Автоматическая регулировка напряжения в генераторе. Реле-регулятор напряжения генератора: схема, принцип действия

Генераторные установки

Генераторная установка тока состоит из генератора и реле-регулятора.

Электрический генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор является основным источником энергии, идущей на питание всех потребителей электрической энергии и зарядку аккумуляторной батареи при работе двигателя при средней и большой частоте вращения коленчатого вала.

На автомобилях и тракторах преимущественно устанавливают генераторы переменного тока напряжением или 24В мощностью от 150 до 3500 Вт.

Генераторы постоянного тока долгое время были одним из основных источников электрической энергии на автомобилях и тракторах. С увеличением мощности потребителей электрической энергии размеры и масса генераторов постоянного тока настолько возросли, что размещать их на двигателях стало затруднительно, а повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивало износ коллектора и щеток. Поэтому вместо генераторов постоянного тока выпускают генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно больше.

Особое значение генератор переменного тока приобретает при установке его на тракторах, которые работают в запыленной воздушной среде и подвергаются воздействию атмосферных осадков и сильной вибрации. С учетом специфики работы тракторные генераторы выпускаются в закрытом влагостойком исполнении с одноразовой смазкой на весь срок работы.

Генераторы переменного тока бывают с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Генераторы с возбуждением от постоянного магнита маломощны и имеют ограниченное применение на тракторах, где единственным потребителем электроэнергии являются осветительные приборы. Большинство генераторов, применяемых в настоящее время, имеют электромагнитное возбуждение.

Генераторная установка переменного тока состоит из генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора.

Генератор представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину, которая состоит из статора, ротора, передней и задней крышек, вентилятора и приводного шкива.

Статор собран из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности статора имеется равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной обмотки. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Фазовые обмотки статора соединены звездой, т. е. начала обмоток соединены вместе, а их концы присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор состоит из двух клювообразных шестиполюсных стальных наконечников и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, которые жестко закреплены на валу 5. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам, напрессованным на изоляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых подшипниках, помещенных в передней и задней крышках. Внутри задней крышки расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель со щетками и пружинами. На конце вала закреплен приводной шкив и вентилятор для обдува и охлаждения генератора. Приводной шкив может иметь разный диаметр, чем достигается унификация генераторов для различных типов автомобилей и тракторов.

При включенном зажигании ток из аккумуляторной батареи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюсы, индуктируя в обмотках статора переменную по величине и направлению ЭДС . Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, с помощью которого он преобразуется в постоянный и направляется к потребителям и на зарядку аккумуляторной батареи.

Таким образом, разница в работе генераторов постоянного и переменного тока заключается в том, что в генераторе постоянного тока магнитный поток обмотки возбуждения в пространстве неподвижен, а в генераторе переменного тока он вращается.

Для тракторных генераторов переменного тока применяются полупроводниковые выпрямители - селеновые и кремниевые. Селеновые выпрямители чувствительны к перегреву и имеют сравнительно большие размеры. Кремниевые выпрямители обладают высокой теплостойкостью, долговечны и малы по размерам, поэтому и получили широкое распространение.

Кремниевый выпрямитель состоит из шести кремниевых диодов, включенных по трехфазной мостовой схеме в общую электрическую схему трехфазного генератора переменного тока. Три диода прямой полярности установлены на специальной панели, имеющей хорошее охлаждение, а три обратной полярности крепятся к крышке генератора. Каждая фаза обмотки стартера соединена с двумя диодами разной полярности.

Диоды соединены с контактными пластинами и и с зажимами, к которым подключаются фазы обмотки статора. Контактные пластины и вместе с секциями блока диодов смонтированы на пластмассовой колодке, которая болтами и крепится к крышке генератора.

С увеличением мощности генератора растет и ток его возбуждения, цепь которого должна разрываться контактами регулятора напряжения. Возникающее при этом искрение вызывает подгорание и износ контактов, что приводит к уменьшению напряжения и мощности генератора. Недостатки вибрационных регуляторов особенно выявляются при работе с генераторами переменного тока, где ток возбуждения значительно больше, чем у генератора постоянного тока.

Рис. 1. Генератор переменного тока

Рис. 2. Схема контактно-транзисторного реле-регулятора: РН - регулятор напряжения; РЗ - реле защиты; ПО - последовательная обмотка; ВО - встречная обмотка; УО - удерживающая обмотка; Др - разделительный диод; Дг - гасящий диод; Дз - запирающий диод; Э. Б, К - эмиттер, база, коллектор транзистора; ВЗ, Ш, М - зажимы реле-регулятора; ОВ - обмотка возбуждения генератора; ОС - обмотка статора генератора; КД - кремниевые диоды генератора; ВБ - выключатель батареи; Рб - сопротивление в цепи базы транзистора; Рд - добавочное сопротивление; Р у - ускоряющее сопротивление; Ртк - сопротивление температурной компенсации

С целью устранения отмеченных недостатков разработаны контактно-транзисторные и бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения, работающие с генераторами переменного тока.

Наиболее распространенным контактно-транзисторным регулятором является реле-регулятор РР-362, в котором роль контактов, разрывающих цепь тока возбуждения, выполняет транзистор, а контакты регулятора напряжения только управляют работой.

На панели, изолир ованной от массы, размещены регулятор напряжения РН и реле РЗ, обеспечивающее защиту транзисторов от перегрузки током в случае короткого замыкания в обмотке возбуждения генератора.

Регулятор напряжения состоит из сердечника с одной обмоткой и контактов. Термокомпенсация РН осуществляется с помощью резистора RTh и термобиметаллической пластины ТБП .

Реле защиты состоит из сердечника и трех обмоток: последовательной ПО, вспомогательной ВО, удерживающей УО и одной пары контактов, разомкнутых в нерабочем состоянии. Обмотка ПО реле защиты включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора.

В цепь возбуждения генератора включены транзистор, запирающий диод Д3 и гасящий диод ДГ. Транзистор является усилителем и служит для управления током возбуждения генератора совместно с регулятором напряжения. Установленный в схеме диод Др размыкает цепь контактов РН и РЗ; диод Дг замыкает ток самоиндукции в обмотках реле; диод Д3 не пропускает ток самоиндукции в цепь.

При неработающем двигателе в момент включения цепи зажигания контакты реле РН и РЗ разомкнуты и ток в обмотку возбуждения генератора поступает через транзистор, вызывая намагничивание ротора, в результате чего напряжение генератора повышается до рабочего, даже в том случае, если коленчатый вал двигателя будет вращаться с малой частотой.

При увеличении напряжения генератора до 13-15 В сердечник регулятора напряжения притянет якорек и контакты РН замкнутся, что вызывает быстрое запирание транзистора. В этот момент в цепь обмотки возбуждения генератора включаются добавочное и ускоряющее сопротивления, понижая напряжение генератора до номинального.

При падении напряжения генератора произойдет размыкание контактов РН и отпирание транзистора, что вызовет повышение напряжения генератора.

Если ток в цепи обмотки возбуждения генератора превысит установленную величину, то обмотка ВО реле защиты закорачивается и ее магнитный поток исчезает. В это же время магнитный поток обмотки ПО увеличится, сердечник реле защиты притянет якорь и контакты РЗ разомкнутся. При этом транзистор запирается, разрывая цепь тока, в которой произошло короткое замыкание. Одновременно через замкнутые контакты реле защиты получает питание обмотка У О, которая и обеспечивает удержание контактов замкнутыми до устранения короткого замыкания.

В дальнейшем реле-регулятор может работать только после устранения короткого замыкания и последующего включения выключателя зажигания.

На некоторых автомобилях КамАЗ-5320, ЗИЛ -130 и других применяются бесконтактно-транзисторные реле-регуляторы, которые не имеют контактов, поэтому они более надежны в работе.

По принципу действия и устройству генераторы бывают постоянного и переменного тока.

Генераторы постоянного тока долгое время были одним из основных источников электрической энергии на автомобилях и автобусах. С увеличением мощности потребителей электрической энергии размеры и массы генераторов постоянного тока настолько возрасли, что размещать их на двигателях стало трудно, а повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивало износ коллектора и щеток. Поэтому вместо генераторов постоянного тока стали выпускать генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно увеличены. На режиме холостого хода двигателя генераторы переменного тока развивают до 40% номинальной мощности, что обеспечивает лучшие по сравнению с генераторами постоянного тока условия зарядки аккумуляторных батарей и, как следствие, повышение из срока службы.

Генераторы переменного тока бывают с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Генераторы с возбуждением от постоянных магнитов маломощны и имеют ограниченное применение. Большинство генераторов, применяемых в настоящее время, имеют электромагнитное возбуждение. Генераторы переменного тока различных типов имеют незначительные конструктивные отличия между собой.

Генераторная установка переменного тока состоит из генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора или регулятора напряжения.

Генераторы типов Г250 (устанавливаются на автомобилях семейства ГАЗ и ЗИЛ ), Г266 (устанавливаются на автобусе ПАЗ -672) и Г271 (устанавливаются на автомобилях семейства МАЗ , КамАЗ) имеют одинаковую конструктивную схему и представляют собой трехфазную синхронную электрическую машину, состоящую из статора, ротора, передней и задней крышек, вентилятора и приводного шкива.

Статор собран из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности статора имеется равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной обмотки. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Фазовые обмотки статора соединены звездой, т. е. начало обмоток соединено вместе, а их концы присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор состоит из двух клювообразных стальных наконечников и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, которые жестко закреплены на его валу. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам, напрессованным на изоляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых подшипниках, помещенных в передней и задней крышках.

Внутри задней крышки расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель со щетками и пружинами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив и вентилятор для обдува и охлаждения генератора.

При включенном зажигании ток из аккумуляторной батареи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюсы, индуктируя в обмотках статора переменную по величине и направлению э.д.с. Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, при помощи которого он преобразуется в постоянный, и направляется к потребителям и на подзарядку аккумуляторной батареи.

Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения максимальной силы тока при увеличении числа подключенных потребителей и возрастании частоты вращения ротора. Это обусловлено следующими причинами. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки статора, что приводит к усилению магнитного поля статора.

Рис. 3. Генератор переменного тока: а - устройство; б - электрическая схема

Рис. 4. Схема бесконтактно-транзисторного реле-регулятора РР350-А: а - общий вид; б - электрическая схема

Магнитное поле статора направлено против магнитного поля ротора, поэтому суммарный магнитный поток уменьшается. Благодаря этому в катушках статора наводится меньшая э.д.с., и максимальная сила тока, отдаваемая генератором, ограничивается.

При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота переменного тока в обмотке статора. В результате этого возрастает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также приводит к ограничению максимальной силы тока, отдаваемого генератором.

Для автомобильных генераторов переменного тока применяют полупроводниковые выпрямители - селеновые, германиевые и кремниевые. Селеновые выпрямители чувствительны к перегреву и имеют сравнительно большие размеры. Кремниевые выпрямители обладают высокой теплостойкостью, долговечны и малы по размерам, поэтому и получили широкое распространение.

Кремниевый выпрямитель состоит из блока кремниевых диодов (трех прямой полярности и трех обратной), включенных по трехфазной мостовой схеме в общую электрическую схему трехфазного генератора переменного тока.

Каждая фаза обмотки статора соединена с двумя диодами разной полярности.

Диоды соединены с контактными пластинами и с зажимами, к которым подключаются фазы обмотки статора. Контактные пластины вместе с секциями блока диодов смонтированы на пластмассовой колодке, которая болтами крепится к крышке генератора.

Генераторы серии Г250 отличаются друг от друга шкивами и имеют большое число модификаций.

Генераторы серий Г284 и Г286 отличаются от генераторов Г250 габаритными размерами,соединением обмоток статора и другими особенностями.

Свойство полупроводниковых выпрямителей пропускать ток только в одном направлении позволяет отказаться от реле обратного тока. Это значительно упрощает конструкцию и снижает стоимость реле-регулятора.

С увеличением мощности генератора растет и ток его возбуждения, цепь которого должна разрываться контактами реле-регулятора. Возникающее при этом искрение вызывает подгорание и износ контактов, что приводит к уменьшению напряжения и мощности генератора. В автомобилях применяются конта-ктно-транзисторные и бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения, работающие с генераторами переменного тока.

Наиболее распространенными бесконтактными транзисторными регуляторами являются реле-регуляторы РР350-А.

Реле-регулятор РР350-А выполнен на трех германиевых транзисторах и работает с генераторами Г250-В2 и Г250-И, рассчитанными на номинальное напряжение 12 В.

При напряжении генератора меньше 13,9-14,6 В стабилитрон Д1 закрыт, в результате чего транзистор Т1 тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т2 и ТЗ проходит ток базы транзистора ТЗ и ток обмотки возбуждения генератора, который не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора.

С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает 13,9-14,6 В, стабилитрон Д1 пробивается, транзистор открывается, а транзисторы Т2 и ТЗ закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения генератора поступает только через добавочный резистор R8, и, естественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д1. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор ТЗ.

Напряжение генератора начнет возрастать до следующего открытия стабилитрона Д1.

Таким образом, напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).

Остальные элементы в схеме реле-регулятора выполняют различные вспомогательные функции, необходимые для обеспечения четкости и надежности работы прибора.

Принцип действия бесконтакт-но-транзисторного реле-регулятора РР356 аналогичен описанному.

Принцип работы этих регуляторов аналогичен работе регулятора РР350-А. При напряжении на клеммах генератора меньше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения.

Если напряжение превышает предельное значение, то транзистор за пирается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения гене ратора.

Этот процесс обычно происходит с большой частотой и практически напряжение генератора остается постоянным.

Интегральный регулятор напряжения Я112А работает следующим образом. Когда напряжение генератора ниже заданной величины, стабилитрон Д1 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизации. При этом транзистор Т1 закрыт, и ток идет по цепи: « f » аккумуляторной батареи - амперметр А - выключатель ВЗ - резистор R5 - диод Д2 - резистор R6 «-» аккумуляторной батареи. При этом база составного транзистора Т2 - ТЗ оказывается под положительным потенциалом и в цепи база-эмиттер транзистора Т2 и ба-за-эмиттер транзистора ТЗ проходит ток, открывая составной транзистор Т2 - ТЗ и соединяя цепь обмотки возбуждения генератора с минусом аккумуляторной батареи.

Цепь тока обмотки возбуждения:
« + » аккумуляторной батареи-амперметр А - выключатель ВЗ - зажим В регулятора - обмотка возбуждения ОВ генератора - зажим

Ш регулятора - переход коллек-тор-эмиттер составного транзистора Т2 - ТЗ - « - » аккумуляторной батареи.

Когда напряжение генератора достигает заданного значения (13-15,5 В), происходит «пробой» (т. е. резкое снижение сопротивления) стабилитрона Д1, и через резистор R1, стабилитрон Д1 и переход база-эмиттер транзистора 77 начинает проходить ток управления. Транзистор 77 открывается. Так как транзистор 77 включен параллельно цепи, состоящей из диода Д2 и резистора R6, при очень малом сопротивлении перехода коллектор-эмиттер открытого транзистора 77 сила тока в цепи диода Д2 и резистора R6 резко падает и поэтому отрицательные потенциалы базы и эмиттера составного транзистора Т2 - ТЗ сказываются равными, и составной транзистор Т2-ТЗ закрывается. При этом цепь обмотки возбуждения прерывается, что приводит к снижению напряжения генератора. Напряжение на стабилитроне также уменьшается, сопротивление стабилитрона возрастает, ток через него не проходит, и транзистор Т1 закрывается, а составной транзистор Т2- ТЗ открывается. Цепь обратной связи, состоящая из конденсатора С1 и резистора R4, ускоряет открытие и закрытие транзисторов. Когда составной транзистор Т2- ТЗ закрывается, положительный потенциал его коллектора повышается и по цепи обратной связи R4- С1 и переходу база-эмиттер транзистора 77, а также через резистор R3 действует импульс тока, способствующий более быстрому открыванию транзистора 77, что ускоряет закрытие составного транзистора Т2- ТЗ.

Конденсатор С1 при этом заряжается. Когда составной транзистор Т2-ТЗ открывается, конденсатор С/ разряжается и ток идет по цепи: конденсатор С1 - резистор R4 - коллектор-эмиттер составного транзистора Т2-ТЗ - резистор R3- эмиттер-база транзистора Т1- конденсатор С1, что способствует более быстрому закрыванию транзистора Т1, а следовательно, открыванию составного транзистора Т2- ТЗ.

При запирании составного транзистора Т2- ТЗ прерывается ток в цепи обмотки возбуждения генератора и в обмотке индуктируется э.д.с. самоиндукции. Под действием этой э.д.с. создается ток самоиндукции, который проходит через гасящий диод ДЗ, тем самым предотвращая пробой транзисторов Т2 и ТЗ.

Конденсатор С2 выполняет роль фильтра.

Рис. 5. Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112А

Интегральный регулятор напряжения - изделие неразборное и нере-монтируемое. Напряжение регулятора регулируют на заводе-изготови-теле.

При эксплуатации автомобильных генераторов с интегральными регуляторами напряжения запрещается: работа генераторной установки при отключенной аккумуляторной батарее; пуск двигателя при отключенном плюсовом проводе генератора; проверка исправности генераторной установки на «искру» замыканием любых зажимов генератора и щеткодержателя; соединение зажима Ш с зажимами « + » и В генератора (это ведет к мгновенному отказу в работе регулятора); проверка исправности схемы электрооборудования с номинальным напряжением 12В от источника тока с напряжением выше 18 В, а для схем с напряжением 24В выше 36В.

В настоящее время предъявляются более жесткие требования к системе электропитания: увеличение Мощности генераторных установок без существенного увеличения их габаритов, снижение начальной частоты вращения ротора генератора, при которой он начинает заряжать аккумуляторную батарею, повышение ресурса генераторов. Их выполнение возможно лишь при замене генераторов постоянного тока, генераторами переменного тока. Массовое внедрение последних началось после разработки встроенного в генератор выпрямительного блока и применения электронных систем регулирования, позволяющих увеличить ток возбуждения и, следовательно, “снизить начальную частоту вращения ротора, при которой генератор начинает питать потребители. Наличие кремниевых выпрямительных блоков, исключающих разряд аккумуляторной батареи на статорную обмотку генератора, позволило, исключить реле обратного тока. В регулирующих системах самоограничивающаяся по току характеристика генераторов переменного тока делает ненужным ограничитель тока, поэтому регулирующие устройства таких генераторов содержат в большинстве случаев лишь регулятор напряжения.

Выпрямительные блоки генераторов переменного тока. Кремниевые выпрямительные блоки генераторов переменного тока - одни из первых электронных элементов, нашедших применение в электрооборудовании автомобиля. Наибольшее распространение получили конструкции генераторов с электромагнитным возбуждением и трехфазной обмоткой статора, соединенной в звезду и подключенной к выпрямителю напряжения. В выпрямительном блоке кремниевые диоды соединены по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямления (рис. 1, а). Диоды V1, V2, V3 образуют анодную группу. Их аноды соединены с корпусом генератора. Диоды V4, V5, V6 образуют катодную группу, их катоды соединены с положительной клеммой генератора. При вращении ротора генератора на концах обмоток статора создаются напряжения, которые изменяются во времени почти по синусоидальному закону. При этом диоды пропускают ток в нагрузку при положительной полуволне напряжения, а диады - при полуволне отрицательной полярности. Из рис. 6 видно, что при / = 0 напряжение первой фазы равно нулю, второй - отрицательно, а третьей - положительно. В этом случае диод пропускает положительную полуволну третьей фазы, а диод - отрицательную полуволну второй фазы (путь тока показан сплошными стрелками). Напряжение на нагрузке в данный момент определяется геометрической разностью напряжений второй и третьей фаз. Через четверть периода напряжение первой фазы будет положительным и достигнет максимума, а напряжения второй и третьей фаз будут отрицательными. В этот момент диод V5 пропускает положительную полуволну первой фазы, а диоды VI и V3- отрицательные полуволны третьей и второй фаз. Путь тока показан пунктирными стрелками. Напряжение на нагрузке будет равно геометрической разности всех трех фаз. В последующем описанные процессы повторяются и выпрямленное напряжение в сети колеблется с частотой в 6 раз большей, чем частота изменения электродвижущей силы (э.д. е.), индуктируемой в обмотках.

Рис. 6. Схема выпрямления: а - схема соединения обмотки статора с выпрямителем и нагрузкой. б - кривые изменения фазных напряжений; в - порядок построения выпрямленного напряжения

В качестве выпрямительных устройств в генераторах переменного тока применяются выпрямительные блоки типов ВБГ или БПВ . Выпрямительный блок типа ВБГ -1 состоит из трех отдельных моноблоков, каждый из которых представляет собой алюминиевую отливку с охлаждающими ребрами, внутри которой размещены два последовательно соединенных диода. Каждый моноблок имеет три вывода. Выводной зажим от средней точки между диодами соединен с фазными выводами статора, а два других зажима -с контактными пластинами отрицательной и положительной полярности.

Выпрямительный блок типа БПВ собран из шести или двенадцати кремниевых вентилей типа ВА-20 (20А, 150В), запрессованных в теплоотводы положительной и отрицательной полярности.

Выпрямительный блок устанавливается в крышке генератора со стороны контактных колец.

Электронные регуляторы напряжения. Конструкция электронных регуляторов напряжения включает в себя измерительное устройство (рис. 3), усилительные элементы и исполнительный элемент.

Нагрузкой исполнительного элемента служит обмотка возбуждения генератора. Измерительное устройство предназначено для выработки сигнала рассогласования. В нем происходит сравнение регулируемого напряжения генератора Ur с заданной величиной опорного напряжения Uоп, которое определяется номинальным напряжением бортовой сети автомобиля. Когда напряжение генератора превышает опорное, подается сигнал рассогласования, который усиливается и воздействует на исполнительный элемент, а через него - на объект регулирования (генератор), изменяя ток обмотки возбуждения fB. От стабильности характеристик измерительного устройства и его чувствительности зависит точность регулирования напряжения.

Рис. 7. Выпрямительные блоки: a - ВБГ -1; б - БПВ

Рис. 3. Структурная схема электронного регулятора напряжения

Из электронных регуляторов в настоящее время наибольшее применение нашли транзисторные бесконтактные регуляторы.

Измерительное устройство бесконтактного регулятора напряжения выполняется на стабилитроне (опорном диоде). Замечательное свойство стабилитрона заключается в том, что при определенном обратном напряжении (напряжении пробоя) происходит резкое увеличение тока без изменения величины напряжения, причем напряжение на стабилитроне не меняется при изменении тока в большом диапазоне. С опорным напряжением, называемым напряжением стабилизации, в измерительном устройстве сравнивается напряжение генератора.

Измерительное устройство состоит из последовательно соединенных стабилитрона V и резистора R. При достижении входным напряжением некоторого значения Uоп, зависящего от величины напряжения стабилизации UCT и сопротивления R, происходит пробой стабилитрона, после чего напряжение на нем остается постоянным.

Данная схема применима, если в качестве усилительного элемента используется транзистор типа р-п-р. В случае использования транзистора типа п-р-п стабилитрон и резистор меняются местами.

Измерительное устройство, собранное по приведенной схеме, обеспечивает подачу сигнала рассогласования URmx при напряжении UBX , близком к величине напряжения стабилизации стабилитрона Uy В практических схемах для настройки измерительного устройства на требуемое напряжение UBX применяется делитель напряжения. Наличие делителя напряжения на входе измерительного устройства позволяет установить любое требуемое напряжение регулирования. Иногда сопротивление R2 состоит из двух резисторов, переключением которых изменяется напряжение регулирования (при переходе с летнего периода эксплуатации электрооборудования на зимний и наоборот). Если вместо резистора R2 в делителе установить потенциометр, то можно плавно изменять величину напряжения регулирования.

Измерительное уст ройство на стабилитрон не может быть использовано в качестве регулятора напряжения по двум причинам.

Во-первых, рабочий ток стабилитрона значительно меньше тока обмотки возбуждения генератора, и, во-вторых, он не обеспечивает требуемое фазирование работы измерительного устройства и тока в обмотке возбуждения (ток в обмотке возбуждения должен быть максимальным, когда напряжение генератора меньше номинального, а стабилитрон начинает проводить ток при достижении генератором номинального напряжения, т. е. ток возбуждения и ток стабилитрона находится в противофазе). Поэтому исполнительный элемент (транзистор) должен работать в противофазе. с измерительным устройством и синфазно с током возбуждения. Для обеспечения требуемого фазирования между исполнительным элементом и измерительным устройством требуется по крайней мере еще один каскад усиления для инвертирования (переворачивания) фазы и усиления сигнала рассогласования, в связи с чем регулятор напряжения имеет, как минимум, два каскада на транзисторах.

Кроме того, практические схемы электронных регуляторов напряжения содержат элементы защиты исполнительного транзистора от перенапряжения и превышения силы тока возбуждения, элементы, обратной связи для ускорения переходных процессов.

Рис. 8. Измерительное устройство регулятора напряжения: а - схема принципиальная электрическая; б - график зависимости напряжения на элементах схемы от входного напряжения

Рис. 9. Схема электрическая принципиальная простейшего бесконтактного регулятора напряжения: 1 - измерительное устройство; II - каскад усиления i: инвертирования фазы; III - регулирующий (исполнительный) каскад

Простейший бесконтактный регулятор напряжения работает следующим образом. При напряжении генератора Ur, меньшем опорного Uon, стабилитрон измерительного устройства не пробит, его сопротивление велико (несколько сот килоом) и ток базы транзистора (ток управления) мал, транзистор закрыт. На базе транзистора резистором создается положительный потенциал, поэтому транзистор открыт. Через открытый транзистор по обмотке возбуждения генератора протекает ток. Цепь тока возбуждения: « + » источника питания, обмотка возбуждения О В, коллектор-эмиттер транзистора V3, корпус, «-» источника питания.

При напряжении стабилитрон пробивается, транзистор переходит в состояние насыщения (напряжение на переходе эмиттер-коллектор приблизительно равно нулю) и шунтирует переход база -эмиттер транзистора. Транзистор закрывается, ток через обмотку возбуждения не протекает. Напряжение генератора начинает уменьшаться и при определенном его значении стабилитрон возвращается в первоначальное состояние. Весь описанный процесс повторяется. Диод V4 уменьшает обратное напряжение на транзисторе при его закрытии, т. е. защищает транзистор от э.д. с. самоиндукции.

Измерительное устройство регулятора напряжения РР350* (рис. 6) состоит из входного делителя напряжения R1, R2, R6, R7, R10, дросселя, стабилитрона, резистора. Усилительные элементы регулятора включают в себя два каскада усиления на транзисторах. Транзистор является исполнительным элементом, к0торый изменяет ток в обмотке возбуждения генератора.

Если выпрямленное напряжение генератора, приложенное к входному делителю, меньше величины, на которую настроен регулятор напряжения, то стабилитрон VI ток не’ проводит. Следовательно, транзистор V2 закрыт, а транзисторы V4 и V5 открыты. По цепи: « + » генератора, выключатель S1, диод V6, транзистор V5, клемма Ш, обмотка возбуждения, «-» генератора протекает ток возбуждения. При неработающем генераторе по этой же цепи питается обмотка возбуждения от батареи. В этом режиме напряжение генератора изменяется пропорционально частоте вращения ротора. При возрастании частоты вращения ротора, как только выпрямленное напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон VI пробивается и транзистор V2 открывается. Сопротивление транзистора V2 становится минимальным и шунтирует переход эмиттер-база транзистора V4. Транзистор V4 закрывается. Эмиттерный ток транзистора V4 является базовым током транзистора V5, т. е. эти транзисторы работают синхронно, представляя собой составной транзистор. При запирании транзистора V4 закрывается и транзистор V5. Ток возбуждения и величина выпрямленного напряжения начинают падать.

Рис. 10. Схема электрическая принципиальная генераторной установки с регулятором напряжения РР350

Таким образом, при работе регулятор находится в одном из двух состояний: транзис.тор V5 открыт и через него протекает ток возбуждения генератора, или он закрыт и ток возбуждения уменьшается. С определенной частотой схема переключается из одного состояния в другое и устанавливается такой ток возбуждения генератора, при котором среднее значение регулируемого напряжения поддерживается на заданном уровне.

Для повышения частоты переключения и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R8. При повышении входного напряжения, когда транзистор V2 начинает отпираться, а транзистор V4 запираться, ток, проходящий по резистору R8 и дросселю L, уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на дросселе L. В этом случае падение напряжения на стабилитроне VI увеличивается, вызывая возрастание базового тока транзистора V2 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует более быстрому запиранию транзистора.

Для активного запирания выходного транзистора V5 и надежной работы его при повышенной температуре в эмиттерную цепь транзистора V5 включен диод V.6. Падение напряжения на диоде V6 регулируется с помощью резистора R5, который создает его ток смещения.

Диод V3 служит для улучшения запирания транзистора V4 при открытом транзисторе V2, благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде, поскольку напряжение между коллектором и эмиттером транзистора V2 (несколько десятых долей вольта при его насыщении) делится между диодом. V3 и переходом эмиттер - база транзистора V4.

Для фильтрации входного напряжения (сглаживания пульсации) в схеме применен дроссель L. Терморезистор R6 предназначен для компенсации изменения падения напряжения на переходе эмит-fep - база транзистора V2 и стабилитрона VI от температуры окружающей среды. Этим поддерживается постоянство уровня регулируемого напряжения при изменении температуры.

Недостатком регулятора РР350 является относительно низкая надежность выходных каскадов, выполненных на германиевых транзисторах, при перенапряжениях н работе в условиях повышенной температуры.

Применение кремниевых полупроводниковых приборов допускает работу регулятора при больших напряжениях и в условиях более высоких температур окружающей среды, что позволяет также уменьшить размеры теплоотводов и всего регулятора.

Регуляторы, выполненные на кремниевых транзисторах, выпускаются на напряжение 14 В (РР132) и 28 В (РР356).

Рис. 11. Схема электрическая принципиальная генераторной установки переменного тока генератора Г272 с реле-регулятором РР356

Регулятор напряжения РР356 предназначен для работы с генераторами типа Г272, которые отличаются от других генераторов тем, что у них оба конца обмотки возбуждения изолированы от корпуса: один конец соединяется через выключатель с плюсом источника питания, а второй - через транзистор регулятора с минусом источника.

Регулятор РР356 работает следующим образом. Когда напряжение генератора меньше 28,4±0,8В, стабилитрон V6 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизации (в качестве стабилитрона V6 используются включенные последовательно два стабилитрона типа Д818Б). При этом транзистор V5 закрыт. По цепи, которую составляют резистор R1, диоды V3, V4 и резистор R2, протекает ток, который создает положительное смещение на базе транзистора V2. Он открывается, соединяя обмотку возбуждения с минусом источника питания. По обмотке возбуждения проходит ток. Цепь тока возбуждения: « + » источника питания, выключатель S1, клемма Ш генератора, обмотка возбуждения (ОВ), клеммы Ш генератора и реле-регулятора, коллектор - эмиттер транзистора V2, корпус, «-» источника питания. Напряжение генератора в этом режиме изменяется пропорционально частоте вращения ротора генератора. Когда напряжение генератора достигает определенного уровня, происходит пробой стабилитрона V6, его сопротивление резко уменьшается, появляется базовый ток транзистора V5, и он открывается. Так как сопротивление открытого транзистора V2 мало, он шунтирует переход эмиттер -база транзистора V5, который закрывается. При закрытом транзисторе V2 ток возбуждения генератора прерывается. Это вызывает резкое уменьшение магнитного потока генератора, а, следовательно, и снижение напряжения генератора. Напряжение будет уменьшаться до тех пор, пока стабилитрон V6 не восстановит своего первоначального состояния. Далее описанные процессы будут периодически повторяться.

Особенностью регулятора напряжения РР356 является применение в нем стабилитронов с отрицательным температурным коэффициентом стабилизации. Напряжение стабилизации такого стабилитрона при нагреве несколько снижается. При этом несмотря на увеличение активного сопротивления дросселя L напряжение генератора не только не повышается, а даже несколько снижается.

Небольшое снижение напряжения генератора необходимо для предотвращения перезаряда аккумуляторной батареи при повышении температуры электролита.

Функции дросселя L, включенного в верхнее плечо делителя напряжения, и резистора обратной связи R3 аналогичны функциям соответствующих элементов регулятора РР350.

Диоды V3, V4 обеспечивают надежное закрытие транзистора V2 и делают схему регулятора менее чувствительной к разбросу параметров выходных транзисторов, уменьшая тем самым объем регулировочных работ при ремонте регулятора. Диод VI шунтирует э. д. с. самоиндукции, возникающую в обмотке возбуждения генератора при коммутации в ней тока, защищая тем самым транзистор V2 от перенапряжений.

Резистор R7 является подстроенным и служит для регулировки уровня напряжения: для снижения уровня регулируемого напряжения его сопротивление увеличивают, а для повышения уровня уменьшают.

Регулятор напряжения РР132 имеет аналогичную принципиальную схему. Он работает с генераторами типа Г250П1 и Г287. Измерительное устройство регулятора имеет не два стабилитрона, включенных последовательно, а один, так как его напряжение регулирования в два раза меньше. Изменены также номинальные значения некоторых резисторов.

Рис. 8. Схема электрическая принципиальная генераторной установки с интегральными регуляторами напряжения Я112 (а) и Я120 (б)

В интегральных регуляторах напряжения Я112 и Я120 резисторы и некоторые соединения выполнены на керамической подложке методом толстопленочной технологии. Выходной транзистор бескорпусный и распо-ложен на металлическом основании, обеспечивающем хороший теплоотвоД. На том же основании закреплены другие полупроводниковые приборы. Все детали и приборы регулятора залиты специальным герметиком и закрыты пластмассовой крышкой.

Особенностями электрических схем интегральных регуляторов являются: наличие составного транзистора в исполнительном элементе, повышающего общий коэффициент усиления и экономичность схемы; использование цепочки R6, С2, повышающей скорость и четкость переключения транзисторов; фильтрация конденсатором С1 входного напряжения, подаваемого на базу входного транзистора; обратная связь между выходным транзистором и первым каскадом усилителя, осуществляемая резистором R8, также способствует более четкому переключению транзисторов.

Особенности эксплуатации генераторных установок переменного тока. Системы электроснабжения автомобилей с генераторами переменного тока и бесконтактно-транзисторными регуляторами напряжения отличаются высокой надежностью в работе при условии строгого соблюдения правил их эксплуатации. В частности, необходимо контролировать состояние и крепление проводов на зажимах генератора, регулятора напряжения и аккумуляторной батареи. Работа генератора при отключенном от зажима « + » проводе запрещена, так как с увеличением частоты вращения растет напряжение на выпрямительном блоке, что может привести к выходу его Из строя, к повреждению регулятора напряжения.

Повышение напряжения генератора может произойти и в случае, если во время работы генератора отключить аккумуляторную батарею ее выключателем.

Особую опасность для генераторных установок пеп менного тока представляет подключение к ним аккумуляторной батареи в обратной полярности. Это приводит “ к выходу из строя диодов выпрямительного блока.

К атегория: - Автомобили и трактора

Одним из основных требований потребителей к качеству электроэнергии является стабильность напряжения на шинах ДЭС в условиях изменения значения и характера (cosφ) нагрузки станции. При переходе от одного режима нагрузки ДЭС к другому напряжение на шинах ДЭС будет оставаться неизменным, если ток возбуждения генератора будет изменяться в соответствии с изменением нагрузки.

Поддержание стабильного напряжения генераторов дизельной электростанции (ДЭС) осуществляется устройствами (блоками) регулирования напряжения. Автоматические регуляторы напряжения по конструкции регулирующего органа подразделяются на два типа: электромеханические и электромагнитные.

Электромеханические регуляторы состоят из подвижных частей (электромагнитов с подвижными якорями, пружин и др.) и воздействуют на ток возбуждения с помощью изменения активного сопротивления цепи обмотки возбуждения. К этому виду относятся угольные регуляторы, которые совместно с другой аппаратурой (трансформаторами, выпрямителями и другими деталями) входят в блок регулирования напряжения (БРН). На генераторах с машинным возбуждением серий ДГС и ПС-93-4 устанавливаются блоки БРН с угольными регуляторами возбуждения.

Электромагнитные регуляторы состоят из статических (неподвижных) частей (трансформаторов, магнитных усилителей, конденсаторов, реакторов и др.) и изменяют ток возбуждения генератора с помощью дополнительного тока от регулятора обмотки возбуждения. К этому виду регуляторов относятся компаундирующие устройства с электромагнитной коррекцией, с магнитными усилителями и др.

На генераторах серии ЕСС устанавливают БРН, выполненные на принципе компаундирования, а для увеличения точности регулирования используется электромагнитный корректор напряжения.

На генераторах серий ДГФ и ГСФ БРН выполнен на принципе фазового компаундирования с полупроводниковым корректором напряжения.

На генераторах серии СГД устанавливают регуляторы напряжения типа РНА-60, работающие на принципе фазового компаундирования с управлением от электромагнитного корректора напряжения.

Блок БРН с угольным регулятором имеет четыре исполнения: 412, 421, 422, 423. Устройство и принцип работы всех блоков БРН одинаков.

Блок БРН состоит из угольного регулятора УРН, трансформатора регулятора напряжения Тр2, стабилизующего трансформатора Тр1, селеновых выпрямителей ВС1 и ВС2, конденсаторов С1, С2 и резисторов R3, R4, R5. Все элементы БРН укреплены на каркасе и закрыты съемным кожухом.

Угольный регулятор напряжения типа УРН представляет собой прямоходовой электромеханический регулятор реостатного типа.

Рис.1. Угольный регулятор напряжения типа УРН-423.
а - общий вид; б - продольный разрез;
1 - слюдяные прокладки; 2 - фарфоровая втулка; 3,12,22,29 - винты;
4 - скоба; 5 - нажимный винт; 6 - стопорный винт;
7 - неподвижный угольный контакт; 8 - корпус регулятора;
9 - керамическая (фарфоровая) трубка; 10 - угольный столб;
11 - подвижный угольный контакт; 13 - колпак;
14 - контактная пластина; 15 - пластина для магнитопровода;
19 - стопорный винт сердечника; 20 - сердечник;
21 - основание магнитопровода; 23 - обмотка электромагнита;
24 - диамагнитная шайба; 25 - опорное коническое кольцо;
26 - пакеты пружин; 27 - якорь; 28 - пластина для крепления пружин;
30 - плунжер; 31 - амортизатор.

Регулятор типа УРН (рис.1) состоит из электромагнита с сердечником, якоря подвижной системы регулятора, над которым расположены пакеты пружин, угольных столбов, помещенных в фарфоровую трубку, расположенную на корпусе регулятора, неподвижного и подвижного угольных контактов, к которым подключены проводники.

Угольный столб 10, набранный из шероховатых отдельных шайб, включен с помощью контактов 7 и 11 в цепь обмотки возбуждения возбудителя. На угольный столб действует пружина 26, сжимающая угольные шайбы столба, и якорь 27, противодействующий сжатию пружины. Общая площадь соприкосновения угольных шайб столба, а следовательно, и его сопротивление зависят от давления, поэтому разность этих двух сил определяет сопротивление цепи обмотки возбуждения возбудителя.

При номинальном напряжении генератора подвижная система угольного регулятора находится в равновесии (усилия якоря электромагнита и пружины, сжимающей шайбы угольного столба УРН, равны). При увеличении нагрузки генератора напряжение на его выводах уменьшится, в связи с этим уменьшится ток в обмотке электромагнита УРН. Под действием пружины 26 подвижная система УРН сместится, что вызовет сжатие угольного столба и изменение (уменьшение) его сопротивления.

Уменьшение сопротивления приведет к увеличению тока в обмотках возбуждения возбудителя и генератора, напряжение на выводах генератора увеличится. При повышении напряжения генератора, вызванного сбросом нагрузки, сопротивление угольного столба Ур увеличится, а напряжение на выводах генератора уменьшится.

Рис.2. Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН.
Г - генератор; В - возбудитель;
ОВГ - обмотка возбуждения генератора;
ОВВ - обмотка возбуждения возбудителя.

Обмотка электромагнита УРН (рис.2) включена на напряжение генератора через понижающий трансформатор Тр2 и выпрямитель ВС1. Конденсаторы C1 и С2 установлены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя ВС1.

Последовательно с первичной обмоткой Тр2 включен резистор R5, служащий для компенсации температурного изменения сопротивления обмотки Тр2.

Реостат установки РУ включен в цепь вторичной обмотки Тр2 для установки уровня автоматического peгулирования напряжения. Угольный столб УРН и резистор R3 включены последовательно в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Резистор R3 служит для уменьшения мощности рассеивания в угольном столбе УРН. Стабилизирующий трансформатор Тр1 служит для устранения неустановившихся колебаний напряжения генератора, возникающих при работе УРН. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включена через сопротивление R4 на напряжение якоря возбудителя, а вторичная - последовательно в цепь электромагнита УРН. Параллельно обмотке возбуждения возбудителя подключен выпрямитель ВС2 для предохранения угольного столба УРН от подгара при перенапряжениях на зажимах обмотки возбуждения возбудителя.

При уменьшении напряжения генератора напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора Тр2 понизится, что вызовет уменьшение тока в цепи электромагнита УРН и сопротивления угольного столба УРН.

Использование схемы компаундирования обеспечивает точность поддержания напряжения ±5%, а применение электромагнитного корректора увеличивает точное поддержания напряжения до ±2%.

Блок регулирования напряжения с электромагнитным корректором состоит из блока компаундирования, установленного на генераторе, и блока электромагнитного корректора.

Рис.3. Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М

На рис.3 изображена принципиальная схема регулятора напряжения с электромагнитным корректором.

В регуляторе использован принцип фазовою компаундирования и применены три однофазных четырехобмоточных трансформатора ТТП с подмагничиванием от корректора напряжения. Одна из первичных обмоток ТТП включена последовательно с нагрузкой генератора, а другая - через линейный реактор Р параллельно нагрузке. Вторичная обмотка ТТП через выпрямитель СВ1 соединена с обмоткой возбудителя генератора.

Корректор напряжения состоит из автотрансформатора АТН, магнитного усилителя МУ и измерительного органа, имеющего нелинейный реактор НР, линейный реактор ЛP и конденсатор С2.

Небольшое увеличение напряжения на выводах генератора приводит к резкому увеличению тока реактора НР, который увеличивает ток в обмотке управления МУ. Возросший выходной ток МУ проходит через выпрямитель СВ2 и подается на обмотку подмагничивания трансформатора ТТП. Увеличение тока в обмотке подмагничивания вызовет уменьшение тока во вторичной обмотке ТТП и в обмотке возбуждения генератора, что приведет к уменьшению напряжения на выводах генератора.

При уменьшении напряжения на зажимах генератора наблюдается обратная картина. На дизель-генераторах кроме напряжения часто меняется и частота, поэтому в корректоре предусмотрена частотная компенсация.

В схеме корректора частотная компенсация осуществляется реактором ЛР и конденсатором С2, которые изменяют напряжение на реакторе ИР пропорционально изменению частоты генератора и оставляют ток HP неизменным. Эта схема обеспечивает независимость тока HP от изменения частоты и позволяет при изменении частоты от 48 до 52 Гц обеспечить изменение напряжения генератора в пределах ±2%.

Блок регулирования напряжения с полупроводниковым корректором напряжения. Полупроводниковый корректор напряжения в БРН предназначен для поддержания стабильного напряжения на выводах генератора в пределах ±2%.

Рис.4. Принципиальная схема полупроводникового корректора напряжения

Корректор напряжения (рис.4) собран на полупроводниковых элементах и работает в импульсном режиме. Он состоит из измерительного органа и усилителя.

Измерительный орган корректора измеряет напряжение на зажимах генератора и сравнивает его с заданным. Разность между действительным и заданным напряжениями служит сигналом, который управляет полупроводниковым усилителем, соединенным с обмоткой управления трансформатора компаундирования.

Измерительный орган состоит из трансформатора ТИ, первичная обмотка которого подключена на линейное напряжение генератора через резистор R15 и регулируемый резистор РУН, выпрямителя В1, кремниевого опорного диода В2, конденсаторов С1-С2, резисторов R1, R2, R3, R5, R6, терморезисторов R7-R9, транзистора Т1.

Напряжение генератора после выпрямителя В2 и сглаживающего фильтра R8-С1 поступает на вход транзистора Т1. Входной сигнал Т1 будет тем больше, чем больше напряжение генератора превышает опорное напряжение диода В2, т.е. измерительный орган корректора преобразует превышение напряжения генератора над опорным напряжением В2 в выходной ток транзистора Т1, поступающий на вход усилителя. Если U г

Резистор R2 смещает диапазон регулирования уставки напряжения. Цепочка С2-R5 служит для устранения автоколебаний при регулировании напряжения генератора, а регулирование чувствительности корректора производится резистором R*.

Схема усилителя состоит из транзисторов Т2, ТЗ, Т4, конденсатора С3, делителей напряжения R11, R12 и резистора R10. Напряжение подается на зажимы усилителя «+» и «-» от обмотки Wn через выпрямитель ВПУ.

Параметры элементов схемы выбраны так, что при отсутствии сигнала с измерительного органа транзисторы Т2 и ТЗ усилителя полностью открыты (режим насыщения), транзистор Т4 закрыт, т.е. обмотка управления, соединенная с коллектором транзистора Т4, отключена от выпрямителя питания корректора и в ней отсутствует подмагничивающий ток.

При появлении импульса выходного тока измерительного органа конденсатор СЗ заряжается этим импульсом и разряжается на сопротивление резистора R10. Образующееся на резисторе R10 падение напряжения закрывает транзистор Т2, так как оно приложено своим минусом к базе транзистора, а плюсом - к эмиттеру. Исчезновение тока через транзистор Т2, являющегося одновременно током смещения транзистора ТЗ, приводит к закрытию транзистора ТЗ и открытию транзистора Т4, так как по его переходу база - эмиттер будет протекать ток, ранее протекавший через транзистор ТЗ.

С открытием транзистора Т4 напряжение питания корректора целиком прикладывается к обмотке управления. С появлением нового импульса от измерительного органа процесс повторяется. Напряжение генератора на входе измерительного органа выпрямляется двухполупериодным выпрямителем и сглаживается фильтром C1-R8 только частично, поэтому выходной ток измерительного органа будет иметь вид узких импульсов, следующих с частотой 100 Гц. Частота импульса выходного напряжения транзистора Т4 будет также 100 Гц.

Выходное напряжение будет иметь вид прямоугольников, ширина которых зависит от напряжения на входе корректора. При большем напряжении на входе корректора растут импульсы выходного тока измерительного органа, т.е. до большего напряжения будет заряжаться емкость СЗ. Соответственно увеличивается время, в течение которого конденсатор, разряжаясь на резистор R10, удерживает транзистор Т2 в закрытом состоянии, а транзистор Т4 - в открытом. Время воздействия напряжения питания корректора на обмотку управления увеличивается, среднее значение тока управления возрастает; напряжение генератора поддерживается на заданном уровне.

Для термокомпенсации режимов работы транзисторов Т2-Т4 в цепь усилителя включены резисторы R14, R13 и выпрямитель В4, а для предупреждения ложного срабатывания корректора от пульсаций выпрямленного напряжения в цепь СЗ - база Т2 - эмиттер Т2 включен диод ВЗ.

Все элементы, входящие в состав корректора напряжения, смонтированы в алюминиевом корпусе и закрыты крышкой. Корректор имеет доску с зажимами, к которой с внутренней стороны подключены соответствующие элементы корректора.



Условия работы и классификация генераторных установок. Генераторная установка (генератор с реле-регулятором) явля­ется основным источником электрической энергии на автомо­биле. Она предназначена для питания приемников (потребите­лей) и заряда аккумуляторной батареи. Генератор преобразует механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в элек­трическую. Реле-регулятор автоматически управляет работой генератора.

Генератор механически связан с коленчатым валом двигате­ля. Это, в основном, определяет те специфические условия, в которых работает генераторная установка: переменная часто­та вращения ротора, пропорциональная частоте вращения ко­ленчатого вала двигателя; широкий диапазон изменения нагруз­ки (в пять-шесть раз), пропорциональный мощности включен­ных приемников; большой диапазон изменения температуры (от минус 40 до плюс 80°С); запыленность и влажность воздуха; возможность полного погружения в воду при преодолении вод­ной преграды.

Назначение и условия работы определяют следующие тре­бования к генераторным установкам:

Обеспечить положительный баланс электрической энергии в бортовой сети, т.е. вырабатывать ее столько, сколько необхо­димо приемникам и аккумуляторной батарее;

Масса и габариты генераторной установки должны быть
минимальными;

Напряжение питания должно быть постоянным во всем ди­апазоне рабочих режимов частоты вращения и нагрузки;

Ресурс работы должен быть равен или больше ресурса ра­боты двигателя.

Генераторы классифицируют по напряжению, роду тока, возбуждению, наличию щеток, степени защиты от внешних воздействий, способу подавления радиопомех.

Номинальные напряжения генераторов и генераторных ус­тановок могут быть 7, 12 и 28В. Имеются генераторные уста­новки с двумя различными уровнями напряжения, предназна­ченные для питания различных приемников. Независимо от уровня напряжения генераторы могут быть постоянного и пе­ременного тока. К генераторам постоянного тока относятся такие, у которых переменный ток преобразуется в постоянный щеточно-коллекторным узлом. Все остальные генераторы от­носятся условно к генераторам переменного тока, в том числе и генераторы, у которых вырабатываемый ими ток полностью выпрямляется встроенными в корпус генератора специальны­ми устройствами-выпрямителями.

Возбуждение генераторов может осуществляться от элект­ромагнитов и постоянных магнитов.

Генераторы с постоянными магнитами имеют целый ряд преимуществ по сравнению с генераторами, имеющими элект­ромагнитное возбуждение. Основные из них: более высокая надежность в работе и простота конструкции. Однако наряду с указанными преимуществами генераторы переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют и недостатки, которые ограничивают их широкое применение. Это трудно­сти регулирования напряжения и низкий предел мощности.

Генераторы с электромагнитным возбуждением классифи­цируются в зависимости от схемы включения обмотки возбуж­дения. Если обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, генератор называется генератором с последователь­ным возбуждением, а если параллельно-с параллельным воз­буждением. Генераторы со смешанным возбуждением имеют параллельную и последовательную обмотки.

Если обмотка возбуждения питается от постороннего источ­ника постоянного тока, такой генератор называется генерато­ром с независимым возбуждением. Если же обмотка возбужде­ния питается от зажимов якоря, такой генератор называется генератором с самовозбуждением

Генераторы могут быть с щетками и без щеток. Щетки при­меняются для обеспечения электрического контакта между под­вижными и неподвижными деталями. Поскольку в этом узле имеет место трение скольжения, щетки истираются, имеют ог­раниченный ресурс и низкую надежность. Поэтому разработа­ны конструкции безщеточных генераторов, лишенных указан­ных недостатков.

Государственным стандартом предусмотрено шесть степе­ней защиты электротехнических изделий от случайного сопри­косновения человека с токоведущими и движущимися частями, а также от проникновения посторонних твердых тел внутрь корпуса. Кроме того, предусматривается восемь степеней за­щиты от проникновения воды внутрь корпуса.

По способу подавления радиопомех генераторы могут быть: неэкранированные, с частичной экранировкой и экранирован­ные.

Технические характеристики генераторов оцениваются сле­дующими основными параметрами:

Номинальной или максимальной силой тока;

Мощностью и удельной мощностью;

Напряжением;

Частотой вращения в режиме холостого хода, при которой генератор развивает номинальное напряжение (начало отдачи);

Максимальной частотой вращения, при которой генератор развивает номинальную мощность (полной отдачей);

Коэффициентом полезного действия.

Устройство генераторов постоянного тока. На автомоби­лях ЗИЛ-131 первых выпусков устанавливался генератор Г51 (рис. 11.6) постоянного тока, четырехполюсный, защищенного исполнения, экранированный, параллельного возбуждения, с внутренним обдувом от вентилятора, выполненного совмест­но со шкивом 11. Работает совместно с контактным реле-регу­лятором РР51.

В крышках 4 и 12 находятся два подшипника 2 и 10 с резино­выми уплотнителями, в которых вращается якорь 8. На крыш­ке со стороны коллектора расположены четыре щеткодержате­ля реактивного типа. Номинальное напряжение генератора 12 В, мощность 450 Вт.

Генератор допускает погружение в воду, но работать в воде не должен из-за сильного износа щеток.

Минусовые щетки установлены в неизолированных щетко­держателях и соединены с корпусом генератора. Плюсовые щетки установлены в изолированных щеткодержателях и присоединены к выводу Я. Два конца двух пар катушек обмотки возбуждения генератора присоединены к выводам Ш1 и Ш2, а другие два конца этих катушек соединены с корпусом. Выводы Ш1 и Ш2 и вывод Я находятся внутри специальной экраниру­ющей коробки, прикрепленной к корпусу генератора. Враще­ние генератора правое, если смотреть со стороны привода Генератор двумя лапами прикреплен к кронштейнам, в свою очередь закрепленным на основании компрессора. На заднем кронштейне предусмотрены овальные отверстия, позволяющие сдвигать его, чтобы выбирать зазор между кронштейнами и лапами. Третья лапа предназначена для крепления генератора к натяжной планке, с помощью которой регулируют натяжение приводного ремня.

Наблюдать за работой генератора можно по показанию амперметра, установленного на щитке приборов. При враще­нии двигателя со средней частотой вращения генератор дол­жен давать зарядный ток, величина которого падает по мере заряда аккумуляторной батареи. При исправной и полностью заряженной аккумуляторной батарее и отключенных потреби­телях отсутствие зарядного тока не свидетельствует о неисп­равности генератора.

Рис.11.6.Генератор Г-51:

1-крышка подшипника; 2-подшипник со стороны коллектора; 3-коллектор; 4-крышка генератора со стороны коллектора; 5-экранированный вывод параллельной обмотки (Ш); 6-вывод обмотки якоря (Я); 7-корпус генерато­ра; 8-якорь; 9-обмотка возбуждения; 10 подшипник со стороны привода; 11 -шкив с вентилятором; 12-крышка со стороны привода; 13-пружина щет­кодержателя; 14-щеткодержатель; 15-щетка; 16-защитная лента; 17-винт защитной ленты

В настоящее время наибольшее применение находят генера­торы постоянного тока Г74; Г6,5; СГ10-1С (стартер-генератор), которые не имеют принципиальных отличий от выше рассмот­ренной электрической машины, но являются более мощными и используются чаще на гусеничных машинах и большегрузных автомобилях или специальных колесных шасси.

Устройство генераторов переменного тока. На военной ав­томобильной технике последних поколений устанавливаются генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно увеличены. На режиме холостого хода двигателя они развивают до 40% номинальной мощности.

Генераторная установка переменного тока состоит из гене­ратора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора или регулятора напряжения.

Генераторы (рис.11.7) типа Г-250 устанавливаются на автомобилях семейства КАМАЗ. Они имеют одинаковую конструктивную схему и представляют собой трехфазную синхронную электри­ческую машину, состоящую из статора, ротора, передней и зад­ней крышек, вентилятора и приводного шкива.

Статор 4 (рис. 11.7,а) собран из отдельных пластин электро­технической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности ста­тора имеется 18 равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной об­мотки. В каждой фазе имеется шесть катушек, соединенных последовательно, базовые обмотки статора соединены звездой, т.е. начало обмоток соединено вместе, а их концы присоедине­ны к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор 6 состоит из двух клювообразных стальных наконечни­ков и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, ко­торые жестко закреплены на его валу 5. Концы обмотки возбуж­дения припаяны к контактным кольцам 7, напрессованным на изо­ляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых под­шипниках, помещенных в передней 3 и задней 8 крышках.

Внутри задней крышки 8 расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель 9 с щетками и пружинами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив 1 и вентиля­тор 2 для обдува и охлаждения генератора.

При включенном зажигании ток от аккумуляторной бата­реи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюса, индук­тируя в обмотках статора переменную по величине и направле­нию э.д.с. Переменный ток, полученный в генераторе, подво­дится к выпрямителю, при помощи которого он преобразуется в постоянный, и направляется к потребителям и на подзарядку аккумуляторной батареи.

Генераторы переменного тока обладают свойством самоог­раничения максимальной силы тока при увеличении числа под­ключенных потребителей и возрастании частоты вращения ро­тора. Это обстоятельство обусловлено следующими причина­ми. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки статора, что приводит к усилению магнитного поля статора. Магнитное поле статора направлено против магнит­ного поля ротора, поэтому суммарный магнитный поток умень­шается. Благодаря этому в катушках статора наводится мень­шая э.д.с. и максимальная сила тока, создаваемая генератором, ограничивается При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота переменного тока в обмотке статора. В результате это­го возникает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также приводит к ограничению максимальной силы тока, от­даваемой генератором.

На военной автомобильной технике широкое распростране­ние получили генераторы с кремниевыми полупроводниковы­ми выпрямителями, которые обладают высокой теплостойкос­тью, долговечностью и приемлемыми габаритами.

Кремниевый выпрямитель (рис. 11.7,6) состоит из блока 15 кремниевых диодов (трех прямой проводимости и трех обрат­ной), включенных по трехфазной мостовой схеме в общую элек­трическую схему трехфазного генератора переменного тока. Каждая фаза обмотки статора соединена с двумя диодами раз­ной полярности. Диоды соединены с контактными пластинами 13 и 16 и с зажимами 14, к которым подключаются фазы обмот­ки 12 статора. Контактные пластины 13 и 16 вместе с секциями блока 15 диодов смонтированы на пластмассовой колодке, ко­торая болтами 11 и 17 крепится к крышке 10 генератора.

Устройство и действие реле-регуляторов. Поддержание по­стоянного напряжения в сети электрооборудования, а также защита генератора от перегрузок (ограничение максимальной силы тока) и обратных токов осуществляется автоматически. Для этих целей генераторные установки снабжаются специаль­ными автоматическими устройствами: регуляторами напряже­ния, ограничителями тока и автоматами обратного тока. Необ­ходимость в том или ином регуляторе зависит от типа и конст­рукции генератора.

Контактный реле -регулятор РР51 работает совместно с ге­нератором Г51 и состоит из четырех электромагнитных прибо­ров (рис. 11.8), смонтированных на общей панели и заключен­ных в общий кожух: реле обратного тока, замыкающего и раз­мыкающего цепь между генератором и аккумуляторной батаре­ей; двух регуляторов напряжения, поддерживающих в опреде­ленных пределах напряжение генератора при изменении часто­ты вращения и нагрузки (каждый из регуляторов напряжения обслуживает одну из двух обмоток возбуждения генератора); ограничителя тока, предохраняющего генератор от перегрузок.

Реле-регулятор имеет пять зажимов для подключения его к генератору и к схеме электрооборудования: Я-якорь, два за­жима Ш-шунт, Б-батарея и С-стартер (цепь блокировки стар­тера). Электрическая схема совместной работы генератора Г51 и реле-регулятора РР51 показана на рис. 11.9.

С увеличением мощности генератора растет и ток его воз­буждения, цепь которого должна разрываться контактами реле-регулятора. Возникающее при этом искрение вызывает подго­рание и износ контактов, что приводит к уменьшению напря­жения и мощности генератора. В целях уменьшения последствий этого явления на современных автомобилях применяются кон­тактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные реле-регуляторы, работающие с генераторами переменного тока.

На многих образцах военной автомобильной техники уста­навливается бесконтактный транзисторный реле-регулятор РР- 350 (рис. 11.10), который выполнен на трех германиевых транзисторах и работает совместно с генератором Г-250-И1, рассчитанном на номинальное напряжение 12В.

Рис, 11.8. Реле-регулятор РР-51:

1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-регулятор напряжения; 4-крышка; 5-резиновый шнур; 6-зажим С (стартер); 7-основание; 8-экраниро-ванные зажимы Ш, и Ш 2 (обмотки возбуждения); 9-экранированный зажим Я (якорь); 10-экранированный зажим Б (батарея); 11-провод «массы»; 12-регулировочная пружина; 13-сердечник; 14-якорь ограничителя тока с под­вижным контактом; 15-стойка с неподвижным контактом; 16-обмотка огра­ничителя тока; 17-резиновый амортизатор

При напряжении генератора меньше 13,9-14,6 В стабилитрон Д, закрыт, в результате чего транзистор Т, тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т 2 и Т 3 проходит ток базы транзистора Т 3 и ток обмотки возбуждения генератора, кото­рый не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора

Рис. 11.9. Электрическая схема реле-регулятора РР-51 и генератора Г-51:

1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-первый регулятор напряже­ния; 4-второй регулятор напряжения; 5-сопротивления; 6-обмотка возбуж­дения генератора; 7-генератор; а-параллельная обмотка; б-ускоряющая обмотка; в-последовательная обмотка; г-компенсирующая обмотка

С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает 13,9-14,6 В, стабилитрон Д ] пробивается, транзистор Т, открывается, а транзисторы Т 2 и Т 3 закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения гене­ратора поступает только через добавочный резистор R 8 , и, ес­тественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д,. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор Т 3 .

Напряжение генератора начнет возрастать до следующего открытия стабилитрона Д,

Таким образом напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).

Рис. 11.10. Схема бесконтактного транзисторного реле-регулятора РР-350

а) общий вид б) электрическая схема

Остальные элементы схемы выполняют вспомогательные функции, необходимые для более четкой и надежной работы прибора.

Принцип действия остальных бесконтактных транзисторных реле-регуляторов аналогичен описанному. Например, реле-ре­гулятор РР-356 рассчитан на работу с генератором номиналь­ным напряжением 24 В и имеет два стабилитрона и два более мощных транзистора.

В последние годы получили широкое распространение гене­раторы с встроенными транзисторными регуляторами напря­жения на интегральных схемах (Я П2А, Я 120, 11.3702) кото­рые имеют значительно меньшие габариты и вес (38x58x12 мм, масса 50 г). Эти регуляторы монтируют на задней крышке гене­ратора.

Принцип работы этих регуляторов аналогичен работе регу­лятора РР-350 А. При напряжении на клеммах генератора мень­ше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения. Если напряжение превышает предельное значе-

ние, то транзистор закрывается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения генератора. Этот процесс происходит с большой частотой и практически напряжение генератора оста­ется постоянным.

Интегральный регулятор напряжения-изделие неразборное и неремонтируемое. Напряжение регулятора регулируют на заводе-изготовителе.

Регулятор такого типа 11.3702, работающий совместно с ге­нератором Г 288Е, установлен на автомобиле КАМАЗ-4310, поэтому при его эксплуатации запрещается:

Работа генераторной установки с отключенной аккумуля­торной батареей (отключенной «массе»);

Пуск двигателя при отключенном плюсовом проводе генератора;

Проверка исправности генераторной установки на «искру» замыканием любых зажимов генератора и щеткодержателя;

Соединение зажима «Ш» с зажимами «+» и «В» генератора (это ведет к мгновенному отказу в работе генератора);

Проверка исправности схемы электрооборудования с номинальным напряжением 12 В от источника тока с напряжени­ем выше 16 В, а для схем с напряжением 24 В выше 36 В.

Совместная работа генераторной установки и аккумулятор­ной батареи. Генераторная установка и батарея включены па­раллельно (рис. 11,И) и дополняют друг друга, обеспечивая приемники электрической энергией. При неработающем гене­раторе 6 или когда его напряжение меньше э.д.с. батареи 2 все приемники 5 питаются только от батареи 2, ток которой регис­трируется амперметром 4. Ток стартера 3 амперметр не регист­рирует так же, как и не регистрирует ток генератора, идущий на приемники.

Когда напряжение генератора превысит э.д.с. батареи, проис­ходит перераспределение электрической энергии, отдаваемой ге­нератором, он начинает питать приемники и заряжать батарею.

где: 1 6 - ток аккумуляторной батареи.

В этом случае генератор загружается на полную мощность, а недостаток мощности компенсирует батарея. Происходит это следующим образом. С увеличением нагрузки увеличивается падение напряжения внутри генератора, а напряжение на его выходе уменьшается и становится меньше напряжения батареи. После этого ток батареи возрастает, увеличится падение напря­жения внутри батареи, а на выходе ее напряжение уменьшится и произойдет выравнивание напряжения батареи и генератора.

Режим, при котором мощность генератора больше мощнос­ти включенных приемников. Избыток мощности генераторной установки реализуется на заряд батареи.

Режим, при котором мощность генератора равна мощности включенных приемников. На этом режиме ток батареи равен нулю. Все приемники питаются от генератора.

Напряжение генераторов постоянного и переменного тока зависит от частоты вращения ротора, значения отдаваемого тока, магнит­ного потока возбуждения, сопротивления обмотки якоря (у гене­ратора постоянного тока) и полного сопротивления обмотки ста­тора (у генераторов переменного тока).

Если учитывать (при грубом приближении) только основные фак­торы, то можно считать, что

Таким образом, для обеспечения постоянства напряжения гене­ратора при изменении частоты вращения ротора необходимо обратно пропорционально частоте изменять магнитный поток. Так как магнитный поток определяется силой тока возбуждения, регулирование напряжения осуществляется периодическим включе­нием в цепь возбуждения генератора и отключением из этой цепи добавочного резистора с постоянным сопротивлением. В настоя­щее время применяются вибрационные и полупроводниковые регу­ляторы напряжения.

Вибрационный регулятор напряжения . Вибрационный регулятор (рис. 18,а) имеет добавочный резистор Rд, который включается по­следовательно с обмоткой возбуждения ОВ. При замыкании контак­тов 4, один из которых неподвижен, а другой расположен на якорьке 3, добавочный резистор замкнут накоротко. Основная обмот­ка ОО регулятора, намотанная на сердечнике 5, включена на пол­ное напряжение генератора. Пружина 2 оттягивает якорек вверх, удерживая контакты в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты, якорек и ярмо 1 подключена, минуя добавочный резистор.

При неработающем генераторе в основной обмотке 00 регуля­тора тока нет и контакты под действием пружины замкнуты. С увеличением частоты вращения сила тока возбуждения генерато­ра и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока основной обмотки 00 регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленной величины, силы магнитного притяжения якорька к сердечнику недостаточно для преодоления силы натяжения пружины и контакты регуля­тора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения про­ходит, минуя добавочный резистор.

При дальнейшем увеличении напряжения генератора наступает такой момент, когда сила магнитного притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора размыкаются. Вследствие этого в цепь обмотки возбуж­дения включается добавочный резистор, и напряжение генератора резко падает.

Уменьшение напряжения приводит к уменьшению тока в обмотке регулятора напряжения и, следовательно, силы притяжения якорька к сердечнику. В результате контакты регулятора вновь замыкаются, а затем при увеличении напряжения генератора размыкаются.

Описанный процесс периодически повторяется. В результате этого возникают пульсации напряжения (рис. 18, б). Среднее значение напряжения Uср, измеряемое вольтметром, определяет регули­руемое напряжение генератора. С увеличением частоты враще­ния увеличивается время разомкнутого состояния t р и уменьшается время замкнутого состояния t 3 . Это приводит к уменьшению тока возбуждения I B (рис. 19).

Напряжение генератора, поддерживаемое регулятором, зависит от силы натяжения пружины. Изменением силы натяжения пружины осуществляется регулировка напряжения генераторной установки.

Уменьшение пульсаций напряжения происходит следующим обра­зом. Пульсации напряжения генератора зависят от частоты колебаний якорька регулятора. Чтобы пульсации напряжения не оказывали влияния на работу потребителей, якорек регулятора должен колебаться с частотой не менее 30 Гц. Кроме того, с увеличением частоты колебаний якорька уменьшается износ контактов.

Частоту колебаний повышают применением специальных уско­ряющих обмоток, которые наматывают на сердечник регулятора, или ускоряющих резисторов. Наиболее часто применяют схему вибрационного регулятора напряжения с ускоряющим резистором (рис. 20). Здесь основная обмотка 00 регулятора подключается к генератору через ускоряющий резистор Rу, который включен последовательно с резистором Rд. Резистор Rу также является добавочным в цепи обмотки возбуждения генератора. Таким обра­зом, напряжение на обмотке регулятора равно разности между напряжением генератора и падением напряжения в ускоряющем резисторе.

Ускоряющее действие резистора Rу заключается в следующем.При замкнутых контактах регулятора через ускоряющий резистор походит ток только обмотки регулятора, величина которого составляет доли ампера. Напряжение, приложенное к обмотке регулятора, почти равно напряжению генератора, так как падение напряжения в ускоряющем резисторе очень незначительно.

При размыкании контактов ток возбуждения генератора, который вследствие явления самоиндукции не может изменяться скачком, в первый момент сохраняет свою величину и направление. Ток возбуждения проходит по ускоряющему резистору, что приво­дит к резкому увеличению падения напряжения на нем и резкому уменьшению напряжения на обмотке регулятора. Скачкообразное уменьшение напряжения в ос­новной обмотке 00 регулятора в момент размыкания контактов резко уменьшает в ней ток, а следовательно, и силу притя­жения якоря регулятора к се­рдечнику. Благодаря этому кон­такты быстро замыкаются вновь. В результате частота колебаний якоря увеличива­ется до 150-250 Гц и, сле­довательно, уменьшается пуль­сация напряжения. При при­менении ускоряющих устройств возникает отрицательное явление, связанное с увеличением напряжения генератора при увеличении частоты вращения ротора. Возрастание напряжения с увеличением частоты вращения ротора предотвращается при помощи выравнивающих обмоток или выравнивающих резисторов.

Для стабилизации напряжения наибольшее распространение получили схемы с выравнивающими обмотками (рис. 21).

Выравнивающую обмотку ВО включают в цепь через контакты регулятора последовательно с обмоткой возбуждения ОВ генератора. Ее наматывают на сердечник таким образом, чтобы ее магнитный по­ток противодействовал магнитному потоку основной обмотки 00 ре­гулятора. Магнитный поток, создаваемый выравнивающей обмоткой, значительно меньше магнитного потока, создаваемого основной обмоткой регулятора.

При увеличении частоты вращения ротора в результате увеличе­ния времени разомкнутого состояния контактов уменьшается сила то­ка не только в основной, но и в выравнивающей обмотке. Поэ­тому уменьшение магнитного потока, создаваемого основной об­моткой, сопровождается таким же по величине уменьшением магнит­ного потока, создаваемого выравнивающей обмоткой, и результи­рующий магнитный поток почти не изменяется. В результате размыкание контактов регулятора происходит независимо от частоты вращения ротора при напряжении, установленном регулировкой.

Рабочая температура регулятора меняется в значительных преде­лах (от -50 до +125 °С). Сопротивление основной обмотки регулятора напряжения, выполняемой из меди, изменяется от тем­пературы (возрастает на 40% при нагреве обмотки на 100 °С). Поэ­тому при повышении температуры основной обмотки уменьшается ток в ней и, следовательно, магнитный поток. В результате регулятор начинает работать при напряжении, большем того, на которое он от­регулирован.

Температурная компенсация осуществляется следующим обра­зом.

Для уменьшения влияния температуры на работу вибрацион­ного регулятора последовательно основной обмотке регулятора, которую выполняют с меньшим сопротивлением, включают доба­вочный резистор из нихрома или константана. Сопротивление этих материалов практически не* меняется от температуры. В резуль­тате суммарное изменение сопротивления цепи основной обмотки регулятора от температуры в несколько раз уменьшится. Таким образом, возрастание регулируемого напряжения составит пример­но 10% при нагреве на 100 °С. В ряде регуляторов роль термокомпенсационного резистора выполняет ускоряющий резистор.

Для более полной термокомпенсации вместе с резистором применяют биметаллическую пластину, на которой подвешивают якорек регулятора. Биметаллическая пластина имеет два слоя. Материалы слоев обладают резко отличающимися коэффициентами теплового расширения.

Биметаллическую пластину приклепывают к якорьку и закреп­ляют на ярме регулятора. При этом слой материала с малым коэф­фициентом температурного расширения обращен к сердечнику. При повышении температуры пластина изгибается и создает усилие, направленное против усилия пружины, и таким образом способствует вступлению регулятора в работу при меньшем напря­жении. Таким образом и обеспечивается температурная компенсация.

Для термокомпенсации применяют также магнитные шунты. Маг­нитный шунт МШ (см. рис. 26) представляет собой пластину из железоникелевого или иного термомагнитного сплава с магнитным сопротивлением, увеличивающимся при повышении температуры. Пластина закреплена в верхней части регулятора между сердечником и ярмом параллельно якорьку.

При повышении температуры магнитное сопротивление шунта возрастает. При низких температурах магнитное сопротивление шунта мало, и часть магнитного потока сердечника, минуя якорек, замыкается через магнитный шунт. Таким образом компенсируется изменение магнитного потока, возникающее в резуль­тате изменения сопротивления основной обмотки регулятора от температуры. Применение магнитного шунта исключает необходи­мость в термокомпенсационном резисторе и биметаллической пла­стине.

Недостатки вибрационных регуляторов состоят в следующем. Вибрирующие контакты и пружины являются основным недо­статком вибрационных регуляторов, затрудняющим их настройку и повышающим чувствительность к вибрации. В результате изменения характеристик пружин вибрационные устройства подвер­жены разрегулировкам.

Обычный вибрационный регулятор напряжения может приме­няться с генераторами, у которых сила тока возбуждения не более 1,5-1,8 А. При больших значениях силы тока значительно сокра­щается срок службы контактов.

Особенно сказываются недостатки вибрационных регуляторов при работе с генераторными установками переменного тока, у которых сила тока возбуждения значительно больше, чем у гене­раторов постоянного тока. Чтобы получить возможность использо­вать вибрационный регулятор с мощными генераторами, применя­ют следующие способы. Часто используют не один, а два регуля­тора напряжения. Для этого обмотку возбуждения генератора раз­деляют на две одинаковые по своим параметрам и параллельно включенные ветви. Сила тока каждой ветви регулируется своим регулятором. При этом сила тока, разрываемого контактами, уменьшается вдвое.

Для уменьшения силы тока разрыва применяют также двухсту­пенчатое регулирование напряжения. Двухступенчатый регулятор напряжения имеет две пары контактов и добавочный резистор с меньшим сопротивлением. Подробно работа двухступенчатого регу­лятора рассмотрена на конкретном примере. Недостатки вибрационных регуляторов вызвали в последние годы применение с мощными генераторами полупроводниковых регуляторов напряже­ния.

Полупроводниковые регуляторы напряжения . В полупроводнико­вых регуляторах сила тока возбуждения регулируется при помощи транзисторов, эмиттерноколлекторная цепь которого включена по­следовательно с обмоткой возбуждения генератора.

Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регу­лятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор переключается в закрытое состояние (разомкну­тые контакты). При понижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние (замкнутые кон­такты). В состоянии «открыт» сопротивление транзистора составляет доли ома, в состоянии «закрыт» - бесконечно большое значение. Полупроводниковые регуляторы напряжения могут выполняться контактно-транзисторными и бесконтактными.

Контактно-транзисторный регулятор (рис. 22) содержит в своей схеме вибрационное реле, управляющее транзистором Т.

Работает регулятор следующим образом. До момента достиже­ния генератором регулируемого значения напряжения U r силы тока обмотки вибрационного реле недостаточно, чтобы контакты замкну­лись. При этом транзистор открыт, так как через него проте­кает ток базы по цепи: «плюс» генератора, переход эмиттер-база, резистор R б, корпус генератора.

Через обмотку возбуждения ОВ в этом случае протекает полный ток возбуждения, и напряжение генератора возрастает с возрастанием частоты вращения ротора. Полное отпирание тран­зистора осуществляется подбором сопротивления резистора R б.

При достижении напряжением генератора регулируемого значе­ния ток в основной обмотке OO реле достигает значения, при котором реле срабатывает. При замкнутых контактах потенциалы базы и эмиттера становятся равными, так как контакты шунтиру­ют переход эмиттер - база. Вследствие этого ток базы становится равным нулю, что приводит к запиранию транзистора.

В результате запирания транзистора ток возбуждения, под­держиваемый э.д.с. самоиндукции обмотки возбуждения, протекая через гасящий диод Д r , уменьшается. При этом уменьшается напряжение генератора U r , контакты реле размыкаются, и тран­зистор открывается. Затем процесс повторяется.

Гасящий контур, выполняемый обычно в виде диода Д r , явля­ется обязательным элементом любого транзисторного регулятора. Если бы его не было, э.д.с. самоиндукции обмотки возбуждения, возникающая в момент закрытого состояния транзистора и достига­ющая несколько сотен вольт, могла бы вызвать пробой коллектор­ного перехода и отказ транзистора в работе.

В контактно-транзисторном регуляторе напряжения через контакты протекает незначительный ток, благодаря чему увеличива­ется срок их службы. Однако надежность работы регулятора по-прежнему определяется усталостной прочностью и возможной разрегулировкой пружины. Указанный недостаток исключен в бес­контактных схемах регулирования напряжения.

Бесконтактный регулятор напряжения (рис. 23) содержит тран­зистор T1, который выполняет функции контактов в контактно транзисторном регуляторе. Управление транзистором T1 осуществля­ется резисторами R1, R2 и стабилитроном Д1.

При напряжении генератора меньше регулируемого значения напряжение на резисторе R1, включенном параллельно стабилитро­ну Д1, меньше значения, соответствующего пробою стабилитрона. Стабилитрон при этом не проводит ток. следовательно, ток базы транзистора T1 равен нулю. Транзистор T1 при этом закрыт, что соответствует разомкнутому состоянию контактов, а транзистор Т2 открыт.

При достижении генератором уровня напряжения, соответ­ствующего регулируемому значению, напряжение на резисторе R1 повышается до значения, при котором стабилитрон пробивается, т. е. его сопротивление в обратном направлении резко уменьша­ется. В результате возникает ток базы транзистора T1, проте­кающий по цепи: «плюс» генератора, переход эмиттер - база тран­зистора T1, стабилитрон Д1, резистор R2, «минус» генератора. Транзистор T1 при этом открывается, что соответствует замкнутому состоянию контактов, транзистор Т2 запирается, а ток возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого напряже­ние на стабилитроне снижается ниже напряжения стабилизации, и он запирается, прерывая ток базы транзистора T1. Транзистор T1 запи­рается, а транзистор Т2 переключается в открытое состояние и т. д. Соотношение сопротивлений резисторов R1 и R2 определяет уровень регулируемого напряжения.

Схемы бесконтактных регуляторов, применяемых на практике, имеют ряд дополнительных элементов, улучшающих рабочие ха­рактеристики. Назначение дополнительных элементов рассмотрено на примерах схем конкретных регуляторов.

Похожая информация.

Реле-регулятор напряжения генератора — это неотъемлемая часть системы электрооборудования любого автомобиля. С его помощью производится поддержка напряжения в определенном диапазоне значений. В данной статье вы узнаете о том, какие конструкции регуляторов существуют на данный момент, в том числе будут рассмотрены механизмы, давно не используемые.

Основные процессы автоматического регулирования

Совершенно неважно, какой тип генераторной установки используется в автомобиле. В любом случае он имеет в своей конструкции регулятор. Система автоматического регулирования напряжения позволяет поддерживать определенное значение параметра, независимо от того, с какой частотой вращается ротор генератора. На рисунке представлен реле-регулятор напряжения генератора, схема его и внешний вид.

Анализируя физические основы, с использованием которых работает генераторная установка, можно прийти к выводу, что напряжение на выходе увеличивается, если скорость вращения ротора становится выше. Также можно сделать вывод о том, что регулирование напряжения осуществляется путем уменьшения силы тока, подаваемого на обмотку ротора, при повышении скорости вращения.

Что такое генератор

Любой автомобильный генератор состоит из нескольких частей:

1. Ротор с обмоткой возбуждения, вокруг которой при работе создается электромагнитное поле.

2. Статор с тремя обмотками, соединенными по схеме "звезда" (с них снимается переменное напряжение в интервале от 12 до 30 Вольт).

3. Кроме того, в конструкции присутствует трехфазный выпрямитель, состоящий из шести полупроводниковых диодов. Стоит заметить, что реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 в системе впрыска) одинаков.

Но работать генератор без устройства регулирования напряжения не сможет. Причина тому — изменение напряжения в очень большом диапазоне. Поэтому необходимо использовать систему автоматического регулирования. Она состоит из устройства сравнения, управления, исполнительного, задающего и специального датчика. Основной элемент — это орган регулирования. Он может быть как электрическим, так и механическим.

Работа генератора

Когда начинается вращение ротора, на выходе генератора появляется некоторое напряжение. А подается оно на обмотку возбуждения посредством органа регулировки. Стоит также отметить, что выход генераторной установки соединен напрямую с аккумуляторной батареей. Поэтому на обмотке возбуждения напряжение присутствует постоянно. Когда увеличивается скорость ротора, начинает изменяться напряжение на выходе генераторной установки. Подключается реле-регулятор напряжения генератора Valeo или любого другого производителя к выходу генератора.

При этом датчик улавливает изменение, подает сигнал на сравнивающее устройство, которое анализирует его, сопоставляя с заданным параметром. Далее сигнал идет к устройству управления, от которого производится подача на Регулирующий орган способен уменьшить значение силы тока, который поступает к обмотке ротора. Вследствие этого на выходе генераторной установки производится уменьшение напряжения. Аналогичным образом производится повышение упомянутого параметра в случае снижения скорости ротора.

Двухуровневые регуляторы

Двухуровневая система автоматического регулирования состоит из генератора, выпрямительного элемента, аккумуляторной батареи. В основе лежит электрический магнит, его обмотка соединена с датчиком. Задающие устройства в таких типах механизмов очень простые. Это обычные пружины. В качестве сравнивающего устройства применяется небольшой рычаг. Он подвижен и производит коммутацию. Исполнительным устройством является контактная группа. Орган регулировки — это постоянное сопротивление. Такой реле-регулятор напряжения генератора, схема которого приведена в статье, очень часто используется в технике, хоть и является морально устаревшим.

Работа двухуровневого регулятора

При работе генератора на выходе появляется напряжение, которое поступает на обмотку электромагнитного реле. При этом возникает магнитное поле, с его помощью притягивается плечо рычага. На последний действует пружина, она используется как сравнивающее устройство. Если напряжение становится выше, чем положено, контакты электромагнитного реле размыкаются. При этом в цепь включается постоянное сопротивление. На обмотку возбуждения подается меньший ток. По подобному принципу работает реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 и других автомобилей отечественного и импортного производства. Если же на выходе уменьшается напряжение, то производится замыкание контактов, при этом изменяется сила тока в большую сторону.

Электронный регулятор

У двухуровневых механических регуляторов напряжения имеется большой недостаток — чрезмерный износ элементов. По этой причине вместо электромагнитного реле стали использовать полупроводниковые элементы, работающие в ключевом режиме. Принцип работы аналогичен, только механические элементы заменены электронными. Чувствительный элемент выполнен на который состоит из постоянных резисторов. В качестве задающего устройства используется стабилитрон.

Современный реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 является более совершенным устройством, надежным и долговечным. На транзисторах функционирует исполнительная часть устройства управления. По мере того как изменяется напряжение на выходе генератора, электронный ключ замыкает или размыкает цепь, при необходимости подключают добавочное сопротивление. Стоит отметить, что двухуровневые регуляторы являются несовершенными устройствами. Вместо них лучше использовать более современные разработки.

Трехуровневая система регулирования

Качество регулирования у таких конструкций намного выше, нежели у рассмотренных ранее. Ранее использовались механические конструкции, но сегодня чаще встречаются бесконтактные устройства. Все элементы, используемые в данной системе, такие же, как и у рассмотренных выше. Но отличается немного принцип работы. Сначала подается напряжение посредством делителя на специальную схему, в которой происходит обработка информации. Установить такой реле-регулятор напряжения генератора ("Форд Сиерра" также может оснащаться подобным оборудованием) допустимо на любой автомобиль, если знать устройство и схему подключения.

Здесь происходит сравнение действительного значения с минимальным и максимальным. Если напряжение отклоняется от того значения, которое задано, то появляется определенный сигнал. Называется он сигналом рассогласования. С его помощью производится регулирование силы тока, поступающего на обмотку возбуждения. Отличие от двухуровневой системы в том, что имеется несколько добавочных сопротивлений.

Современные системы регулирования напряжения

Если реле-регулятор напряжения генератора китайского скутера двухуровневый, то на дорогих автомобилях используются более совершенные устройства. Многоуровневые системы управления могут содержать 3, 4, 5 и более добавочных сопротивлений. Существуют также следящие системы автоматического регулирования. В некоторых конструкциях можно отказаться от использования добавочных сопротивлений.

Вместо них увеличивается частота срабатывания электронного ключа. Использовать схемы с электромагнитным реле попросту невозможно в следящих системах управления. Одна из последних разработок — это многоуровневая система управления, которая использует частотную модуляцию. В таких конструкциях необходимы добавочные сопротивления, которые служат для управления логическими элементами.

Как снимать реле-регулятор

Снять реле-регулятор напряжения генератора ("Ланос" или отечественная "девятка" у вас - не суть важно) довольно просто. Стоит заметить, что при замене регулятора напряжения потребуется всего один инструмент — плоская или крестовая отвертка. Снимать генератор или ремень и его привод не нужно. Большинство устройств находится на задней крышке генератора, причем объединены в единый узел с щеточным механизмом. Наиболее частые поломки происходят в нескольких случаях.

Во-первых, при полном стирании графитовых щёток. Во-вторых, при пробое полупроводникового элемента. О том, как провести проверку регулятора, будет рассказано ниже. При снятии вам потребуется отключить аккумуляторную батарею. Отсоедините провод, который соединяет регулятор напряжения с выходом генератора. Выкрутив оба крепежных болта, можно вытянуть корпус устройства. А вот реле-регулятор напряжения имеет устаревшую конструкцию - он монтируется в подкапотном пространстве, отдельно от щеточного узла.

Проверка устройства

Проверяется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2106, "копеек", иномарок одинаково. Как только произведете снятие, посмотрите на щетки - у них должна быть длина более 5 миллиметров. В том случае, если этот параметр отличается, нужно проводить замену устройства. Чтобы осуществить диагностику, потребуется источник постоянного напряжения. Желательно, чтобы можно было изменить выходную характеристику. В качестве источника питания можно использовать аккумулятор и пару пальчиковых батареек. Еще вам необходима лампа, она должна работать от 12 Вольт. Вместо нее можно использовать вольтметр. Подключаете плюс от питания к разъему регулятора напряжения.

Соответственно, минусовой контакт соединяете с общей пластиной устройства. Лампочку или вольтметр соединяете со щетками. В таком состоянии между щетками должно присутствовать напряжение, если на вход подается 12-13 Вольт. Но если вы будете подавать на вход больше, чем 15 Вольт, между щетками напряжения не должно быть. Это признак исправности устройства. И совершенно не имеет значения, диагностируется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 или другого автомобиля. Если же контрольная лампа горит при любом значении напряжения или вовсе не загорается, значит, присутствует неисправность узла.

Выводы

В системе электрооборудования автомобиля реле-регулятор напряжения генератора "Бош" (как, впрочем, и любой иной фирмы) играет очень большую роль. Как можно чаще следите за его состоянием, проверяйте на наличие повреждений и дефектов. Случаи выхода из строя такого устройства нередки. При этом в лучшем случае разрядится аккумуляторная батарея. А в худшем может повыситься напряжение питания в бортовой сети. Это приведет к выходу из строя большей части потребителей электроэнергии. Кроме того, может выйти из строя и сам генератор. А его ремонт обойдется в кругленькую сумму, а если учесть, что АКБ очень быстро выйдет из строя, расходы и вовсе космические. Стоит также отметить, что реле-регулятор напряжения генератора Bosch является одним из лидеров по продажам. У него высокая надежность и долговечность, а характеристики максимально стабильны.