книги из ГПНТБ / Можаев В.Н. Электрооборудование колесных и гусеничных машин учебное пособие

напряжение вновь повысится до £Утах; затем вновь первыми раз­

тельного пребывания контактов в замкнутом состоянии, а также индуктируемым током, который возбуждает спадающий магнит­ ный ПОТОК обмОТКИ R„{.

Если бы согласующие обмотки отсутствовали, то один из ви­ браторов, у которого пружина менее упруга, оставался в притя­

раторов средней и большой мощности, не прибегая к таким слож­ ным электрическим схемам и конструкциям регулирующих уст­ ройств. На рис. 23 представлена схема простейшего вибрационно­ го регулятора напряжения, действующего на ток возбуждения, при помощи транзистора, являющегося усилителем мощности. Об­ мотка возбуждения R H генератора включена в цепь коллектора К транзистора. Эмиттер Э соединен с полюсовой щеткой генера­ тора, а база Б — с потенциометром, состоящим из сопротивлений R\ и R2. При замкнутых контактах регулятора потенциал базы ниже потенциала эмиттера, и транзистор находится в режиме на­ сыщения (транзистор «открыт»). Его сопротивление минимальное,, и ток возбуждения достигает наибольшего значения.

При увеличении числа оборотов якоря генератора или при уменьшении нагрузки напряжение достигает £/шах, контакты регугулятора размыкаются, сопротивление R2 отключается, потенциал базы становится равным потенциалу эмиттера, транзистор пере­ ходит в режим «отсечки» и ток возбуждения уменьшается. Когда напряжение генератора достигает Umin, контакты вновь замыка­ ются и т. д.

50

Величина тока в потенциометре очень мала, цепь потенцио­ метра почти безиндуктивна, работа контактов протекает с ни­ чтожно малым искрением. В зависимости от мощности генератора и характеристик транзисторов их количество бывает различным.

Динамическая и статическая характеристики регулятора на­ пряжения.. Амплитуды колебания напряжения зависят от частоты колебаний вибратора (рис. 24), т. е.

ва вибрационного регулятора яв­ ляется величина динамической погрешности регулирования. Амп­

литудное колебание напряжения называют абсолютной динами­ ческой погрешностью, а отношение ее к среднему значению на­ пряжения, поддерживаемому ре­ гулятором, называют относитель­

системы регулятора. Для повышения частоты колебаний вибра­ тора, помимо уменьшения веса вибратора и увеличения упругой силы подвески, применяют электрические схемы, позволяющие быстро изменять величину магнитного потока в , сердечнике регу­ лятора. Этого достигают с помощью ускоряющей обмотки или ускоряющего сопротивления.

На рис. 25 изображена схема вибрационного регулятора на­ пряжения с ускоряющей обмоткой УО. Повышение частоты коле­ баний достигается следующим образом. До размыкания контак­

тов ампер-витки ускоряющей обмотки УО дополняют действие ампер-витков обмотки регулятора напряжения ОРН, т. е. обе об­ мотки действуют согласованно. Как только напряжение генера­ тора повысится до Umах, произойдет размыкание контактов и в об­ мотке возбуждения появится ток самоиндукции, направленный из обмотки возбуждения к точке, где он разветвится (см. стрел­ ки вне проводов): одна часть тока направится через ускоряющую обмотку УО, другая — через якорь и сопротивление Ra к точке Б, третья часть тока самоиндукции проявит себя в виде искры между контактами. В этом случае действие токов в обмотках ОРН и УО рассогласованное, т. е. ампер-витки ускоряющей обмотки ослабят поле, созданное ампер-витками обмотки ОРН\ в результате сила притяжения сердечника резко уменьшится, вибратор быстро воз­ вратится в исходное положение, контакты вновь замкнутся и т. д. Пути, проходимые вибратором, очень небольшие, так как контакт успевает отойти всего на несколько микронов.

Повысить число колебаний вибрато­ ра можно и без ускоряющей обмотки, используя вместо нее обмотку регулято­ ра напряжения. Для этого обмотку ОРН включают по схеме (рис. 26), из кото­ рой следует, что добавочное сопротив­ ление составлено из двух сопротивлений R y и R x. При замкнутых контактах обмотка ОРН соединяется с плюсовой щеткой через два параллельно вклю­

использования тока самоиндукции, возникающего в обмотке воз­ буждения генератора, и вследствие колебания потенциала точ­ ки 2 при работе контактов.

При повышении числа оборотов якоря или уменьшении нагруз­ ки на генератор напряжение достигает Н‘шах, размыкаются кон­ такты и последовательно обмотке возбуждения включаются сопро­ тивления R y и /?!• При этом возникающий в обмотке возбуждения

.ток самоиндукции в точке А разветвляется и часть его направ­ ляется через обмотку ОРН и сопротивление R i в обмотку возбуж­ дения. В результате обмотка ОРН оказывается под алгебраиче­ ской суммой токов, магнитный поток сердечника резко уменьшает­ ся и контакты быстро вновь замыкаются. Кроме того, повышению частоты колебаний способствуют изменения величины падения на­ пряжения на сопротивлении R y. До размыкания контактов оно пропускало часть тока, питающего обмотку ОРН. После размыка­ ния контактов оно пропускает и ток возбуждения, благодаря чему величина падения напряжения на нем резко увеличивается.

52

Напряжение генератора UT и напряжение на обмотке О Р Н — ^ орн различаются на величину падения напряжения на ускоряю­ щем сопротивлении Uy, т. е.

(32)

До момента размыкания контактов напряжение генератора достигало Umax и обмотка ОРН была под разностью UT— Uy =

Применение ускоряющей обмотки или ускоряющего сопротив­ ления с целью уменьшения динамической погрешности регулиро­ вания вносит статическую погрешность в работу вибрационного

Из графика 2 видно, что при наличии ускоряющей обмотки на­ пряжение повышается. Разность между напряжением при данном числе оборотов и средним значением напряжения называется аб­ солютной статической погрешностью регулирования по угловой скорости. Статизм регулятора оценивается относительной стати­

Если в вибрационном регуляторе не предпринято специальных мер для уменьшения статизма по угловой скорости, то он может достигать 10—15%.

Появление статизма объясняется тем, что ускоряющая обмотка (рис. 25) включена параллельно обмотке возбуждения при замк­ нутых контактах регулятора и среднее значение тока в обмотке

53

УО так же, как и в обмотке возбуждения генератора, зависит от времени замкнутого и разомкнутого их состояния. Из характери­ стики 5 среднего значения тока в обмотке УО следует, что намаг­ ничивающее действие ускоряющей обмотки уменьшается по мере увеличения числа оборотов якоря; это равноценно увеличению упругости пружины, следовательно, и увеличению регулируемого напряжения.

Если в цепь ускоряющей обмотки включить диод, то при замк­ нутых контактах в ускоряющей обмотке ток близок к нулю. В мо­ мент размыкания контактов под действием э.д.с. самоиндукции, возникающей в обмотке возбуждения генератора, появляется ток в ускоряющей обмотке, в результате чего резко уменьшается маг­ нитный поток в сердечнике регулятора и контакты быстро замы­ каются. Таким образом, частота колебаний вибратора повышается,

ипочти не возникает статическая погрешность регулирования. При наличии ускоряющего сопротивления (рис. 26) статиче­

ская погрешность в работе регулятора вызывается изменением ве­ личины падения напряжения U1-2 на ускоряющем сопротивле­ нии R y.

При работе генератора напряжение на его зажимах равно сум­ ме падений напряжения в обмотке возбуждения и добавочном со­

При увеличении числа оборотов якоря первое слагаемое умень­ шается, так как регулятор напряжения уменьшает величину тока возбуждения; при этом второе слагаемое увеличивается вследст­ вие увеличения времени разомкнутого состояния контактов. Уско­ ряющее сопротивление R y является частью добавочного сопротив­ ления, т. е.

Rn = R y-\- R^

Поэтому падение напряжения на ускоряющем сопротивлении также соответственно увеличивается.

Из уравнения (32) следует, что при увеличении падения на­ пряжения на ускоряющем сопротивлении Uy и постоянстве сред­ него напряжения и оря на зажимах обмотки ОРН неизбежно по­ вышение регулируемого напряжения Ur генератора, т. е. появляет­ ся статизм в работе регулятора напряжения.

Чтобы устранить полностью или частично уменьшить статизм регулятора напряжения, вызванный ускоряющей обмоткой или ускоряющим сопротивлением, применяют выравнивающую обмот­ ку или выравнивающее сопротивление.

На рис. 28 изображена схема вибрационного регулятора на­ пряжения с ускоряющим сопротивлением и выравнивающей об­ моткой. Из схемы видно, что выравнивающая обмотка ВО вклю-

54

йена последовательно в цепь обмотки возбуждений генератора и создает магнитный поток, встречно-направленный потоку обмот­

тивлении может быть компенси­ ровано понижением напряжения на обмотке ОРН, в результате

55

U в, т. е. при большом числе оборотов якоря регулятор поддер­ живает ток возбуждения генератора меньшей величины и падение

При соответствующем подборе величин сопротивлений R B и R r достигают снятия статической погрешности по угловой скорости якоря, т. е. при увеличении числа оборотов якоря величина паде­ ния напряжения на выравнивающем сопротивлении уменьшается пропорционально увеличению падения напряжения на ускоряю­ щем сопротивлении. Поэтому напряжение на зажимах генератора остается постоянным на всем диапазоне работы регулятора.

В связи с тем, что ускоряющее сопротивление включено по­ следовательно обмотке возбуждения, несмотря на то, что оно всего в 1 ом, начальное число оборотов генератора больше, чем при вы­ равнивающей обмотке и генератор включается в бортовую сеть автомобиля при большой скорости машины.

Применение выравнивающей обмотки или выравнивающего со­ противления уменьшает статическую погрешность регулятора на­ пряжения не только при изменении скоростного режима генера­ тора, но улучшает характеристику регулятора и при изменении нагрузки на генератор. Например: при увеличении нагрузки на ге­ нератор величина тока возбуждения увеличивается, и размагни­ чивающее действие выравнивающей обмотки усиливается. В связи с этим действующий на вибратор магнитный поток сердечника не­ сколько ослабевает, контакты регулятора более длительное время в замкнутом состоянии и поддерживаемое напряжение генератора повышается настолько, чтобы компенсировать увеличившееся па­ дение в проводах. То же происходит и при выравнивающем со­ противлении.

Температурная компенсация вибрационного регулятора напря­ жения. При работе вибрационного регулятора напряжения темпе­ ратура обмотки ОРН изменяется по двум причинам: теплового' действия тока и изменения температуры окружающего воздуха.

При повышении температуры электпическое сопротивление ме­ таллических проводников увеличивается. У чистых металлов тем­ пературный коэффициент выражен более ярко, чем у сплавов: на­ пример, у меди он равен 0,004, а у Константина — 0,000005. Сле­ довательно, при повышении температуры медного провода на 50°С, его сопротивление увеличивается на 20%. Из уравнения (27) сле­ дует, что в случае увеличения сопротивления RopH обмотки регу­ лятора напряжения соответственно увеличится и величина регу­ лируемого напряжения.

56

Если учесть, что генератор работает на бортовую сеть, в ко­ торой имеется и аккумуляторная батарея, то при повышении на­ пряжения генератора увеличится и зарядный ток, что нежелатель­ но при зарядке заряженной аккумуляторной батареи. Такое повы­ шение напряжения вредно и для других потребителей.

Для того чтобы устранить или уменьшить влияние температуры на режим работы регулятора, применяют средства, позволяющие получить частичную или полную компенсацию. При частичной ком­ пенсации часть обмотки регулятора напряжения выполняют из медного провода, а часть — из Константина; или последовательно’ обмотке ОРН, выполненной из медного провода, включают со­ противление температурной компенсации, изготовленное из Кон­ стантина. Для полной температурной компенсации константан заменяют термосопротивлением (терморезистором), который име­ ет отрицательный температурный коэффициент электрического со­ противления.

Так как сопротивление в цепи обмотки регулятора напряже­ ния повышается главным образом за счет увеличения сопротивле­ ния медного провода, то чем меньше оно, тем меньше отклонение величины регулируемого напряжения от заданной. Вследствие того, что обмотка ОРН имеет достаточно большое число витков (1300— 1500), ее выполняют из медной проволоки диаметром 0,3— 0,35 мм, сопротивлением 15—20 ом и последовательно ей вклю­ чают термосопротивление.

Можно так подобрать сопротивление обмотки регулятора на­ пряжения и терморезистора, что суммарное сопротивление оста­ нется постоянным и регулятор, несмотря на изменение температу­ ры обмотки ОРН, сохранит величину напряжения на зажимах ге­ нератора.

Корректирование работы вибрационного регулятора напряже­ ния в зависимости от температурных условий. В зависимости от внешних температурных условий и места установки аккумулятор­ ной батареи на автомобиле, бронетранспортере или танке нахо­ дится температура электролита. От величины последней зависит величина зарядного напряжения, т. е. чем температура выше, тем ниже зарядное напряжение. Следовательно, для обеспечения пра­ вильного зарядного режима свинцово-кислотных аккумуляторов в различных температурных условиях необходима корректировка напряжения генератора, которое поддерживает регулятор. Для температурного корректирования работы регулятора напряжения применяют различные устройства, действующие автоматически или от руки.

Температурное корректирование осуществляют с помощью не­ большого реостата, включенного в цепь обмотки регулятора на­ пряжения; изменением упругой силы подвески вибратора-регуля­ тора или с помощью магнитного шунта; антиполюсом или термо­ резистором.

57

На регуляторах отечественного производства применяют пер­ вые три способа. Так, например, в реле-регуляторах РРТ-30

иРРТ-31Д применены реостаты. В реле-регуляторах РР24, РР8,

РР23 и других применяют магнитный шунт, а в реле-регуляторах

РР106 и РР107 — биметаллическую подвеску.

Рассмотрим средства автоматического температурного коррек­ тирования работы вибрационных регуляторов напряжения.

Для корректирования работы регулятора с помощью биметал­

(Ni — 36%, С — 0,25%, Si — 0,35 и остальное — Fe) температурный

металлической подвески в случае повышения температуры упру­ гая сила пластинки уменьшается, размыканиеконтактов происхо­ дит при меньшем магнитном поле, а регулятор поддерживает меньшее напряжение.

В некоторых зарубежных регуляторах биметалл применяют для изготовления крючка, за который зацеплена пружина регу­ лятора; в этом случае при изменении температуры изменяется предварительный натяг рабочей пружины, благодаря чему и кор­ ректируется величина регулируемого напряжения.

На рис. 30,6 изображена электромагнитная система регуля­

вов таковы, что при повышении температуры магнитная про­ ницаемость уменьшается и наоборот. На рис. 31 приведена зави­ симость магнитной индукции В от температуры при напряжен­ ности поля Н — 100 эрст. Работа регулятора напряжения с маг­ нитным шунтом протекает так. В сердечнике создается магнитный

■58

поток Фс ампер-витками обмотки регулятора напряжения ОРН. Часть этого потока Фв направлена через вибратор и является по­ током, воздействующим на вибратор, т. е. рабочим потоком, а часть магнитного потока сердечника замыкается через магнитный шунт Фш. Если пренебречь потоком рассеяния, то

а действующий на вибратор поток

Ф в ~ Ф с Фщ-

Сила притяжения сердечника зависит от потока, проходящего через вибратор, и, так как при изменении температуры упругость пружины .почти не изменяется, можно считать, что для работы ре­ гулятора требуется магнитный поток Фв, средняя величина кото­ рого также постоянна.

В случае повышения температуры окружающего воздуха маг­ нитная проницаемость шунта уменьшается и его шунтирующее действие ослабевает; при этом для создания в вибраторе рабочего потока необходимо меньше ампер-витков. Таким образом, регу­ лятор вступает в работу при меньшем напряжении. В случае по-

Рис. 31. Характеристика магнитной индукции шунта при изменении температуры.

нижения температуры регулятора магнитная проницаемость шун­ та увеличивается, и регулятор поддерживает напряжение повы­ шенным, что и требуется при зарядке свинцово-кислотных акку­ муляторов.

При установке аккумуляторной батареи на машине и непо­ средственном воздействии на нее окружающего воздуха потреб­ ное изменение регулируемого напряжения таково: при — 20 °С — 15 в; при 0°— 14,25 в; при + 1 8 ° — 13,5 в. Этого изменения на­ пряжения магнитный шунт или биметаллическая подвеска не обес­ печивают, а дают частичное корректирование.

59