235

РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине

«Электрооборудование автомобилей»

+14 В

IВ

ГЕН РН

Ш Ш

3

Министерство образования РФ Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра "Автомобили и безопасность движения"

РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине

«Электрооборудование автомобилей»

Составители: П.Н. Малюгин, В.А. Ковригин

Омск Издательство СибАДИ

2003

4

УДК 629.113.066 (035) ББК 39.33-04

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.Ф. Бакалов.

Работа одобрена методической комиссией факультета «Автомобильный транспорт» в качестве методических указаний по выполнению лабораторной работы № 4 для специальностей 150200 и 240400.

Регуляторы напряжения: Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине «Электрооборудование автомобилей»/ Сост.: П.Н.Малюгин, В.А.Ковригин. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. – 32 с.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 150200 и 240400 дневной и заочной форм обучения.

Указания содержат теоретическую и практическую части.

В теоретической части описаны принцип действия и схемы подключения полупроводниковых приборов: диодов, стабилитронов, транзисторов и операционных усилителей. Изложен принцип работы простейших, вибрационных регуляторов напряжения, в том числе регулятора РР380, применяемого для генераторов переменного тока автомобилей ВАЗ. Представлены электрические схемы, работа и настройка транзисторных регуляторов напряжения на базе транзисторов прямой и обратной проводимостей, а также интегральных регуляторов напряжения.

Описан порядок выполнения лабораторной работы: проверки технического состояния регулятора напряжения, настройки регуляторов и определения регулировочной характеристики генератора. Даны контрольные вопросы для защиты работы.

Ил. 19. Табл. 3. Библиогр.: 4 назв.

Издательство СибАДИ, 2003

5

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1. ВИБРАЦИОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . 5 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 2.1. Диоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2. Стабилитроны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3. Транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4. Операционные усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. ТРАНЗИСТОРНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ. . . . . . . . . . . 19 3.1. Блок схемы транзисторных регуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2. Транзисторный регулятор напряжения РР350. . . . . . . . . . . . . . . . 21 4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 24 5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИ-. . . . .27

ЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ» 5.1. Оборудование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.2. Порядок выполнения лабораторной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.3. Обработка результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

ВВЕДЕНИЕ

На автомобилях для обеспечения надежного снабжения электрической энергией потребителей и зарядки аккумуляторной батареи применяется автоматическое регулирование напряжения в бортовой сети. Для это-

6

го на автомобили устанавливают отдельные регуляторы напряжения или применяют интегральные регуляторы, встроенные в генераторы.

Целью выполнения лабораторной работы является изучение принципа работы транзисторных и интегральных регуляторов напряжения и их настройки, а также ознакомление с методами определения их технического состояния.

Перед изучением транзисторных регуляторов напряжения сначала нужно изучить работу простых вибрационных регуляторов напряжения и полупроводниковых приборов.

По результатам выполнения лабораторной работы составляется отчет. Отчет должен содержать цель работы, электрические схемы, результаты определения регулировочной характеристики генератора, письменное заключение о техническом состоянии регулятора напряжения.

Порядок выполнения лабораторной работы:

-получение допуска к выполнению лабораторной работы у преподавателя (для этого нужно ознакомиться с техникой безопасности и изучить работу регуляторов напряжения);

-выполнение практической (экспериментальной) части лабораторной работы;

-обработка результатов, построение регулировочной характеристики генератора;

-написание заключения о техническом состоянии регулятора напряжения;

-защита лабораторной работы по прилагаемым контрольным вопросам.

Техника безопасности при выполнении работ следующая. Выполнение лабораторной работы не предусматривает соблюдение

особых мер предосторожности и правил техники безопасности.

Работы по настройке регулятора напряжения следует выполнять аккуратно, не прилагая больших усилий при пайке подстроечных резисторов или регулировки натяжения пружин.

При испытаниях генератора напряжение на его клеммах не превышает 36 В и является безопасным.

Генератор на стенд устанавливается с помощью переходной муфты. При установке генератора не следует вплотную прижимать муфту к крышке генератора, нужно выставить зазор 1...3 мм. При испытаниях генератора не следует стоять в плоскости вращения соединительной муфты.

1. ВИБРАЦИОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Вибрационные регуляторы напряжения изготавливаются на базе электромагнитных реле постоянного тока. Регулятор напряжения управляет работой генератора путем изменения тока возбуждения: при подаче тока

7

генератор вырабатывает электрический ток и на его выводах образуется напряжение, а при отсутствии тока возбуждения ротор генератора вращается вхолостую.

Их работа основана на релейном принципе действия. Регулятор напряжения подает ток возбуждения на обмотку возбуждения генератора с запасом, больше, чем требуется, а затем снижает ток, когда напряжение в бортовой сети автомобиля превышает допустимое. В результате регулятор поддерживает среднее значение тока возбуждения такой величины, что среднее напряжение генератора поддерживается на нужном уровне.

При работе генератора регулятор напряжения непрерывно контролирует напряжение в бортовой сети автомобиля, периодически с частотой более 25 Гц включает или выключает обмотку возбуждения. Если частота работы регулятора напряжения снижается до 20 Гц и менее, то в бортовой сети автомобиля возникают большие колебания напряжения, электрические помехи, электрические лампы начинают мигать с этой частотой.

Вибрационные регуляторы напряжения на автомобилях практически не применяются, но они до сих пор широко используются на строительнодорожной и другой технике. Изучение принципа работы таких регуляторов необходимо для понимания функционирования более сложных транзисторных регуляторов.

Вибрационные регуляторы напряжения собираются на базе электромагнитного реле (рис. 1). Реле состоит из магнитопровода 1, представляющего собой магнитомягкий стальной сердечник. На магнитопроводе установлена обмотка медного провода 2, рассчитанная на бортовое напряжение 14 или 28 В. От магнитопровода обмотка изолирована картонным или пластмассовым изолятором. В верхней части реле установлен на шарнире якорь 3. Якорь изготавливается тоже из магнитного материала, он представляет собой легкую и тонкую пластину. На правом конце якоря установлен подвижный контакт 5, а к левому концу подсоединена пружина 4. Пружина поддерживает подвижный контакт реле в замкнутом состоянии с верхним неподвижным контактом. Верхний контакт фиксируется в корпусе реле с помощью изолятора. При прохождении электрического тока через обмотку реле магнитопровод намагничивается и якорь поворачивается по часовой стрелке, притягивается к сердечнику катушки. Контакты реле размыкаются. Последовательно с контактами регулятора напряжения подключена обмотка возбуждения генератора. Обмотка реле подсоединяется к выводу “+” генератора.

Рис. 1. Вибрационный регулятор напряжения: 1 – магнитопровод; 2 – обмотка; 3 – якорь; 4 – пружина; 5 – контакты; 6 – кронштейн;

ГЕН – генератор; RД - дополнительный резистор

Работа регулятора напряжения заключается в следующем.

При малом напряжении в бортовой сети пружина реле поддерживает контакты в замкнутом состоянии. Из бортовой сети от батареи или от генератора на обмотку возбуждения подается ток возбуждения. Этот ток постепенно нарастает до максимально возможной величины. Быстрому нарастанию тока препятствует электродвижущая сила самоиндукции (ЭДС), возникающая в обмотке возбуждения с большой индуктивностью. По мере нарастания тока увеличивается напряжение на выходе генератора (рис. 2).

При увеличении напряжения в бортовой сети возрастает ток обмотки реле. Сердечник реле и магнитопровод намагничиваются и увеличивается сила притяжения якоря реле. Когда напряжение в бортовой сети достигнет верхнего порога регулирования, тогда магнитная сила притяжения якоря превысит силу натяжения пружины и контакты разомкнуться. При размыкании контактов ток возбуждения начинает проходить через дополнительный резистор RД и плавно снижается (см. рис. 2). Напряжение генератора уменьшается.

Когда напряжение в бортовой сети снизится до нижнего порога регулирования, тогда сила натяжения пружины превысит электромагнитную силу обмотки реле и контакты снова замкнутся (см. рис. 2). Напряжение снова возрастает и так далее. В результате контакты реле периодически замыкаются и размыкаются.

Дополнительный резистор RД обеспечивает снижение тока возбуждения, но главной его функцией является снижение искрения контактов и их электрической эрозии. Через этот резистор при размыкании контактов проходит весь ток возбуждения генератора в прежнем направлении, а в схеме без резистора на них подается ЭДС самоиндукции 200…300 В и образуется дуговой разряд.

UГ Umax

Uср

Umin

9

tЗ tР TЦ

t

Рис. 2. Диаграмма работы вибрационного регулятора напряжения: UГ - напряжение генератора; IВ- ток возбуждения; tЗ, tР –время замкнутого и разомкнутого состояния контактов; TЦ = tЗ + tР – период работы контактов

Напряжение в бортовой сети при работе регулятора меняется от минимального до максимального значения и среднее его значение соответст-

вует 13,0…15,5 В.

Величина регулируемого напряжения устанавливается в зависимости от климатической зоны и места размещения аккумуляторной батареи (табл. 1). Это напряжение зависит от времени года и при переходе от зимней эксплуатации к летной (или наоборот) производится настройка регулятора напряжения.

Конструкция вибрационного регулятора допускает простую его настройку (регулировку). Регулируемое напряжение UСР зависит от натяжения пружины и величины воздушного зазора между якорем и сердечником обмотки (см. рис. 1):

UСР = c FПР,

где c – постоянная регулятора; – воздушный зазор; FПР - сила натяжения пружины.

Для увеличения напряжения генератора нужно натянуть пружину, отгибая вниз кронштейн, а для снижения - ослабить.

Таблица 1

Рекомендуемая величина регулируемого напряжения генератора при различном месте установки батареи

10

Среднее значение тока возбуждения генератора с регулятором зависит от число частоты вращения ротора генератора (рис. 3). С ростом частоты вращения (при неизменной нагрузке на генератор или ее отсутствии) средний ток возбуждения снижается. Ток возбуждения достигает максимальной величины при начальной частоте вращения ротора генератора, и его последующее снижение является основным признаком, по которому проверяется на практике работоспособность регулятора напряжения. Зависимости напряжения и тока возбуждения генератора с регулятором напряжения от частоты вращения ротора называют регулировочной характеристикой.

UГ UГ

IВ

При малой частоте вращения ротора контакты регулятора длительное время tЗ находятся в замкнутом состоянии и размыкаются на короткие интервалы tР (см. рис. 2). С ростом частоты вращения время замкнутого состояния контактов сокращается, а разомкнутого увеличивается и средний ток возбуждения снижается.

Реальные схемы вибрационных регуляторов напряжения, применяемых с генераторами постоянного тока, намного сложнее. Регуляторы напряжения снабжаются резисторами температурной компенсации или магнитными шунтами, магнитное сопротивление которых зависит от температуры. На сердечники реле наматываются дополнительные ускоряющие обмотки или же устанавливаются ускоряющие сопротивления. Они необходимы для повышения частоты вибраций контактов и снижения пульсаций

11

света ламп фар. Для устранения искажений, вносимых ускоряющими элементами, устанавливаются выравнивающие сопротивления или резисторы.

Для генераторов постоянного тока применяют трехэлементные релерегуляторы, содержащие регуляторы напряжения, ограничители тока (защита генератора от перегрузки) и реле обратного тока (устранение разряда батареи на генератор).

На автомобилях ВАЗ 2101 применяется вибрационный регулятор напряжения РР 380, электрическая схема которого показана на рис. 4.

Рис. 4. Регулятор напряжения РР 380: RТ - резистор температурной компенсации; RД - дополнительный резистор; ДР - дроссель; К1,К2 - верхняя и нижняя пара контактов; ВЗ - контакты в замке зажигания

Электромагнитное реле регулятора содержит две пары контактов. При низком напряжении генератора верхние контакты К1 замкнуты пружиной. При большом напряжении верхние контакты разомкнуты, а нижняя пара контактов К2 замкнута. На обмотку реле ток подается из бортовой сети через резистор температурной компенсации RТ. С ростом температуры окружающего воздуха сопротивление терморезистора уменьшается, увеличивается ток обмотки реле и снижается регулируемое напряжение. Параллельно верхним контактам К1 включен дополнительный резистор RД и дроссель ДР. Резистор обеспечивает снижение тока возбуждения при размыкании верхних контактов, а дроссель снижает скорость нарастания тока возбуждения генератора при размыкании нижней пары контактов.

При частоте вращения ротора генератора меньше среднего значения работает первая ступень регулятора: замыкается и размыкается верхняя пара контактов. При большой частоте вступает в работу вторая ступень регулирования: замыкается и размыкается нижняя пара контактов.

На первой ступени регулирования при малом напряжении генератора пружина поддерживает контакты К1 в замкнутом состоянии и на обмотку возбуждения подается полный ток. Он проходит через предварительно включенные контакты в замке зажигания ВЗ, контакты К1, клемму Ш регулятора, клемму Ш генератора, обмотку возбуждения и поступает на массу.

12