Лабораторная работа № 5 Устройство бесконтактного транзисторного регулятора напряжения.

1. Цель работы.

Изучение устройства и принципа действия автотракторного бесконтактного транзисторного регулятора напряжения на примере интегрального регулятора напряжения Я112А1.

2. Краткие сведения.

Регуляторы напряжения предназначены для стабилизации величины напряжения генератора при изменении режима работы генераторной установки. При отсутствии регулятора напряжения с увеличением частоты вращения ротора генератора будет возрастать и выпрямленное напряжение генератора, а с увеличением тока нагрузки напряжение на выходе генератора будет снижаться. Включение в цепь обмотки возбуждения регулятора напряжения позволяет поддерживать величину напряжения на выходе генератора в заданных пределах, обычно ошибка регулирования напряжения не должна превышать 0,3 В при всем диапазоне изменения частоты вращения ротора генератора и тока нагрузки при работе с подключенной аккумуляторной батареей.

Скоростная характеристика генератора при работе с регулятором напряжения представлена на рис. 12.

Рисунок 12. Скоростная характеристика генератора при работе с регулятором напряжения.

Принципиальная схема регулирования напряжения генератора при помощи регулятора напряжения представлена на рис. 13.

20

Рисунок 13. Принципиальная схема регулирования напряжения генератора при помощи регулятора напряжения.

Регулятор напряжения включает в себя следующие элементы:

• измерительный элемент (1), преобразующий напряжение генератора в сигнал подходящий для сравнения с эталонной величиной;

• элемент сравнения (2), сравнивающий значение напряжения генератора с заданной величиной и подающий, при необходимости, сигнал на вход регулирующего элемента об изменении величины тока возбуждения генератора;

• регулирующий элемент (3), изменяет величину тока возбуждения генератора.

На автомобилях и тракторах применяют регуляторы напряжения дискретного действия.

Как только напряжение генератора превышает заданный уровень, регулятор напряжения разрывает цепь электроснабжения обмотки возбуждения и вводит в эту цепь дополнительное сопротивление. В результате сила тока возбуждения начинает уменьшаться, а следовательно уменьшается и напряжение генератора. На рис. 14 показано изменение силы тока возбуждения генератора во времени при минимальной (1) и максимальной (2) частоте вращения ротора генератора. При определенном нижнем уровне напряжения регулятор вновь замыкает цепь обмотки возбуждения, и напряжение генератора повышается. Далее процессы переключения периодически повторяются.

Частота регулируемого напряжения должна быть выше 25-30 Гц, чтобы пульсации напряжения не вызывали заметных для глаз колебаний стрелок контрольно-измерительных приборов и мигания света ламп приборов освещения и световой сигнализации.

21

Рисунок 14. Изменение силы тока возбуждения генератора во времени при различных частотах вращения генератора.

Интегральные регуляторы напряжения рассчитаны на максимальную силу тока 5 А.

Схемы регуляторов достаточно просты, что позволяет им иметь небольшие размеры.

Малогабаритные интегральные регуляторы напряжения встраиваются в генератор совместно с щеткодержателем, поэтому в их схемах отсутствуют элементы защиты полупроводниковых элементов.

Принципиальная схема интегрального регулятора напряжения Я112А1 представлена на рис. 15. Измерительным элементом в регуляторе является делитель напряжения R1-R2-R3; функцию элемента сравнения выполняет стабилитрон VD1, напряжение срабатывания которого является эталонной величиной для оценки значения напряжения генератора; регулирующим элементом является выходной транзистор VT2.

Входной транзистор VT1 обеспечивает управление выходным транзистором; цепь гибкой обратной связи C2-R4 обеспечивает надежное переключение транзисторов; конденсатор С1 является фильтром, исключающим ложное срабатывание регулятора из-за пульсаций выпрямленного напряжения генератора, гасящий диод VD2 предотвращает выход из строя транзистора VT2 из-за возникновения ЭДС самоиндукции при прерывании цепи обмотки возбуждения.

Обмотка возбуждения генератора включена между клеммами «В» и «Ш». Соединенные между собой клеммы «Б» и «В» регулятора включен на «+» генератора, а «-» на массу генератора.

Работа регулятора происходит следующим образом:

При напряжении генератора ниже напряжения срабатывания регулятора напряжения стабилитрон VD1 закрыт, следовательно

22

транзистор VT1 находится в состоянии отсечки, через резистор R5 протекает базовый ток транзистора VT2 и он находится в состоянии насыщения, по цепи обмотки возбуждения протекает ток, напряжение генератора растет.

Рисунок 15. Принципиальная схема интегрального регулятора напряжения Я112А1.

При достижении напряжения срабатывания стабилитрон VD1 пробивается и через него протекает базовый ток транзистора VT1, он переходит в состояние насыщения, шунтируя переход база-эмиттер транзистора VT2, который переходит в состояние отсечки, цепь обмотки возбуждения прерывается, что приводит к уменьшению величины напряжения генератора.

При снижении напряжения генератора до величины напряжения возврата стабилитрон VD1 закрывается, что приводит к переходу транзистора VT1 в состояние отсечки и, следовательно, переключению транзистора VT2 в состояние насыщения. Процесс повторяется.

При изменении частоты вращения ротора генератора, а также изменении величины тока нагрузки генератора относительное время нахождения выходного транзистора в состоянии насыщения и отсечки изменяется. С увеличением частоты вращения ротора генератора или уменьшением тока нагрузки относительное время разомкнутого состояния цепи обмотки возбуждения увеличивается.

23

Встраиваемые в генераторы регуляторы напряжения выпускаются в гибридном интегральном исполнении, представляющем собой комбинацию пленочных резисторов, выполненных на керамической изоляционной подложке, с миниатюрными дискретными безкорпусными элементами – конденсаторами, диодами, транзисторами. Конструкция регулятора неразборная. Пластмассовый корпус приклеен к основанию, являющемуся одновременно теплоотводом и выводом. К металлическому основанию приклеены две фольгированные стеклотекстолитовые пластинки, которые являются выводами и к ним подключаются выводы «Ш» и «В». Регулятор закрыт крышкой. Внутренняя полость заполнена топливо-водостойким компаундом для защиты элементов схемы от воздействия окружающей среды.

3. Учебные пособия

3.1.Интегральный регулятор напряжения в сборе с щеткодержателем, установленном на генераторе.

3.2.Учебные плакаты, учебные стенды

4. Порядок проведения работы

4.1.Изучить электрическую схему интегрального регулятора напряжения.

4.2.Изучить принцип работы интегрального регулятора напряжения.

4.3.Снять с генератора щеткодержатель.

4.4.Ознакомиться с установкой интегрального регулятора напряжения в щеткодержателе.

4.5.Ознакомиться с конструкцией интегрального регулятора напряжения

4.6.Используя образцы, представленные на учебном стенде, ознакомится с расположением безкорпусных полупроводниковых элементов и подложки с толстопленочными резисторами внутри корпуса интегрального регулятора.

4.7.Установить интегральный регулятор в щеткодержатель.

5.Содержание отчета.

5.1.Принципиальная схема регулирования напряжения генератора при помощи регулятора напряжения.

5.2.Описание назначения основных элементов регуляторов напряжения.

5.3.Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112А1.

5.4.Описание основных элементов электрической схемы интегрального регулятора напряжения Я112А1.

24

5.5.Описание принципа работы интегрального регулятора напряжения Я112А1.

5.6.Описание конструкции интегрального регулятора напряжения.

6 Контрольные вопросы.

6.1.Почему необходимо использовать регулятор напряжения при работе генератора?

6.2.Какие основные элементы должен включать в себя регулятор напряжения любой конструкции?

6.3.В какую электрическую цепь генератора включается регулятор напряжения?

6.4.В чем состоит принцип регулирования напряжения?

6.5.Каковы преимущества интегральных регуляторов напряжения, встраиваемых в генератор, по сравнению с выносными полупроводниковыми регуляторами напряжения?

6.6.Почему необходимо ограничивать значение минимальной частоты регулируемого напряжения?

6.7.На какую максимальную силу тока рассчитаны интегральные регуляторы напряжения?

6.8.Какие основные элементы включает в себя электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112А1 и их назначение?

6.9.Объясните принцип работы регулятора напряжения Я112А1.

6.10.Как выполнены в интегральном регуляторе напряжения резисторы и полупроводниковые элементы?

6.11.Как происходит охлаждение полупроводниковых элементов в интегральном регуляторе напряжения?

6.12.Каковы особенности конструкции корпуса и выводов регулятора напряжения Я112А1?

25