest za¬ stapiony jednym tyrystorem 7, zalaczanym i wyla¬ czanym pradem bramki, którego impulsy wysyla czlon formujacy 4. Dzialanie regulatora wedlug fig. 2 jest takie ze: uklad elementów 1, 2, 3 i 4 dzia¬ la podobnie jak w przykladzie wedlug fig. 1. Wzrost napiecia pradnicy powoduje powstanie na wyjsciu ukladu formujacego 4 impulsu wylaczajacego ty¬ rystor 7, a obnizenie sie napiecia pradnicy powo¬ duje (powstanie impulsu zalaczajacego tyrystor 7.Wspólpraca ukladu -7- uzwojenie wzbudzenia 6 i dioda rozladowujaca 5 jest analogiczna do ukladu opisanego w przykladzie wedlug fig. 1. PLPublished; 30.IV.1966 50921 IC. 21 c, 52 MK P H02p 91 ^ 0 UKD LIBRARY T 'JUruKlu Patentowego Contributors of the invention: mgr in. Jacek Kowalski, mgr inz. Zygmunt Gizinski, mgr inz. Janusz Czapla Patent owner: Electrotechnical Institute, Warsaw (Poland) Thyristor voltage regulator for The subject of the invention is a thyristor DC voltage regulator with automatic voltage regulation depending on the load current. It is designed to regulate the voltage and current of the generator, in particular all kinds of auxiliary generators used in traction vehicles. DC voltages regulate the excitation current of the generator in two ways, namely by periodically closing the resistance in the excitation circuit, or by shunting this excitation with resistance, or relatively by smoothly changing the resistance incorporated in the excitation circuit, e.g. by changing the pressure There are also known model solutions of transistors voltage regulators. The disadvantage of the first method of regulation is the intense sparking between the vibrating contacts and, consequently, their quick wear. This state of affairs forces users to frequently monitor and maintain these regulators in order to maintain the appropriate regulatory characteristics. In the second mode of regulation, there is no wear of the resistance carbon stack, but because the entire excitation current flows through the stack, its dimensions, and with them, and the whole regulator are. If it is necessary to simultaneously regulate the voltage and current of the generator, the structure of such a regulator is complicated to a large extent, and its size and weight are relatively large. Both types of regulators are admittedly sufficient for traction devices, but not too much accurate regulation, especially in transient states with a sudden on or off of the generator load. Then there are voltage fluctuations from the regulated value, which have a practical impact on the operation of devices dependent on the voltage of the alternator. The evaluation of the operation of transistor regulators is currently not possible to carry out due to the lack of any results of operational tests. It is only known that they are sensitive to switching overvoltages and must have appropriate protection systems against these overvoltages. The voltage regulator according to the invention does not have all of the above-mentioned drawbacks and inaccuracies. Due to the fact that this regulator does not have any moving parts breaking the electric circuit, its components are not subject to wear due to friction or the action of an electric arc. With the correct selection of the elements of the electrical system, when they are not overloaded either in thermal or voltage terms, their lifetime is practically unlimited. The regulator does not require any maintenance. 509213 The simplicity of the electrical system and the use of miniature contactless elements cause the size and weight of the regulator according to the invention to be several times smaller than the regulators in the previous version. The accuracy of the regulation is such that the voltage differences at the terminals amount to approx. + 1%, and suddenly large changes in the load do not cause practically any fluctuations in the generator voltage. The essence of the invention consists in the impulse supply of the generator's excitation winding by applying and switching off the thyristors located in the circuit of this generator. The block diagram of the regulator is shown in Fig. 1. The regulator consists of a potentiometer 1 in which there is a member 2 regulating the voltage of the generator P depending on a part or the whole of its load, Zener diode 3, the forming system 4, the thyristor systems 7, 8 and 9, the capacitor 10 and the diode 5 for discharging the magnetic energy of the excitation winding 6. The operation of the regulator is described below. The generator voltage to which the regulator responds is received from potentiometer 1 through the Zener diode 3. As soon as the generator voltage exceeds the set value, a current will flow through the Zener diode and cause an output The circuit 4 forming the impulse 4 that triggers the quenching thyristor 9. Then, the capacitor 10 is discharged in the capacitor 10 proof - thyristor 9 - generator P - excitation winding 6. 30 This causes the blockage of thyristor 7 and the flow of the decaying current in the circuit excitation 6 with a shorted diode 5. Reduction of the voltage of the generator P causes a loss of current in the Zener diode, and as a result, at the output of the circuit forming 4 pulses unlocking thyristors 7 and 8. This causes an increase in the current in the field winding 6, and simultaneous charging of the capacitor 10. The cycle of the regulator's operation is repeated with a frequency depending on the constants of the circuit. When voltage regulation is needed depending on the load of the generator P, then an additional resistor 2 is connected to the circuit of the potentiometer 1, through which the part of the load current flows from which the value of the voltage of the generator P is to be dependent on. The thyristor 9 may be replaced by a resistor. In the case of using thyristors which are switched off by the gate current, the regulator circuit is simplified. The diagram of this type of regulator is shown * in Fig. 2. The layout of this regulator differs only in the actuator. The circuit of three thyristors 7, 8 and 9 and the capacitor 10 according to Fig. 1 is replaced by one thyristor 7, switched on and off by the gate current, the pulses of which are sent by the forming member 4. The operation of the regulator according to Fig. 2 is as follows: of elements 1, 2, 3 and 4 work similarly to the example shown in Fig. 1. Increase in the voltage of the generator causes an impulse at the output of the forming system 4 to switch off the thyristor 7, and the lowering of the voltage of the generator causes 7. The cooperation of the circuit -7- excitation winding 6 and discharge diode 5 is analogous to the circuit described in the example according to Fig. 1. EN