Автомобили и тракторы

Рис. 3.2. Принципиальная схема трехфазной генераторной установки (а) и диаграммы напряжений (б):

Uф1, Uф2, Uф3 – фазные напряжения 1-й, 2-й и 3-й обмоток статора; Uл – линейное напряжение; Ud – выпрямленное напряжение;

1, 2, 3 – обмотки трех фаз статора; 4 – диоды силового выпрямителя; 5 – аккумуляторная батарея; 6 – нагрузка; 7 – диоды выпрямителя обмотки

возбуждения; 8 – обмотки возбуждения; 9 – регулятор напряжения

При длительной стоянке автомобиля возможна разрядка АКБ на обмотку возбуждения 8, поэтому в некоторых моделях автомобильных генераторов обмотку возбуждения подсоединяют к дополнительному выпрямителю 7 с диодами VD9, VD10 и VD11. Аноды этих диодов соединены с выводом «Д». На обмотку возбуждения в этом случае подается только напряжение от генератора через выпрямитель 7 и плечо выпрямителя 4 с диодами VD2, VD4 и VD6. Ток в обмотке возбуждения значительно меньше, чем ток отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9, VD10 и VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2А.

Использование дополнительного выпрямителя имеет и негативную сторону, что связано с самовозбуждением генератора. Генератор может самовозбудиться при наличии в нем остаточного магнитного потока и довольно низком сопротивлении цепи возбуждения.

141

Поэтому для появления напряжения в рабочем диапазоне частот вращения его ротора в схеме используется контрольная лампа HL, обеспечивающая надежное возбуждение генератора. Лампа мощностью 2–3 Вт обеспечивает прохождение в обмотку возбуждения небольшого тока для возбуждения генератора при низких частотах вращения ротора.

Регулятор напряжения предназначен для поддержания напряжения бортовой сети в заданных пределах на всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки и температуры окружающей среды. Он также может выполнять дополнительные функции по защите элементов генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийных режимов работы генераторной установки. Все регуляторы напряжения, включая и зарубежные модели, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Напряжение генератора определяется тремя факторами: частотой вращения ротора генератора; силой тока, отдаваемого генератором в нагрузку; величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения.

Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора и наоборот – снижение тока возбуждения уменьшает напряжение. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения, приводя напряжение в установленные пределы.

Рассмотрим блок-схему регулятора напряжения, приведенную на рис. 3.3. Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение Ud генератора и преобразует его в сигнал Uизм, который в элементе 3 сравнивается с эталонным значением Uэт. Если величина Uизм отличается от Uэт, на выходе измерительного элемента появляется сигнал Uо, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы вернуть напряжение к эталонным (заданным) значениям.

Таким образом, к регулятору напряжения 1 должно быть подведено напряжение генератора 2 или напряжение от другого участка бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от АКБ, а также должна быть подсоединена обмотка возбуждения ге-

142

нератора. При расширении функций регулятора растет число подсоединений в схему.

Рис. 3.3. Блок-схема регулятора напряжения:

1 – регулятор; 2 – генератор; 3 – элемент сравнения; 4 – регулирующий элемент; 5 – измерительный элементный элемент

Развитие конструкций и схем регуляторов напряжения обусловлено стремлением сделать регулятор как можно более компактным, чтобы он занимал меньше места при его монтаже в генераторе, увеличить число выполняемых им функций, например, кроме стабилизации напряжения, сигнализировать о работоспособности генераторной установки, предотвращать разряд АКБ при неработающем двигателе, а также повысить качество выходного напряжения.

Рассмотрим этапы развития схем и конструкций регуляторов: вибрационные (РР24, РР25, РР380) и контактно-транзисторные реле регуляторы (РР362-Б, РР385-Б; бесконтактно-транзисторные регуляторы (РР350, РР-356, 201.3701); интегральные регуляторы напря-

жения (ИРН) типа Я112А, Я112Б, Я120Б, Я120АТ, Я112А1, Я112В1, Я120М1.

Все регуляторы являются регуляторами дискретного действия, переключающими цепь обмотки возбуждения из одного состояния в другое при напряжениях генератора Umax и Umin.

Схема вибрационного регулятора напряжения РР380 автомоби-

лей приведена на рис. 3.4. В данном регуляторе напряжения эталонной величиной является сила натяжения пружины, отжимающей якорь реле от его сердечника. Измерительный элемент регулятора – обмотка на сердечнике магнитопровода, она воспринимает напряжение генератора.

143

У регулятора РР380 имеется две пары контактов (размыкающие KV:1 и замыкающие KV:2), с помощью которых осуществляется двухступенчатое регулирование.

При замыкании контактов выключателя зажигания обмотка возбуждения через размыкающие контакты KV:1 регулятора снабжается электроэнергией от аккумуляторной батареи, в результате чего обеспечивается возбуждение генератора.

После пуска двигателя частота вращения ротора генератора увеличивается, напряжение возрастает. Соответственно возрастает сила тока в обмотке регулятора напряжения, магнитный поток в магнитопроводе и сила, с которой якорь электромагнита притягивается к сердечнику.

Контакты KV:1 размыкаются, когда сила притяжения якоря к сердечнику превысит препятствующую этому силу натяжения пружины. При размыкании контактов KV:1 в цепь обмотки возбуждения включается добавочный резистор Rд, сила тока возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. Когда напряжение становится ниже регулируемой величины, пружина возвращает якорь в исходное положение, контакты KV:1 вновь замыкаются и шунтируют резистор Rд. Сила тока в обмотке возбуждения возрастает, напряжение повышается. Далее процесс повторяется.

Рис. 3.4. Схема вибрационного регулятора напряжения РР380

144

Начиная с определенной частоты вращения ротора, напряжение на выводах генератора возрастает настолько, что под действием силы притяжения якоря к сердечнику замыкаются контакты KV:2. Обмотка возбуждения замыкается на массу. Сила тока возбуждения

инапряжение уменьшаются, пружина размыкает контакты KV:2,

иобмотка возбуждения вновь оказывается включенной в цепь питания, что приводит к повышению напряжения генератора.

Процессы регулирования напряжения на второй и первой ступенях аналогичны. Различие состоит в том, что постоянство напряжения на первой ступени достигается включением и выключением

резистора Rд в цепи обмотки возбуждения, на второй ступени – замыканием обмотки возбуждения на массу.

Резистор Rтк, включенный последовательно в цепь обмотки электромагнита регулятора, осуществляет его температурную компенсацию, т. е. снижает зависимость регулируемого напряжения от

температуры. Резистор Rтк изготовлен из провода, сопротивление которого мало изменяется с изменением температуры.

Термокомпенсацию обеспечивает также подвеска якоря реле на биметаллической пластине. Работу контактов облегчает катушка индуктивности L.

Настройку регулятора на нужное напряжение осуществляют изменением силы натяжения пружины при ее растяжении или сжатии.

Основное преимущество контактно-транзисторных регуляторов перед вибрационными – больший срок службы контактных пар. В контактно-транзисторных регуляторах основной ток возбуждения повышенной силы проходит через силовой транзистор. Функция контактной пары электромагнитного реле сводится к коммутации тока управления транзистором небольшой силы, который работает в режиме ключа. Контакты электромагнита, включенные в цепь базы транзистора, выполняют функции органа управления. Чувствительным элементом регулятора напряжения является обмотка электромагнита, находящаяся под напряжением генератора.

При напряжении генератора, меньшем регулируемого, контакты замкнуты, а благодаря наличию тока базы транзистор открыт. Сопротивление цепи возбуждения определяет только сопротивление самой обмотки возбуждения. С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора возрастает. При напряжении генератора больше регулируемого электромагнит преодолевает сопротивле-

145

ние пружины, и контакты замыкаются, шунтируя переход эмиттербаза. Транзистор запирается, а сопротивление цепи возбуждения увеличивается, так как ток возбуждения должен проходить через добавочный резистор. Уменьшение силы тока возбуждения вызывает уменьшение магнитного потока, ЭДС и напряжения генератора. Это в свою очередь приводит к ослаблению усилия электромагнита, и в какой-то момент контакты размыкаются. Этот процесс повторяется периодически, и напряжение генератора колеблется около заданного регулируемого напряжения. Схема контактно-транзисторного регулятора напряжения РР362 приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема контактно-транзисторного регулятора напряжения РР362

Роль регулирующего устройства реле выполняет транзистор VT, который через диод VD1 включен в цепь возбуждения. Управление транзистором осуществляет электромагнитное реле с двумя парами контактов KV:1 и KV:2. Реле имеет одну основную обмотку KV управления, оно включено по схеме с ускоряющим и выравнивающим резисторами. Функции выравнивающего резистора выполняет

146

диод VD1, который одновременно обеспечивает состояние отсечки транзистора. Необходимая степень насыщения транзистора обеспечивается подбором сопротивления Rб, по которому протекает ток базы. При включении выключателя зажигания в цепи эмиттер-база транзистора через диод смещения VD1 и резистор цепи базы Rб начинает протекать ток от аккумуляторной батареи. Этого достаточно, чтобы транзистор VT открылся и к источнику электроснабжения через диод VD1 и переход эмиттер-коллектор транзистора подключалась обмотка возбуждения. Напряжение генератора подводится к обмотке KV через диод VD1, ускоряющий резистор Rу и резистор термокомпенсации RТК. При возрастании напряжения с повышением частоты вращения ротора генератора замыкаются контакты KV:2. Переход эмиттер-база оказывается смещенным

вобратном направлении (потенциал эмиттера ниже потенциала базы на величину падения напряжения в диоде VD1). Обратное смещение этого перехода прерывает протекание тока в цепи базы транзистора и переводит его в закрытое состояние. Ток в обмотку возбуждения протекает через ускоряющий RУ и добавочный RВ резисторы, что приводит к снижению силы этого тока и напряжения генератора. Уменьшение напряжения вызывает размыкание контактов KV:2, отпирание транзистора VT и подключение обмотки возбуждения непосредственно к источнику электроснабжения. Сила тока возбуждения и напряжение генератора возрастают. Далее процесс

периодически повторяется. Ускоряющий резистор Rу является элементом жесткой обратной связи. Когда транзистор VT находится

всостоянии насыщения (открыт), через резистор Rу протекает ток обмотки электромагнитного реле KV. При закрытом транзисторе сила тока увеличивается на величину силы тока обмотки возбуждения. Следовательно, при переходе транзистора в состояние отсечки (за-

крытое) падение напряжения на резисторе Rу резко возрастает, что приводит к скачкообразному изменению напряжения на обмотке электромагнита KV. При этом сокращается время разомкнутого состояния контактов и, как следствие, повышается частота их вибрации и уменьшается амплитуда колебаний регулируемого напряжения.

Поскольку транзисторы чувствительны даже к кратковременным перегрузкам, в регуляторе РР362 предусмотрена защита от коротких замыканий. Функции защиты выполняет электро магнитное реле с замыкающими контактами KV:1. Реле KА, имеющее одну об-

147

мотку управления, включенную через размыкающие контакты KV:1 и диод VD2 параллельно транзистору VT, переключается в активное состояние и становится неработоспособным вследствие теплового пробоя. К основной обмотке реле KА защиты через замкнувшие контакты KV:1 подается напряжение аккумуляторной батареи. Реле защиты срабатывает, замыкая контакты KА:1. Транзистор переключается из активного состояния в состояние отсечки. Контакты реле защиты будут замкнуты до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание.

Основу бесконтактных транзисторных регуляторов напряже-

ния составляют транзисторные реле с эмиттерной и коллекторной обратной связью.

Регулятор напряжения 13.3702 (рис. 3.6), работающий в комплекте с генератором 16.3701, имеет измерительный элемент – делитель на резисторах R1 и R2. Делитель соединен с элементом сравнения – стабилитроном VD1. Электронное реле регулятора собрано на транзисторах VT1, VT2 и VT3. Силовым транзистором в выходной цепи регулятора является составной транзистор VT2, VT3. Обмотка возбуждения генератора соединена с выводом «+».

Цепь жесткой обратной связи состоит из резисторов R3, R4 и диода VD2. При закрытом транзисторе VT1 одно из плеч делителя напряжения образуется параллельно включенным резистором R1 (он является подстроечным) и последовательно соединенными между собой резисторами R3 и R4. При переходе в состояние насыщения транзистор VT1 шунтирует совместно с диодом VD2 резистор R4. Напряжение на стабилитроне резко уменьшается, что приводит к ускоренному переключению транзистора в состояние отсечки. Таким образом, цепь жесткой обратной связи повышает частоту переключения регулятора напряжения.

Гибкая обратная связь, обеспечиваемая конденсаторами C1 и C2, снижает влияние электромагнитных помех, в том числе и пульсаций выпрямленного напряжения, на работу регулятора напряжения и предотвращает возможность его самовозбуждения при высокой частоте.

Гибкой обратной связью является также цепь конденсатор C3 – резистор R9. Она обеспечивает ускоренное запирание транзисторов регулятора. Конденсатор C4 фильтрует высокочастотные импульсы на входе в регулятор.

148

В регуляторе предусмотрены два элемента защиты. От токовых перегрузок выходной транзистор защищен предохранителем FА, а от импульсов напряжения обратной полярности – диодом VD5.

Рис. 3.6. Схема бесконтактно-транзисторного регулятора напряжения 13.3702

На рис. 3.7 приведена схема интегрального релерегулятора

Я112-В. В регуляторе входной делитель напряжения собран на резисторах R1, R2 и R3. Элементом сравнения служит стабилитрон VD1. В выходной цепи находится составной транзистор VT2, VT3. Надежное запирание составного транзистора обеспечивает диод VD2. Диод VD3 является гасящим. Гибкую обратную связь осуществляет цепь C2 – R7 – C1.

Входная цепь регулятора Я112-В снабжается электроэнергией через отдельный вывод «Б». Если напряжение на выводе «Б» отсутствует, то отсутствует и базовый ток составляющего транзистора VT2, VT3. Транзистор закрыт, и протекание тока в цепи обмотки возбуждения невозможно.

Если прерывание тока в цепи возбуждения при неработающем двигателе осуществляется другим путем, выводы «Б» и «В» соединены между собой перемычкой внутри регулятора и наружу выведен только вывод «В». Регулятор Я-112В используется с индукторными генераторами.

149