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

Автоматическое температурное корректирование величины ре­ гулируемого напряжения целесообразно в том случае, когда ре­ гулятор и аккумуляторная батарея находятся в одинаковых тем­ пературных условиях. Если же регулятор находится под капотом двигателя, а аккумуляторная батарея имеет наружную установку, то зарядный режим не будет соответствовать техническим требо­ ваниям, так как в зимних условиях аккумуляторная батарея бу­ дет систематически недозаряжатьея. Если путем увеличения упру-

Рис. 32. Схема двух регуляторов напряжения и двух генераторов, работающих на одну бортовую сеть.

гости пружины повысить напряжение генератора для обеспечения полноты зарядки в зимних условиях, то в летних условиях в за­ ряженной батарее будет большой ток и износ пластин аккумуля­ торов ускорится. Причиной этого является то, что температура под капотом двигателя зимой и летом близка к 50 °С, так как в зимних условиях применяют утеплительный капот и закрывают жалюзи.

Регулирование напряжения генераторов при их параллельной работе на бортовую сеть. В тех случаях, когда на бронетранспор­ тере или тягаче имеются два генератора, работающие на борто­ вую сеть, регуляторы напряжения снабжают уравнительными об­ мотками (рис. 32), назначение которых обеспечить равномерное распределение тока нагрузки между генераторами.

Чтобы нагрузка на генераторы распределялась равномерно, необходимым условием является равенство напряжений, поддер­ живаемых регуляторами на зажимах генераторов, т. е. U\ = U2-

их роль выполняют последовательные обмотки, имеющиеся в ре­ ле-регуляторах. Например: обмотка регулятора тока и обмотка реле обратного тока. Напряжение бортовой сети Uc равно сумме

60

напряжения генератора U\ и падения напряжения в уравнитель­ ном сопротивлении, т. е.

Uc — U\ -f- I\R\,

откуда

u , = u c- щ ,

Ua= U e - I 2R 2.

Если / 1 /2 при равенстве уравнительных сопротивлений, то

Уравнительные обмотки включены так, что ампер-витки об­ мотки. ОУ левого регулятора будут дополнять магнитное поле, созданное током в обмотке ОРН, а ампер-витки обмотки ОУ пра­ вого регулятора будут уменьшать магнитный поток в сердечнике. В связи с этим левый регулятор несколько понизит напряжение первого генератора, а правый регулятор несколько повысит на­ пряжение второго генератора, и, когда будет достигнуто равен­ ство напряжений, уравнительный ток исчезнет и нагрузка гене­ раторов станет равной.

Чувствительность системы зависит от намагничивающей силы уравнительных обмоток при той же разности токов нагрузки на генераторы. Это достигают увеличением числа витков обмоток ОУ. Повышение чувствительности системы позволяет равномернее распределять нагрузку на генераторы.

Бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения. Ранее рассматривалась схема контактного транзисторного регулятора напряжения, в котором измерительным элементом являлся элект­ ромагнитный вибратор, а регулирующим элементом— транзистор, изменяющий величину тока возбуждения генератора в соответст­ вии с нагрузкой и числом оборотов якоря. Однако в вибрацион­ ном измерителе имеются контакты, а следовательно и все недо­ статки, свойственные их работе: окисление рабочих поверхностей контактов и усталость пружины. Бесконтактные регуляторы сво­ бодны от указанных недостатков.

Схема простейшего бесконтактного транзисторного регулятора представлена на рис. 33.

Измерительное устройство состоит из стабилитрона Ст (Д-809 или Д-808) и сопротивлений Я2 и R3. Транзистор Т\ (П209) вы­ полняет функцию предварительного усиления сигнала, получае­ мого от измерительного устройства; транзистор Т2 (П4Б) являет­ ся усилителем мощности.

Измерительное устройство работает так. При малом напряже­ нии генератора, т. е. когда оно меньше напряжения «пробоя» ста­

61

билитрона, ток в сопротивлениях R2 и R3 близок к нулю; потен­ циал базы транзистора Т\ равен потенциалу генератора, а потен­ циал эмиттера ниже потенциала базы на величину падения напря­ жения на сопротивлении R ь Транзистор Т\ находится в режиме «отсечки», а транзистор Т2— в режиме полного насыщения, так: как его база имеет отрицательный потенциал. При этом ток воз­ буждения может достигать наибольшего значения, и напряжение генератора повышается. Когда оно достигнет напряжения стаби­ лизации, происходит «пробой» стабилитрона и потенциал базы

Рис. 33. Схема бесконтактного транзисторного регу­ лятора напряжения.

транзистора 7\ резко уменьшается. Транзистор переходит в режим, насыщения, сопротивление на переходе эмиттер — коллектор уменьшается, тр!анзистор Т2 переходит в режим «отсечки» и ток возбуждения генератора понижается. При этом понижается на­ пряжение генератора, сопротивление стабилитрона увеличивается, потенциал базы транзистора Т\ становится выше потенциала, эмиттера транзистора и переходит в режим «отсечки»; транзистор Т2 переходит в режим «открыт» и т. д.

В зависимости от числа оборотов якоря генератора и его на­ грузки время «отсечки» и положение «открыт» изменяются анало­ гично тому, как это имеет место при работе вибрационного регу­ лятора напряжения.

Сопротивление R i является сопротивлением обратной связи,, позволяющим повысить четкость работы транзистора 7\ в релей­ ном режиме. Сопротивление R i включено в эмиттерную цепь тран­ зистора Т2, и прикладываемое напряжение к переходу эмиттер — база равно разности падения напряжения на сопротивлениях

Ri и R2.

При переходе транзистора Т2 в режим «отсечки» ток возбуж­ дения и падение напряжения на сопротивлении Ri резко умень­ шается, потенциал эмиттера увеличивается, что способствует бо­ лее глубокому насыщению транзистора Т\ и «отсечке» транзи­ стора Т2.

62

С целью предотвратить возможность перехода транзистора Т2 в режим насыщения, что может иметь место при повышении тем­ пературы, в цепь эмиттера включен диод Д\, являющийся нели­ нейным сопротивлением. В режиме «отсечки» сопротивление дио­ да Д\ значительно больше, чем при «открытом» транзисторе, и ве­ личина падения напряжения на диоде в первом случае достаточ­ на, чтобы потенциал эмиттера был ниже потенциала базы.

В генераторах постоянного тока мощностью свыше 5 кет, кро­ ме сопротивления обратной связи, для обеспечения четкой работы транзисторов и уменьшения динамической погрешности регулиро­ вания применяют импульсный трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно обмотке возбуждения генера­ тора. Вторичная обмотка подключается к базе и эмиттеру тран­ зистора Т\ (рис. 67).

Сопротивление является нагрузкой транзистора Тх. Диод Дг позволяет замыкаться току самоиндукции обмотки возбуждения, что уменьшает напряжение на переходе эмиттер — коллектор транзистора Г2.

В генераторах переменного тока мощностью выше 1000 вт при­ меняют более сложную схему бесконтактного транзисторного ре­ гулятора, в котором используют частоту переменного тока в ка-

Рис. 34. Схема бесконтактного транзисторного регулятора с модуля­ тором широты импульсов.

честве задающего сигнала работы регулятора. Это позволяет уменьшить потери в транзисторах, получить большую четкость их работы и иметь малую динамическую погрешность регулирования.

На рис. 34 изображена схема синхронного генератора Г, си­ лового выпрямителя Д 2, состоящего из шести кремневых диодов, вмонтированных в крышку генератора и регулятора напряжения.

63-

ширины импульсов. Генератор подает на регулирующее устрой­ ство импульсы переменного напряжения посредством трансформа­

Регулятор работает следующим образом. Если напряжение ге­ нератора со стороны силового выпрямителя Д 2 ниже предписан­ ной величины, которую должен поддерживать регулятор, стабили­ трон заперт, а транзистор Тх находится в режиме «отсечки». В этом случае обмотки W3 и диоды Д\ отключены от силового выпрями­ теля, база транзистора Т2 находится под отрицательным потен­ циалом, транзистор — в режиме насыщения, и ток возбуждения генератора увеличивается. Как только напряжение генератора по­

Т2, и он переходит в режим «отсечки». Ток возбуждения генера­ тора уменьшается, э.д.с. в обмотке статора понижается, стабили­ трон закрывается, транзистор Тх переходит в режим «отсечки», а транзистор Т2— в режим насыщения и т. д.

Регулятор работает синхронно с частотой переменного напря­ жения генератора, и в зависимости от нагрузки на генератор из­ меняется ширина импульсов, т. е. при увеличении нагрузки тран­ зистор Т1 находится длительнее в режиме «отсечки», а транзи­ стор Т2— в режиме насыщения.

При увеличении числа оборотов индуктора генератора тран­ зистор Т1 более длительное время находится в режиме насыще­ ния, а транзистор Т2— в режиме «отсечки».

Конденсатор С обеспечивает большую четкость в работе тран­ зистора Т1, так как при уменьшении тока возбуждения генератора происходит зарядка конденсатора, повышается напряжение на ба­

Сопротивление Rs является сопротивлением обратной связи, что также форсирует работу транзисторов в релейном режиме.

В связи с тем, что средняя величина падения напряжения на сопротивлении Rs изменяется в соответствии с величиной тока воз­ буждения, т. е. при увеличении тока возбуждения падение напря­ жения больше и, наоборот, сопротивление R5 уменьшает статиче­

64

скую погрешность регулирования при изменении скоростного и на­ грузочного режимов генератора.

Влияние температуры на работу стабилитрона в измеритель­ ном устройстве крайне незначительно, и в транзисторных регуля­ торах напряжения специальных мер для термокомпенсации не при­ меняют. Однако в случае необходимости стабильного напряжения применяют специальные стабилитроны с термокомпенсацией, или в схему включают встречно два стабилитрона.

Для температурного корректирования работы регулятора при­ меняют терморезистор в потенциометре измерительного устрой­ ства.

Автоматическое регулирование тока нагрузки генераторов

При работе генератора на бортовую сеть возможны три ре­ жима:

—все потребители (кроме стартера), в том числе и аккумуля­ торная батарея, получают электрическую энергию от генератора;

—аккумуляторная батарея и генератор питают электрической энергией потребители;

—все потребители обеспечиваются электроэнергией от акку­ муляторной батареи.

Первый режим является основным рабочим режимом генера­ тора. Второй режим может быть при нагрузке, превышающей мощность генератора, а также при равенстве э.д.с. Третий режим имеет место при неработающем двигателе или при малом числе

оборотов коленчатого вала, до момента включения генератора в бортовую сеть.

При нагрузке на генератор, равной его номинальной мощности, аккумуляторная батарея не заряжается, и, если увеличить число включенных потребителей, она будет дополнять недостающую мощность генератора.

Распределение нагрузки между генераторами и аккумулятор­ ной батареей зависит от регулирующего устройства генератора. Так, например, при наличии регулятора постоянства напряжения величина зарядного тока не зависит от числа включенных потре­ бителей, если их мощность и мощность зарядного тока не превы­ шают номинальной мощности генератора.

При разряженной батарее, когда э.д.с. понижена, зарядный ток будет настолько большим, что даже при выключенных потреби­ телях генератор окажется перегруженным.

Генераторы конструируются для длительной работы в режиме номинальной нагрузки, величина которой лимитируется нагревом якорной обмотки и коллектора. Следовательно, генератор необ­ ходимо защитить от перегрузки.

На рис. 35 изображены две внешние характеристики автомо­ бильного генератора для двух скоростных режимов при отсутст­ вии регулирующих устройств. Как видно из графика 1, при на­

грузке током, равным максимальному (/тах), генератор теряет возбуждение и дальнейшая перегрузка шунтового генератора не­ возможна, а следовательно, возникает вопрос, нужна ли защита генератора от перегрузки. При большей скорости якоря (харак­ теристика 2) потеря возбуждения у генератора происходит при большем токе, который во много раз превышает номинальный ток нагрузки /н.

В том случае, когда имеется регулятор напряжения, ток на­

нагрузки, после чего он включается автоматически или его необ­ ходимо включить.

Для защиты генераторов от перегрузки широкое применение получили регуляторы тока нагрузки с использованием различных принципов регулирования. Так, например, в генераторах перемен­ ного тока используют индуктивное сопротивление обмоток ста­ тора, так называемое параметрическое регулирование.

Для генераторов постоянного тока до 3000 вт, устанавливае­ мых на танки, автомобили и тракторы, наибольшее применение получили вибрационные регуляторы тока нагрузки. Применяют также контактно-транзисторные или бесконтактные регуляторы.

Регуляторы тока нагрузки вступают в действие, когда нагруз­ ка на автомобильный генератор достигает 100% номинального значения. При перегрузке на 50% продолжительность работы не должна превышать 5 мин.

Иногда в танковых генераторах не применяют регулятор тока как средство защиты генератора от перегрузки, так как генера­ тор имеет достаточно большой запас мощности. В этом случае обязательно устанавливают плавкий предохранитель.

Вибрационный регулятор тока нагрузки генератора. Вибраци­ онный регулятор тока (рис. 36) состоит из электромагнита,, виб­

66

ратора и контактов. В отличие от регулятора напряжения на сердечнике регулятора тока располагается обмотка, включенная последовательно в цепь нагрузки и генератора. Обмотка регуля­ тора тока ОРТ выполнена из медного провода круглого или плос­ кого сечения. Так как обмотка ОРТ прово­ дит весь ток нагрузки, то поперечное сече­ ние ее должно быть достаточно большим.

Работает регулятор тока так. При изме­ нении числа включенных потребителей из­ меняется сопротивление нагрузки, т. е. чем больше включено потребителей, тем мень­ ОРТ

мального значения Imin, при котором пружина замкнет контакты. Вся дальнейшая работа вибрационного регулятора тока проте­ кает аналогично работе вибрационного регулятора напряжения.

висит от упругости пружины, величины воздушного промежутка между сердечником и вибратором, числа витков обмотки ОРТ и конфигурации магнитной цепи.

На рис. 37 приведены скоростные характеристики тока на­ грузки и тока возбуждения генератора при различной упругости, пружины вибратора: 1 и 3 — при большой, 2 и 4 — при малой. Из характеристик видно, что при большой нагрузке регулятор вступает в работу при большем числе оборотов, чем при малой нагрузке.

Конечное, т. е. максимальное число оборотов якоря, при ко­ тором регулятор тока должен сохранять работоспособность, опре­ деляется величиной добавочного сопротивления R a.

На рис. 38 приведены две характеристики /?д = ?(«„) для со­ хранения напряжения генератора в заданных пределах в режиме холостого хода и при номинальной нагрузке. Из характеристик видно, что при токе нагрузки 20 а и пя = 3000 об/мин, величина R / = 14 ом, а в режиме холостого хода R / ' = 60ом. Таким обра­ зом, для регулятора тока величина добавочного сопротивления может быть взята значительно меньше, чем для регулятора на­ пряжения. Следовательно, условия работы контактов у регулято­ ра тока легче, чем у регулятора напряжения, так как напряжение на контактах в момент их размыкания меньше (уравнение 29).

Рис. 38. Характеристики зависимости вели­ чины добавочного сопротивления при нагрузке и в режиме холостого хода.

уменьшение веса вибратора, повышение жесткости пружины, ускоряющая обмотка. Кроме того, в генераторах большой мощ­ ности для повышения надежности работы контактов применяют двуплечее регулирование тока нагрузки генератора или исполь­

тока используют колебания тока возбуждения, происходящие при работе контактов (рис. 39). Этого достигают ускоряющей обмот­ кой УО, которая включена последовательно в цепь обмотки воз­ буждения генератора. Из схемы видно, что намагничивание сер­ дечника происходит под суммарным действием ампер-витков об­ мотки регулятора тока ОРТ и обмотки УО. Как только ток на­ грузки достигает наибольшего значения (/тах) и происходит раз­ мыкание контактов, величина тока в ускоряющей обмотке резко уменьшается. В результате магнитный поток в сердечнике быстро уменьшается и контакты вновь замыкаются. Пределы изменения

68

тока в ускоряющей обмотке зависят от места включения доба­ вочного сопротивления. Так, например, в схеме на рис. 39 при размыкании контактов ток в обмотке УО равен току возбуждения, а если добавочное сопротивление включено непосредственно к об­ мотке возбуждения (на рис. 39 оно показано пунктом), то в мо­ мент размыкания контактов ток в ускоряющей обмотке будет па­ дать до нуля.

В некоторых схемах танковых регуляторов тока нагрузки на сердечнике располагают добавочное сопротивление, используемое

нее значение тока в ускоряющей обмотке уменьшается при увеличении числа оборотов якоря, так как в об­

мотке УО действует ток возбуждения генератора. В связи с тем, что действующие на вибратор ампер-витки остаются неизменными, с уменьшением тока возбуждения увеличивается ток нагрузки ге-. нератора. Величина повышения зависит от числа витков уско­ ряющей обмотки и схемы включения добавочного сопротивления.

Наличие статической погрешности в регуляторе тока нагрузки не опасно для генератора, так как при большом числе оборотов якоря условия охлаждения обмотки лучше, чем при малом. Авто­ матическое повышение тока нагрузки генератора с повышением скорости вращения даже желательно, так как повышается отдача генератора.

В целях повышения надежности работы контактной пары ви­ брационного регулятора тока в генераторах мощностью свыше 1500 вт применяют двуплечее регулирование. Действие двуплечего регулятора тока аналогично работе двуплечего регулятора напря­ жения. Этот способ применяют в реле-регуляторах типа РРТ-30

иРРТ-24.

Впроцессе эксплуатации генератора регулятор тока работает по времени меньше, чем регулятор напряжения; условия работы

69