Строительные машины и оборудование, справочник







Генераторные установки

Категория:
   Автомобили и трактора


Генераторные установки

Генераторная установка тока состоит из генератора и реле-регулятора.

Электрический генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор является основным источником энергии, идущей на питание всех потребителей электрической энергии и зарядку аккумуляторной батареи при работе двигателя при средней и большой частоте вращения коленчатого вала.

По принципу действия и устройству генераторы бывают постоянного и переменного тока.

На автомобилях и тракторах преимущественно устанавливают генераторы переменного тока напряжением или 24В мощностью от 150 до 3500 Вт.

Генераторы постоянного тока долгое время были одним из основных источников электрической энергии на автомобилях и тракторах. С увеличением мощности потребителей электрической энергии размеры и масса генераторов постоянного тока настолько возросли, что размещать их на двигателях стало затруднительно, а повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивало износ коллектора и щеток. Поэтому вместо генераторов постоянного тока выпускают генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно больше.

Особое значение генератор переменного тока приобретает при установке его на тракторах, которые работают в запыленной воздушной среде и подвергаются воздействию атмосферных осадков и сильной вибрации. С учетом специфики работы тракторные генераторы выпускаются в закрытом влагостойком исполнении с одноразовой смазкой на весь срок работы.

Генераторы переменного тока бывают с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Генераторы с возбуждением от постоянного магнита маломощны и имеют ограниченное применение на тракторах, где единственным потребителем электроэнергии являются осветительные приборы. Большинство генераторов, применяемых в настоящее время, имеют электромагнитное возбуждение.

Генераторная установка переменного тока состоит из генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора.

Генератор представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину, которая состоит из статора, ротора, передней и задней крышек, вентилятора и приводного шкива.

Статор собран из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности статора имеется равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной обмотки. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Фазовые обмотки статора соединены звездой, т. е. начала обмоток соединены вместе, а их концы присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор состоит из двух клювообразных шестиполюсных стальных наконечников и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, которые жестко закреплены на валу 5. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам, напрессованным на изоляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых подшипниках, помещенных в передней и задней крышках. Внутри задней крышки расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель со щетками и пружинами. На конце вала закреплен приводной шкив и вентилятор для обдува и охлаждения генератора. Приводной шкив может иметь разный диаметр, чем достигается унификация генераторов для различных типов автомобилей и тракторов.

При включенном зажигании ток из аккумуляторной батареи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюсы, индуктируя в обмотках статора переменную по величине и направлению ЭДС. Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, с помощью которого он преобразуется в постоянный и направляется к потребителям и на зарядку аккумуляторной батареи.

Таким образом, разница в работе генераторов постоянного и переменного тока заключается в том, что в генераторе постоянного тока магнитный поток обмотки возбуждения в пространстве неподвижен, а в генераторе переменного тока он вращается.

Для тракторных генераторов переменного тока применяются полупроводниковые выпрямители — селеновые и кремниевые. Селеновые выпрямители чувствительны к перегреву и имеют сравнительно большие размеры. Кремниевые выпрямители обладают высокой теплостойкостью, долговечны и малы по размерам, поэтому и получили широкое распространение.

Кремниевый выпрямитель состоит из шести кремниевых диодов, включенных по трехфазной мостовой схеме в общую электрическую схему трехфазного генератора переменного тока. Три диода прямой полярности установлены на специальной панели, имеющей хорошее охлаждение, а три обратной полярности крепятся к крышке генератора. Каждая фаза обмотки стартера соединена с двумя диодами разной полярности.

Диоды соединены с контактными пластинами и и с зажимами, к которым подключаются фазы обмотки статора. Контактные пластины и вместе с секциями блока диодов смонтированы на пластмассовой колодке, которая болтами и крепится к крышке генератора.

Свойство полупроводниковых выпрямителей пропускать ток только в одном направлении позволяет отказаться от реле обратного тока. Это значительно упрощает конструкцию и снижает стоимость реле-регулятора.

С увеличением мощности генератора растет и ток его возбуждения, цепь которого должна разрываться контактами регулятора напряжения. Возникающее при этом искрение вызывает подгорание и износ контактов, что приводит к уменьшению напряжения и мощности генератора. Недостатки вибрационных регуляторов особенно выявляются при работе с генераторами переменного тока, где ток возбуждения значительно больше, чем у генератора постоянного тока.

Рис. 1. Генератор переменного тока

Рис. 2. Схема контактно-транзисторного реле-регулятора: РН — регулятор напряжения; РЗ — реле защиты; ПО — последовательная обмотка; ВО — встречная обмотка; УО — удерживающая обмотка; Др — разделительный диод; Дг — гасящий диод; Дз — запирающий диод; Э. Б, К — эмиттер, база, коллектор транзистора; ВЗ, Ш, М — зажимы реле-регулятора; ОВ — обмотка возбуждения генератора; ОС — обмотка статора генератора; КД — кремниевые диоды генератора; ВБ — выключатель батареи; Рб — сопротивление в цепи базы транзистора; Рд — добавочное сопротивление; Р у — ускоряющее сопротивление; Ртк — сопротивление температурной компенсации

С целью устранения отмеченных недостатков разработаны контактно-транзисторные и бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения, работающие с генераторами переменного тока.

Наиболее распространенным контактно-транзисторным регулятором является реле-регулятор РР-362, в котором роль контактов, разрывающих цепь тока возбуждения, выполняет транзистор, а контакты регулятора напряжения только управляют работой.

На панели, изолир ованной от массы, размещены регулятор напряжения РН и реле РЗ, обеспечивающее защиту транзисторов от перегрузки током в случае короткого замыкания в обмотке возбуждения генератора.

Регулятор напряжения состоит из сердечника с одной обмоткой и контактов. Термокомпенсация РН осуществляется с помощью резистора RTh и термобиметаллической пластины ТБП.

Реле защиты состоит из сердечника и трех обмоток: последовательной ПО, вспомогательной ВО, удерживающей УО и одной пары контактов, разомкнутых в нерабочем состоянии. Обмотка ПО реле защиты включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора.

В цепь возбуждения генератора включены транзистор, запирающий диод Д3 и гасящий диод ДГ. Транзистор является усилителем и служит для управления током возбуждения генератора совместно с регулятором напряжения. Установленный в схеме диод Др размыкает цепь контактов РН и РЗ; диод Дг замыкает ток самоиндукции в обмотках реле; диод Д3 не пропускает ток самоиндукции в цепь.

При неработающем двигателе в момент включения цепи зажигания контакты реле РН и РЗ разомкнуты и ток в обмотку возбуждения генератора поступает через транзистор, вызывая намагничивание ротора, в результате чего напряжение генератора повышается до рабочего, даже в том случае, если коленчатый вал двигателя будет вращаться с малой частотой.

При увеличении напряжения генератора до 13—15 В сердечник регулятора напряжения притянет якорек и контакты РН замкнутся, что вызывает быстрое запирание транзистора. В этот момент в цепь обмотки возбуждения генератора включаются добавочное и ускоряющее сопротивления, понижая напряжение генератора до номинального.

При падении напряжения генератора произойдет размыкание контактов РН и отпирание транзистора, что вызовет повышение напряжения генератора.

Если ток в цепи обмотки возбуждения генератора превысит установленную величину, то обмотка ВО реле защиты закорачивается и ее магнитный поток исчезает. В это же время магнитный поток обмотки ПО увеличится, сердечник реле защиты притянет якорь и контакты РЗ разомкнутся. При этом транзистор запирается, разрывая цепь тока, в которой произошло короткое замыкание. Одновременно через замкнутые контакты реле защиты получает питание обмотка У О, которая и обеспечивает удержание контактов замкнутыми до устранения короткого замыкания.

В дальнейшем реле-регулятор может работать только после устранения короткого замыкания и последующего включения выключателя зажигания.

На некоторых автомобилях КамАЗ-5320, ЗИЛ-130 и других применяются бесконтактно-транзисторные реле-регуляторы, которые не имеют контактов, поэтому они более надежны в работе.

По принципу действия и устройству генераторы бывают постоянного и переменного тока.

Генераторы постоянного тока долгое время были одним из основных источников электрической энергии на автомобилях и автобусах. С увеличением мощности потребителей электрической энергии размеры и массы генераторов постоянного тока настолько возрасли, что размещать их на двигателях стало трудно, а повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивало износ коллектора и щеток. Поэтому вместо генераторов постоянного тока стали выпускать генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно увеличены. На режиме холостого хода двигателя генераторы переменного тока развивают до 40% номинальной мощности, что обеспечивает лучшие по сравнению с генераторами постоянного тока условия зарядки аккумуляторных батарей и, как следствие, повышение из срока службы.

Генераторы переменного тока бывают с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Генераторы с возбуждением от постоянных магнитов маломощны и имеют ограниченное применение. Большинство генераторов, применяемых в настоящее время, имеют электромагнитное возбуждение. Генераторы переменного тока различных типов имеют незначительные конструктивные отличия между собой.

Генераторная установка переменного тока состоит из генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора или регулятора напряжения.

Генераторы типов Г250 (устанавливаются на автомобилях семейства ГАЗ и ЗИЛ), Г266 (устанавливаются на автобусе ПАЗ-672) и Г271 (устанавливаются на автомобилях семейства МАЗ, КамАЗ) имеют одинаковую конструктивную схему и представляют собой трехфазную синхронную электрическую машину, состоящую из статора, ротора, передней и задней крышек, вентилятора и приводного шкива.

Статор собран из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности статора имеется равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной обмотки. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Фазовые обмотки статора соединены звездой, т. е. начало обмоток соединено вместе, а их концы присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор состоит из двух клювообразных стальных наконечников и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, которые жестко закреплены на его валу. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам, напрессованным на изоляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых подшипниках, помещенных в передней и задней крышках.

Внутри задней крышки расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель со щетками и пружинами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив и вентилятор для обдува и охлаждения генератора.

При включенном зажигании ток из аккумуляторной батареи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюсы, индуктируя в обмотках статора переменную по величине и направлению э.д.с. Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, при помощи которого он преобразуется в постоянный, и направляется к потребителям и на подзарядку аккумуляторной батареи.

Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения максимальной силы тока при увеличении числа подключенных потребителей и возрастании частоты вращения ротора. Это обусловлено следующими причинами. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки статора, что приводит к усилению магнитного поля статора.

Рис. 3. Генератор переменного тока: а — устройство; б — электрическая схема

Рис. 4. Схема бесконтактно-транзисторного реле-регулятора РР350-А: а — общий вид; б — электрическая схема

Магнитное поле статора направлено против магнитного поля ротора, поэтому суммарный магнитный поток уменьшается. Благодаря этому в катушках статора наводится меньшая э.д.с., и максимальная сила тока, отдаваемая генератором, ограничивается.

При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота переменного тока в обмотке статора. В результате этого возрастает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также приводит к ограничению максимальной силы тока, отдаваемого генератором.

Для автомобильных генераторов переменного тока применяют полупроводниковые выпрямители — селеновые, германиевые и кремниевые. Селеновые выпрямители чувствительны к перегреву и имеют сравнительно большие размеры. Кремниевые выпрямители обладают высокой теплостойкостью, долговечны и малы по размерам, поэтому и получили широкое распространение.

Кремниевый выпрямитель состоит из блока кремниевых диодов (трех прямой полярности и трех обратной), включенных по трехфазной мостовой схеме в общую электрическую схему трехфазного генератора переменного тока.

Каждая фаза обмотки статора соединена с двумя диодами разной полярности.

Диоды соединены с контактными пластинами и с зажимами, к которым подключаются фазы обмотки статора. Контактные пластины вместе с секциями блока диодов смонтированы на пластмассовой колодке, которая болтами крепится к крышке генератора.

Генераторы серии Г250 отличаются друг от друга шкивами и имеют большое число модификаций.

Генераторы серий Г284 и Г286 отличаются от генераторов Г250 габаритными размерами,соединением обмоток статора и другими особенностями.

Свойство полупроводниковых выпрямителей пропускать ток только в одном направлении позволяет отказаться от реле обратного тока. Это значительно упрощает конструкцию и снижает стоимость реле-регулятора.

С увеличением мощности генератора растет и ток его возбуждения, цепь которого должна разрываться контактами реле-регулятора. Возникающее при этом искрение вызывает подгорание и износ контактов, что приводит к уменьшению напряжения и мощности генератора. В автомобилях применяются конта-ктно-транзисторные и бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения, работающие с генераторами переменного тока.

Наиболее распространенными бесконтактными транзисторными регуляторами являются реле-регуляторы РР350-А.

Реле-регулятор РР350-А выполнен на трех германиевых транзисторах и работает с генераторами Г250-В2 и Г250-И, рассчитанными на номинальное напряжение 12 В.

При напряжении генератора меньше 13,9-14,6 В стабилитрон Д1 закрыт, в результате чего транзистор Т1 тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т2 и ТЗ проходит ток базы транзистора ТЗ и ток обмотки возбуждения генератора, который не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора.

С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает 13,9-14,6 В, стабилитрон Д1 пробивается, транзистор открывается, а транзисторы Т2 и ТЗ закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения генератора поступает только через добавочный резистор R8, и, естественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д1. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор ТЗ.

Напряжение генератора начнет возрастать до следующего открытия стабилитрона Д1.

Таким образом, напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).

Остальные элементы в схеме реле-регулятора выполняют различные вспомогательные функции, необходимые для обеспечения четкости и надежности работы прибора.

Принцип действия бесконтакт-но-транзисторного реле-регулятора РР356 аналогичен описанному.

Принцип работы этих регуляторов аналогичен работе регулятора РР350-А. При напряжении на клеммах генератора меньше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения.

Если напряжение превышает предельное значение, то транзистор за пирается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения гене ратора.

Этот процесс обычно происходит с большой частотой и практически напряжение генератора остается постоянным.

Интегральный регулятор напряжения Я112А работает следующим образом. Когда напряжение генератора ниже заданной величины, стабилитрон Д1 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизации. При этом транзистор Т1 закрыт, и ток идет по цепи: «f» аккумуляторной батареи — амперметр А — выключатель ВЗ — резистор R5 — диод Д2 — резистор R6 «—» аккумуляторной батареи. При этом база составного транзистора Т2 — ТЗ оказывается под положительным потенциалом и в цепи база-эмиттер транзистора Т2 и ба-за-эмиттер транзистора ТЗ проходит ток, открывая составной транзистор Т2 — ТЗ и соединяя цепь обмотки возбуждения генератора с минусом аккумуляторной батареи.

Цепь тока обмотки возбуждения:
« + » аккумуляторной батареи-амперметр А — выключатель ВЗ — зажим В регулятора — обмотка возбуждения ОВ генератора — зажим

Ш регулятора — переход коллек-тор-эмиттер составного транзистора Т2 — ТЗ — « — » аккумуляторной батареи.

Когда напряжение генератора достигает заданного значения (13—15,5 В), происходит «пробой» (т. е. резкое снижение сопротивления) стабилитрона Д1, и через резистор R1, стабилитрон Д1 и переход база-эмиттер транзистора 77 начинает проходить ток управления. Транзистор 77 открывается. Так как транзистор 77 включен параллельно цепи, состоящей из диода Д2 и резистора R6, при очень малом сопротивлении перехода коллектор-эмиттер открытого транзистора 77 сила тока в цепи диода Д2 и резистора R6 резко падает и поэтому отрицательные потенциалы базы и эмиттера составного транзистора Т2 — ТЗ сказываются равными, и составной транзистор Т2—ТЗ закрывается. При этом цепь обмотки возбуждения прерывается, что приводит к снижению напряжения генератора. Напряжение на стабилитроне также уменьшается, сопротивление стабилитрона возрастает, ток через него не проходит, и транзистор Т1 закрывается, а составной транзистор Т2— ТЗ открывается. Цепь обратной связи, состоящая из конденсатора С1 и резистора R4, ускоряет открытие и закрытие транзисторов. Когда составной транзистор Т2— ТЗ закрывается, положительный потенциал его коллектора повышается и по цепи обратной связи R4— С1 и переходу база-эмиттер транзистора 77, а также через резистор R3 действует импульс тока, способствующий более быстрому открыванию транзистора 77, что ускоряет закрытие составного транзистора Т2— ТЗ.

Конденсатор С1 при этом заряжается. Когда составной транзистор Т2—ТЗ открывается, конденсатор С/ разряжается и ток идет по цепи: конденсатор С1 — резистор R4 — коллектор-эмиттер составного транзистора Т2—ТЗ — резистор R3— эмиттер-база транзистора Т1— конденсатор С1, что способствует более быстрому закрыванию транзистора Т1, а следовательно, открыванию составного транзистора Т2— ТЗ.

При запирании составного транзистора Т2— ТЗ прерывается ток в цепи обмотки возбуждения генератора и в обмотке индуктируется э.д.с. самоиндукции. Под действием этой э.д.с. создается ток самоиндукции, который проходит через гасящий диод ДЗ, тем самым предотвращая пробой транзисторов Т2 и ТЗ.

Конденсатор С2 выполняет роль фильтра.

Рис. 5. Электрическая схема интегрального регулятора напряжения Я112А

Интегральный регулятор напряжения — изделие неразборное и нере-монтируемое. Напряжение регулятора регулируют на заводе-изготови-теле.

При эксплуатации автомобильных генераторов с интегральными регуляторами напряжения запрещается: работа генераторной установки при отключенной аккумуляторной батарее; пуск двигателя при отключенном плюсовом проводе генератора; проверка исправности генераторной установки на «искру» замыканием любых зажимов генератора и щеткодержателя; соединение зажима Ш с зажимами « + » и В генератора (это ведет к мгновенному отказу в работе регулятора); проверка исправности схемы электрооборудования с номинальным напряжением 12В от источника тока с напряжением выше 18 В, а для схем с напряжением 24В выше 36В.

В настоящее время предъявляются более жесткие требования к системе электропитания: увеличение Мощности генераторных установок без существенного увеличения их габаритов, снижение начальной частоты вращения ротора генератора, при которой он начинает заряжать аккумуляторную батарею, повышение ресурса генераторов. Их выполнение возможно лишь при замене генераторов постоянного тока, генераторами переменного тока. Массовое внедрение последних началось после разработки встроенного в генератор выпрямительного блока и применения электронных систем регулирования, позволяющих увеличить ток возбуждения и, следовательно, “снизить начальную частоту вращения ротора, при которой генератор начинает питать потребители. Наличие кремниевых выпрямительных блоков, исключающих разряд аккумуляторной батареи на статорную обмотку генератора, позволило, исключить реле обратного тока. В регулирующих системах самоограничивающаяся по току характеристика генераторов переменного тока делает ненужным ограничитель тока, поэтому регулирующие устройства таких генераторов содержат в большинстве случаев лишь регулятор напряжения.

Выпрямительные блоки генераторов переменного тока. Кремниевые выпрямительные блоки генераторов переменного тока — одни из первых электронных элементов, нашедших применение в электрооборудовании автомобиля. Наибольшее распространение получили конструкции генераторов с электромагнитным возбуждением и трехфазной обмоткой статора, соединенной в звезду и подключенной к выпрямителю напряжения. В выпрямительном блоке кремниевые диоды соединены по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямления (рис. 1, а). Диоды V1, V2, V3 образуют анодную группу. Их аноды соединены с корпусом генератора. Диоды V4, V5, V6 образуют катодную группу, их катоды соединены с положительной клеммой генератора. При вращении ротора генератора на концах обмоток статора создаются напряжения, которые изменяются во времени почти по синусоидальному закону. При этом диоды пропускают ток в нагрузку при положительной полуволне напряжения, а диады — при полуволне отрицательной полярности. Из рис. 6 видно, что при / = 0 напряжение первой фазы равно нулю, второй — отрицательно, а третьей — положительно. В этом случае диод пропускает положительную полуволну третьей фазы, а диод — отрицательную полуволну второй фазы (путь тока показан сплошными стрелками). Напряжение на нагрузке в данный момент определяется геометрической разностью напряжений второй и третьей фаз. Через четверть периода напряжение первой фазы будет положительным и достигнет максимума, а напряжения второй и третьей фаз будут отрицательными. В этот момент диод V5 пропускает положительную полуволну первой фазы, а диоды VI и V3— отрицательные полуволны третьей и второй фаз. Путь тока показан пунктирными стрелками. Напряжение на нагрузке будет равно геометрической разности всех трех фаз. В последующем описанные процессы повторяются и выпрямленное напряжение в сети колеблется с частотой в 6 раз большей, чем частота изменения электродвижущей силы (э.д. е.), индуктируемой в обмотках.

Рис. 6. Схема выпрямления: а — схема соединения обмотки статора с выпрямителем и нагрузкой. б — кривые изменения фазных напряжений; в — порядок построения выпрямленного напряжения

В качестве выпрямительных устройств в генераторах переменного тока применяются выпрямительные блоки типов ВБГ или БПВ. Выпрямительный блок типа ВБГ-1 состоит из трех отдельных моноблоков, каждый из которых представляет собой алюминиевую отливку с охлаждающими ребрами, внутри которой размещены два последовательно соединенных диода. Каждый моноблок имеет три вывода. Выводной зажим от средней точки между диодами соединен с фазными выводами статора, а два других зажима —с контактными пластинами отрицательной и положительной полярности.

Выпрямительный блок типа БПВ собран из шести или двенадцати кремниевых вентилей типа ВА-20 (20А, 150В), запрессованных в теплоотводы положительной и отрицательной полярности.

Выпрямительный блок устанавливается в крышке генератора со стороны контактных колец.

Электронные регуляторы напряжения. Конструкция электронных регуляторов напряжения включает в себя измерительное устройство (рис. 3), усилительные элементы и исполнительный элемент.

Нагрузкой исполнительного элемента служит обмотка возбуждения генератора. Измерительное устройство предназначено для выработки сигнала рассогласования. В нем происходит сравнение регулируемого напряжения генератора Ur с заданной величиной опорного напряжения Uоп, которое определяется номинальным напряжением бортовой сети автомобиля. Когда напряжение генератора превышает опорное, подается сигнал рассогласования, который усиливается и воздействует на исполнительный элемент, а через него — на объект регулирования (генератор), изменяя ток обмотки возбуждения fB. От стабильности характеристик измерительного устройства и его чувствительности зависит точность регулирования напряжения.

Рис. 7. Выпрямительные блоки: a — ВБГ-1; б — БПВ

Рис. 3. Структурная схема электронного регулятора напряжения

Из электронных регуляторов в настоящее время наибольшее применение нашли транзисторные бесконтактные регуляторы.

Измерительное устройство бесконтактного регулятора напряжения выполняется на стабилитроне (опорном диоде). Замечательное свойство стабилитрона заключается в том, что при определенном обратном напряжении (напряжении пробоя) происходит резкое увеличение тока без изменения величины напряжения, причем напряжение на стабилитроне не меняется при изменении тока в большом диапазоне. С опорным напряжением, называемым напряжением стабилизации, в измерительном устройстве сравнивается напряжение генератора.

Измерительное устройство состоит из последовательно соединенных стабилитрона V и резистора R. При достижении входным напряжением некоторого значения Uоп, зависящего от величины напряжения стабилизации UCT и сопротивления R, происходит пробой стабилитрона, после чего напряжение на нем остается постоянным.

Данная схема применима, если в качестве усилительного элемента используется транзистор типа р-п-р. В случае использования транзистора типа п-р-п стабилитрон и резистор меняются местами.

Измерительное устройство, собранное по приведенной схеме, обеспечивает подачу сигнала рассогласования URmx при напряжении UBX, близком к величине напряжения стабилизации стабилитрона Uy В практических схемах для настройки измерительного устройства на требуемое напряжение UBX применяется делитель напряжения. Наличие делителя напряжения на входе измерительного устройства позволяет установить любое требуемое напряжение регулирования. Иногда сопротивление R2 состоит из двух резисторов, переключением которых изменяется напряжение регулирования (при переходе с летнего периода эксплуатации электрооборудования на зимний и наоборот). Если вместо резистора R2 в делителе установить потенциометр, то можно плавно изменять величину напряжения регулирования.

Измерительное уст ройство на стабилитрон не может быть использовано в качестве регулятора напряжения по двум причинам.

Во-первых, рабочий ток стабилитрона значительно меньше тока обмотки возбуждения генератора, и, во-вторых, он не обеспечивает требуемое фазирование работы измерительного устройства и тока в обмотке возбуждения (ток в обмотке возбуждения должен быть максимальным, когда напряжение генератора меньше номинального, а стабилитрон начинает проводить ток при достижении генератором номинального напряжения, т. е. ток возбуждения и ток стабилитрона находится в противофазе). Поэтому исполнительный элемент (транзистор) должен работать в противофазе. с измерительным устройством и синфазно с током возбуждения. Для обеспечения требуемого фазирования между исполнительным элементом и измерительным устройством требуется по крайней мере еще один каскад усиления для инвертирования (переворачивания) фазы и усиления сигнала рассогласования, в связи с чем регулятор напряжения имеет, как минимум, два каскада на транзисторах.

Кроме того, практические схемы электронных регуляторов напряжения содержат элементы защиты исполнительного транзистора от перенапряжения и превышения силы тока возбуждения, элементы, обратной связи для ускорения переходных процессов.

Рис. 8. Измерительное устройство регулятора напряжения: а — схема принципиальная электрическая; б — график зависимости напряжения на элементах схемы от входного напряжения

Рис. 9. Схема электрическая принципиальная простейшего бесконтактного регулятора напряжения: 1 — измерительное устройство; II — каскад усиления i: инвертирования фазы; III — регулирующий (исполнительный) каскад

Простейший бесконтактный регулятор напряжения работает следующим образом. При напряжении генератора Ur, меньшем опорного Uon, стабилитрон измерительного устройства не пробит, его сопротивление велико (несколько сот килоом) и ток базы транзистора (ток управления) мал, транзистор закрыт. На базе транзистора резистором создается положительный потенциал, поэтому транзистор открыт. Через открытый транзистор по обмотке возбуждения генератора протекает ток. Цепь тока возбуждения: « + » источника питания, обмотка возбуждения О В, коллектор-эмиттер транзистора V3, корпус, «—» источника питания.

При напряжении стабилитрон пробивается, транзистор переходит в состояние насыщения (напряжение на переходе эмиттер-коллектор приблизительно равно нулю) и шунтирует переход база —эмиттер транзистора. Транзистор закрывается, ток через обмотку возбуждения не протекает. Напряжение генератора начинает уменьшаться и при определенном его значении стабилитрон возвращается в первоначальное состояние. Весь описанный процесс повторяется. Диод V4 уменьшает обратное напряжение на транзисторе при его закрытии, т. е. защищает транзистор от э.д. с. самоиндукции.

Измерительное устройство регулятора напряжения РР350* (рис. 6) состоит из входного делителя напряжения R1, R2, R6, R7, R10, дросселя, стабилитрона, резистора. Усилительные элементы регулятора включают в себя два каскада усиления на транзисторах. Транзистор является исполнительным элементом, к0торый изменяет ток в обмотке возбуждения генератора.

Если выпрямленное напряжение генератора, приложенное к входному делителю, меньше величины, на которую настроен регулятор напряжения, то стабилитрон VI ток не’ проводит. Следовательно, транзистор V2 закрыт, а транзисторы V4 и V5 открыты. По цепи: « + » генератора, выключатель S1, диод V6, транзистор V5, клемма Ш, обмотка возбуждения, «—» генератора протекает ток возбуждения. При неработающем генераторе по этой же цепи питается обмотка возбуждения от батареи. В этом режиме напряжение генератора изменяется пропорционально частоте вращения ротора. При возрастании частоты вращения ротора, как только выпрямленное напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон VI пробивается и транзистор V2 открывается. Сопротивление транзистора V2 становится минимальным и шунтирует переход эмиттер—база транзистора V4. Транзистор V4 закрывается. Эмиттерный ток транзистора V4 является базовым током транзистора V5, т. е. эти транзисторы работают синхронно, представляя собой составной транзистор. При запирании транзистора V4 закрывается и транзистор V5. Ток возбуждения и величина выпрямленного напряжения начинают падать.

Рис. 10. Схема электрическая принципиальная генераторной установки с регулятором напряжения РР350

Таким образом, при работе регулятор находится в одном из двух состояний: транзис.тор V5 открыт и через него протекает ток возбуждения генератора, или он закрыт и ток возбуждения уменьшается. С определенной частотой схема переключается из одного состояния в другое и устанавливается такой ток возбуждения генератора, при котором среднее значение регулируемого напряжения поддерживается на заданном уровне.

Для повышения частоты переключения и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R8. При повышении входного напряжения, когда транзистор V2 начинает отпираться, а транзистор V4 запираться, ток, проходящий по резистору R8 и дросселю L, уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на дросселе L. В этом случае падение напряжения на стабилитроне VI увеличивается, вызывая возрастание базового тока транзистора V2 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует более быстрому запиранию транзистора.

Для активного запирания выходного транзистора V5 и надежной работы его при повышенной температуре в эмиттерную цепь транзистора V5 включен диод V.6. Падение напряжения на диоде V6 регулируется с помощью резистора R5, который создает его ток смещения.

Диод V3 служит для улучшения запирания транзистора V4 при открытом транзисторе V2, благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде, поскольку напряжение между коллектором и эмиттером транзистора V2 (несколько десятых долей вольта при его насыщении) делится между диодом. V3 и переходом эмиттер — база транзистора V4.

Для фильтрации входного напряжения (сглаживания пульсации) в схеме применен дроссель L. Терморезистор R6 предназначен для компенсации изменения падения напряжения на переходе эмит-fep — база транзистора V2 и стабилитрона VI от температуры окружающей среды. Этим поддерживается постоянство уровня регулируемого напряжения при изменении температуры.

Недостатком регулятора РР350 является относительно низкая надежность выходных каскадов, выполненных на германиевых транзисторах, при перенапряжениях н работе в условиях повышенной температуры.

Применение кремниевых полупроводниковых приборов допускает работу регулятора при больших напряжениях и в условиях более высоких температур окружающей среды, что позволяет также уменьшить размеры теплоотводов и всего регулятора.

Регуляторы, выполненные на кремниевых транзисторах, выпускаются на напряжение 14 В (РР132) и 28 В (РР356).

Рис. 11. Схема электрическая принципиальная генераторной установки переменного тока генератора Г272 с реле-регулятором РР356

Регулятор напряжения РР356 предназначен для работы с генераторами типа Г272, которые отличаются от других генераторов тем, что у них оба конца обмотки возбуждения изолированы от корпуса: один конец соединяется через выключатель с плюсом источника питания, а второй — через транзистор регулятора с минусом источника.

Регулятор РР356 работает следующим образом. Когда напряжение генератора меньше 28,4±0,8В, стабилитрон V6 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизации (в качестве стабилитрона V6 используются включенные последовательно два стабилитрона типа Д818Б). При этом транзистор V5 закрыт. По цепи, которую составляют резистор R1, диоды V3, V4 и резистор R2, протекает ток, который создает положительное смещение на базе транзистора V2. Он открывается, соединяя обмотку возбуждения с минусом источника питания. По обмотке возбуждения проходит ток. Цепь тока возбуждения: « + » источника питания, выключатель S1, клемма Ш генератора, обмотка возбуждения (ОВ), клеммы Ш генератора и реле-регулятора, коллектор — эмиттер транзистора V2, корпус, «—» источника питания. Напряжение генератора в этом режиме изменяется пропорционально частоте вращения ротора генератора. Когда напряжение генератора достигает определенного уровня, происходит пробой стабилитрона V6, его сопротивление резко уменьшается, появляется базовый ток транзистора V5, и он открывается. Так как сопротивление открытого транзистора V2 мало, он шунтирует переход эмиттер —база транзистора V5, который закрывается. При закрытом транзисторе V2 ток возбуждения генератора прерывается. Это вызывает резкое уменьшение магнитного потока генератора, а, следовательно, и снижение напряжения генератора. Напряжение будет уменьшаться до тех пор, пока стабилитрон V6 не восстановит своего первоначального состояния. Далее описанные процессы будут периодически повторяться.

Особенностью регулятора напряжения РР356 является применение в нем стабилитронов с отрицательным температурным коэффициентом стабилизации. Напряжение стабилизации такого стабилитрона при нагреве несколько снижается. При этом несмотря на увеличение активного сопротивления дросселя L напряжение генератора не только не повышается, а даже несколько снижается.

Небольшое снижение напряжения генератора необходимо для предотвращения перезаряда аккумуляторной батареи при повышении температуры электролита.

Функции дросселя L, включенного в верхнее плечо делителя напряжения, и резистора обратной связи R3 аналогичны функциям соответствующих элементов регулятора РР350.

Диоды V3, V4 обеспечивают надежное закрытие транзистора V2 и делают схему регулятора менее чувствительной к разбросу параметров выходных транзисторов, уменьшая тем самым объем регулировочных работ при ремонте регулятора. Диод VI шунтирует э. д. с. самоиндукции, возникающую в обмотке возбуждения генератора при коммутации в ней тока, защищая тем самым транзистор V2 от перенапряжений.

Резистор R7 является подстроенным и служит для регулировки уровня напряжения: для снижения уровня регулируемого напряжения его сопротивление увеличивают, а для повышения уровня уменьшают.

Регулятор напряжения РР132 имеет аналогичную принципиальную схему. Он работает с генераторами типа Г250П1 и Г287. Измерительное устройство регулятора имеет не два стабилитрона, включенных последовательно, а один, так как его напряжение регулирования в два раза меньше. Изменены также номинальные значения некоторых резисторов.

Рис. 8. Схема электрическая принципиальная генераторной установки с интегральными регуляторами напряжения Я112 (а) и Я120 (б)

В интегральных регуляторах напряжения Я112 и Я120 резисторы и некоторые соединения выполнены на керамической подложке методом толстопленочной технологии. Выходной транзистор бескорпусный и распо-ложен на металлическом основании, обеспечивающем хороший теплоотвоД. На том же основании закреплены другие полупроводниковые приборы. Все детали и приборы регулятора залиты специальным герметиком и закрыты пластмассовой крышкой.

Особенностями электрических схем интегральных регуляторов являются: наличие составного транзистора в исполнительном элементе,, повышающего общий коэффициент усиления и экономичность схемы; использование цепочки R6, С2, повышающей скорость и четкость переключения транзисторов; фильтрация конденсатором С1 входного напряжения, подаваемого на базу входного транзистора; обратная связь между выходным транзистором и первым каскадом усилителя, осуществляемая резистором R8, также способствует более четкому переключению транзисторов.

Особенности эксплуатации генераторных установок переменного тока. Системы электроснабжения автомобилей с генераторами переменного тока и бесконтактно-транзисторными регуляторами напряжения отличаются высокой надежностью в работе при условии строгого соблюдения правил их эксплуатации. В частности, необходимо контролировать состояние и крепление проводов на зажимах генератора, регулятора напряжения и аккумуляторной батареи. Работа генератора при отключенном от зажима « + » проводе запрещена, так как с увеличением частоты вращения растет напряжение на выпрямительном блоке, что может привести к выходу его Из строя, к повреждению регулятора напряжения.

Повышение напряжения генератора может произойти и в случае, если во время работы генератора отключить аккумуляторную батарею ее выключателем.

Особую опасность для генераторных установок пеп менного тока представляет подключение к ним аккумуляторной батареи в обратной полярности. Это приводит “ к выходу из строя диодов выпрямительного блока.


Читать далее:

Категория: - Автомобили и трактора





Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины