655

5.3. Способ дискретного регулирования. Принцип действия вибрационного двухступенчатого

электромагнитного регулятора

На примере вибрационного двухступенчатого регулятора (рис. 5.1) рассмотрим принцип работы и регулирования напряжения генератора путем дискретного (ступенчатого) изменения сопротивления в цепи его обмотки возбуждения. На рис. 5.2 представлены режимы работы вибрационного двухступенчатого регулятора напряжения. Данный регулятор состоит из одного электромеханического реле подобно регулятору РР380. У вибрационного регулятора (см. рис. 5.1) эталонной (нормируемой) величиной регулирования напряжения является сила натяжения пружины 4, которая отжимает (отрывает) якорь 3 реле от его сердечника 5. Основной управляющий элемент регулятора представлен обмоткой сердечника (магнитопровода), которая постоянно находится под напряжением генератора.

Рис. 5.1. Схема генераторной установки:

I — вибрационный двухступенчатый регулятор напряжения;

II — АКБ (GB); III — генератор с блоком выпрямителей; IV — нагрузка (Rн); 1 — размыкающие контакты; 2 — замыкающие контакты; 3 — якорек;

4 — пружина; 5 — сердечник (магнитоэлектрический проводник); 6 — корпус; 7 — термокомпенсирующий резистор; 8 — катушка индуктивности;

9 — резисторы дополнительные; 10 — обмотка возбуждения;

11 — генератор; 12 — диоды (вентили)

У реле имеются две пары контактов (размыкающие 1 и замыкающие 2), с помощью которых осуществляется двухступенчатое регулирование. При этом реле может быть установлено отдельным прибором или встроено в корпус генератора. Регуляторы генераторов постоянного тока (генераторов с коллекторно-щеточным механизмом) и вентильных генераторов принципиально различаются только количеством комплектующих реле.

Принцип действия двухступенчатого электромагнитного регулятора заключается в следующем. После включения зажигания обмотка реле всегда находится под напряжением (см. рис. 5.1).

Электрическая цепь имеет следующий вид: клемма «+» АКБ – RТК – обмотка реле – масса – клемма «–» АКБ. Изменение напряжения генератора приводит к изменению тока в цепи обмотки реле и магнитного усилия сердечника. Изменение усилия сердечника приводит к изменению положения якорька и устанавливает одно из трех его положений: «замкнутое», «нейтральное» или «разомкнутое» состояние контактов 1 или 2. Таким образом изменяются величина сопротивления в цепи обмотки возбуждения генератора и соответственно протекающий по ней ток.

При включении зажигания обмотка возбуждения генератора через замкнутые контакты 1 снабжается электроэнергией от АКБ, в результате чего происходит возбуждение генератора. При этом путь тока обмотки возбуждения следующий: клемма «+» АКБ – замкнутые контакты 1 – якорек 3

– корпус 6 – клемма «+» ОВ – масса – клемма «–» АКБ. В данном случае в цепи ОВ генератора будет наименьшее сопротивление и соответственно наибольший ток.

31

После пуска двигателя частота вращения ротора генератора увеличивается, напряжение возрастает. Соответственно возрастают сила тока в обмотке реле и магнитный поток сердечника. Вместе с этим увеличивается сила, с которой якорек 3 электромагнита притягивается к сердечнику 5. Контакты 1 размыкаются, когда сила притяжения якорька 3 к сердечнику 5 превысит препятствующую этому силу натяжения пружины 4. (Контакты 2 остаются разомкнутыми.) При размыкании контактов 1 в цепь обмотки возбуждения включаются добавочные резисторы RД. Путь тока обмотки возбуждения следующий: клемма «+» АКБ – индуктивность L8 – резисторы RД 9 – клемма «+» ОВ – масса – клемма «–» АКБ. Сила тока обмотки возбуждения и соответственно напряжение генератора уменьшаются. Когда напряжение в бортовой сети становится ниже регулируемой величины, пружина возвращает якорь в исходное положение. Контакты 1 вновь замыкаются и шунтируют резисторы Rд. Ток в обмотке возбуждения возрастает (см. рис. 5.2, первая ступень регулирования при n1), после чего напряжение генератора повышается. Далее цикл повторяется. Таким образом, замыканием и размыканием контактов 1 осуществляется регулирование напряжения в определенном интервале величин на первом уровне при относительно малых оборотах генератора (n1).

Рис. 5.2. Изменение силы тока в обмотке возбуждения Iв во времени t при двухуровневом регулировании

Общее сопротивление параллельно соединенных резисторов Rд двухступенчатых регуляторов выбирается небольшим. Например, в регуляторе РР380 сопротивление Rд составляет 5,5 Ом. Малое сопротивление Rд способствует облегчению режима работы и увеличению срока службы контактов 1 (см. рис. 5.1), но при этом предел регулирования напряжения на первой ступени (при частоте вращения ротора n1) становится недостаточным.

При значительном повышении оборотов ДВС, начиная с определенной частоты вращения ротора генератора (n2 > n1), напряжение на выводах генератора возрастает настолько, что под действием силы притяжения якоря 3 к сердечнику 5 размыкаются не только контакты 1, но и замыкаются контакты 2. Электрическая цепь обмотки возбуждения следующая: клемма «+» ОВ – корпус 6 – якорек 3 – замкнутые контакты 2 – масса – клемма «–» ОВ. Таким образом, цепь ОВ генератора замыкается на массу (см. рис. 5.1). После этого сила тока возбуждения и напряжение бортовой электрической сети уменьшаются (см. рис. 5.2, при n2 > n1 → IВ2 < IВ1). Пружина 4 размыкает контакты 2. Обмотка возбуждения вновь оказывается включенной в цепь питания, что приводит к повышению напряжения генератора. Так осуществляется регулирование напряжения в генераторах. Процессы регулирования напряжения на первой и второй ступенях идентичны. Отличия заключаются в том, что на первой ступени регулировка осуществляется размыканием-замыканием контактов 1, и соответственно включением и выключением резистора Rд в цепь обмотки возбуждения, а на второй ступени регулирования — размыканием-замыканием контактов 2, т.е. включением и выключением обмотки возбуждения генератора на массу (см. рис. 5.1).

Резистор RТК 7, включенный последовательно в цепь обмотки реле, осуществляет ее температурную компенсацию. Дополнительно термическую компенсацию внешней среды обеспечивает подвеска якоря реле из биметаллической пластины. Настройку регулятора на нужное напряжение осуществляют изменением силы натяжения пружины 4 (см. рис. 5.1).

Для контактов любого вибрационного реле характерно искрение, которое оказывает на них разрушающее воздействие. Разрушение контактов характеризуется разрывной мощностью, равной произведению напряжения на силу тока возбуждения. Для надежной работы контактов разрывная

32

мощность не должна превышать 150–200 Вт. Работу контактов РН (см. рис. 5.1) «облегчает» катушка индуктивности L8. Она снижает искрение контактов при размыкании [1, 2, 22].

5.4. Электромеханический реле-регулятор РР130

Реле-регулятор для генератора постоянного тока РР130, 12-вольтовый, работает с генератором постоянного тока Г180-В на автомобиле ЗИЛ-130. РР130 осуществляет многоступенчатое регулирование, состоит из трех реле, практически идентичных по конструкции (рис. 5.3). На панели из изоляционного материала установлены реле обратного тока (РОТ), ограничитель тока (ОТ) и регулятор напряжения (РН). Корпусы всех реле изолированы друг от друга и от общего корпуса РР130, который, в свою очередь, также изолирован от массы и соединен с корпусом генератора отдельным проводником. РР130 имеет четыре внешние клеммы (зажимы): Б, Я, Ш, М. Схема подключения (рис. 5.3): Б — к клемме «+» АКБ; Я — к клемме «+» якоря генератора; Ш — к клемме «+» обмотки возбуждения; клемма М — к «массе» генератора [1, 8, 11, 17].

При неработающем генераторе постоянного тока контакты первого реле (рис. 5.3, реле РОТ) разомкнуты, а последующих двух — замкнуты.

Рис. 5.3. Схема реле-регулятора РР130

Реле напряжения (РН), как одно из составляющих регулятора РР130, поддерживает постоянство напряжения генератора постоянного тока при изменении частоты вращения якоря генератора (частоты вращения коленчатого вала ДВС) и (или) при изменении электрической нагрузки (включении или выключении дополнительных потребителей ― фар освещения, радиоприемника и т.д.). К реле напряжения, как и ко всем другим приборам регулятора, для получения бортовой электрической энергии высокого качества предъявляются следующие требования: поддержание допустимого уровня предельных колебаний напряжения в бортовой электрической сети; высокая надежность работы; длительный срок службы; несложность регулирования напряжения; отсутствие частотных помех (радиопомех) и др.

В настоящее время в системе регулирования напряжения вместо электромеханических реле применяются электронные приборы.

Реле ограничения тока (ОТ) ограничивает максимально допустимый ток нагрузки и тем самым защищает генератор от перегрузок. Для предупреждения перегрева и последующего разрушения изоляции обмоток генератора необходимо ограничивать максимальный ток, отдаваемый генератором в бортовую электрическую сеть. Перегрузка его может возникнуть при заряде сильно разряженной АКБ, при одновременном включении большого количества потребителей электрической энергии, при межвитковом замыкании обмоток или других дефектах работы системы.

Реле ОТ является устройством электромеханического типа. Если ток нагрузки меньше допустимого, например, для легковых автомобилей 18…20 А, то пружина удерживает контакты реле в замкнутом состоянии (рис. 5.3). Если же ток, потребляемый нагрузкой, достигнет максимально допустимого значения, то намагничивание сердечника увеличится и якорек, притягиваясь к нему, вызовет размыкание контактов ОТ и отключение нагрузки от генератора. Таким образом, максимальный ток не может превысить наибольшее допустимое значение. Такое реле предохраняет генератор от перегрузки во всех случаях, кроме короткого замыкания в бортовой сети [2, 10, 17, 22].

33

Ограничение максимального тока с применением электронных приборов позволяет избежать основных недостатков, присущих электромеханическим устройствам, и повысить надежность работы регуляторов (подробно см. в теме 6).

Реле обратного тока (РОТ) предназначено для предупреждения разряда тока от АКБ на обмотки генератора. Это приводит к перегреву генератора в случае, когда его напряжение ниже ЭДС АКБ.

В РОТ происходит замыкание-размыкание контактов и соответственно соединение или «разрыв» электрической цепи «генератор – АКБ». Если напряжение генератора превышает ЭДС АКБ, то контакты РОТ замыкаются (см. рис. 5.3) и соединяют электрическую цепь «генератор – АКБ». Происходит зарядка АКБ. Если напряжение генератора окажется ниже, чем ЭДС АКБ, то контакты РОТ размыкаются, разъединяя цепь «генератор – АКБ», и тем самым предотвращаются разрядка АКБ и нагрев обмоток генератора.

5.5. Принцип работы приборов реле-регулятора

Работа реле напряжения (РН). При неработающем генераторе или когда напряжение генератора меньше требуемого (установка 13,0–15,5 В), контакты регулятора напряжения замкнуты усилием пружины якорька (см. рис. 5.3). При работающем генераторе по основной обмотке (ОО) РН всегда проходит ток, что вызывает некоторое намагничивание сердечника РН. При этом путь тока следующий (см. рис. 5.3): положительная щетка якоря генератора — клеммы Я генератора и Я ре- ле-регулятора — последовательная обмотка (ПО) реле ограничения тока (ОТ) — ускоряющая обмотка (УО) ОТ — сердечник ОТ — резистор температурной компенсации Rтк (13 Ом) — основная обмотка (ОО) РН — общий корпус — отрицательная щетка якоря генератора.

Первый уровень регулирования тока обмотки возбуждения. При работающем генераторе, когда контакты двух реле (РН и ОТ) замкнуты (рис. 5.3), резисторы R1, Rтк и R2 оказываются шунтированными (закороченными) этими контактами. В данном случае путь тока обмотки возбуждения генератора следующий: положительная щетка якоря генератора — клеммы Я генератора и регулятора — последовательная обмотка (ПО) ОТ – ускоряющая обмотка (УО) ОТ – сердечник ОТ – ярмо

– якорек – контакты ОТ – выравнивающая обмотка (ВО) РН – контакты – якорек – ярмо (корпус) РН – клеммы Ш регулятора и генератора – обмотка возбуждения – отрицательная щетка якоря генератора – масса. Эта электрическая цепь имеет малое сопротивление и наибольший ток.

Второй уровень регулирования тока обмотки возбуждения. С увеличением частоты вращения якоря генератора напряжение его возрастает. При достижении на генераторе напряжения заданной величины (установки) 13,0–15,5 В увеличивается сила тока в основной обмотке (ОО) РН и усиливается намагниченность сердечника. Якорек притягивается к сердечнику и контакты РН размыкаются (см. рис. 5.3).

После размыкания контактов РН в цепь обмотки возбуждения генератора включаются последовательно резисторы RТК и R1. При этом ток возбуждения проходит по следующему пути: положительная щетка генератора — клеммы Я генератора и реле-регулятора – последовательная обмотка (ПО) ОТ – ускоряющая обмотка (УО) ОТ – сердечник ОТ – резистор RТК – резистор R1 – клеммы Ш реле-регулятора и генератора – обмотка возбуждения – отрицательная щетка генератора – масса (см. рис. 5.3).

Вследствие увеличения сопротивления в цепи обмотки возбуждения генератора сила тока возбуждения и созданный им магнитный поток уменьшаются, а поэтому ЭДС и напряжение генератора также будут уменьшаться. Уменьшение напряжения генератора вызовет уменьшение силы тока в обмотке РН, намагниченность сердечника РН уменьшится, и пружина якорька вызовет быстрое замыкание контактов. После этого процесс, рассмотренный выше, повторяется.

Работа реле ограничения тока (ОТ). При замкнутых контактах реле обратного тока (РОТ) (см. рис. 5.3) аккумуляторная батарея и все потребители обеспечиваются электрической энергией от генератора (напряжение генератора выше ЭДС АКБ). В этом случае по последовательно соединенным обмоткам (ПО) двух реле — РОТ и ОТ — проходит весь ток нагрузки генератора. Путь тока нагрузки, при включенных потребителях, следующий: положительная щетка генератора – клеммы Я генератора и реле-регулятора – последовательная обмотка (ПО) ОТ — последовательная обмотка (ПО) РОТ – ярмо – якорек – контакты РОТ – клемма Б реле-регулятора – потребители – амперметр – АКБ – корпус – отрицательная щетка генератора (см. рис. 5.3).

Если по обмотке ПО реле ОТ проходит ток менее 28 А (для РР130), то его контакты удерживаются в замкнутом состоянии усилием пружины якорька. При этом ток возбуждения будет проходить через контакты ОТ и контакты РН. Если пренебречь малой величиной сопротивлений некоторых элементов и приборов контактов реле ОТ и РН, обмоток ОТ и выравнивающей обмотки (ВО) РН, тогда сила тока

34

в цепи возбуждения генератора будет зависеть в основном только от сопротивления самой обмотки возбуждения. Этот процесс повторяет (в общем случае) ранее рассмотренный первый уровень регулирования. Он обеспечивает наибольший ток в обмотке возбуждения генератора [22].

Если же сила тока, отдаваемая генератором постоянного тока, достигает 28 А, то намагничивание сердечника ОТ возрастает и его якорек, притягиваясь к сердечнику, вызовет размыкание контактов ОТ. (Контакты РН замкнуты, см. рис. 5.3.)

Третий уровень регулирования тока обмотки возбуждения. Данный уровень регулирования происходит при условии, когда внешняя нагрузка превысила допустимые значения и контакты ОТ оказались разомкнутыми, а контакты РН — замкнутыми. В этом случае в цепь обмотки возбуждения включаются две параллельные ветви резисторов: RТК + R1 = (13 + 80) Ом и R2 = 30 Ом (контакты РН замкнуты). Это вызывает уменьшение силы тока в цепи ОВ генератора и, следовательно, понижение бортового напряжения.

Первая параллельная ветвь (см. рис. 5.3): положительная щетка генератора – клеммы Я генератора и реле-регулятора — последовательная обмотка (ПО) ОТ – ускоряющая обмотка (УО) ОТ – сердечник ОТ – резистор RТК – резистор R1 – клеммы Ш реле-регулятора и Ш генератора – обмотка возбуждения – отрицательная щетка генератора – масса.

Вторая параллельная ветвь: клеммы Я – резистор R2 – ВО РН – контакты – якорек – ярмо (корпус) РН – клеммы Ш. Затем ток из обеих ветвей проходит на клемму Ш генератора – обмотку возбуждения генератора – отрицательную щетку (см. рис. 5.3).

Таким образом, при разомкнутых контактах ОТ сила тока в цепи обмотки возбуждения при

третьем уровне регулирования будет определяться по формуле

где Iв — ток обмотки возбуждения; Uг — напряжения генератора; Rов — сопротивление цепи обмотки возбуждения.

Вследствие уменьшения силы тока возбуждения уменьшится магнитный поток возбуждения ФВ, и это вызовет снижение напряжения генератора на 2…4 В.

При размыкании контактов реле ОТ сила тока возбуждения уменьшается из-за увеличения сопротивления в цепи обмотки возбуждения генератора (ОВ). Это вызывает ослабление магнитного потока возбуждения, а поэтому снижается напряжение и ограничивается сила тока нагрузки генератора. В результате уменьшится намагничивание сердечника реле ОТ и под действием пружины якорька контакты ОТ вновь замкнутся. После этого сила тока обмотки возбуждения возрастет, напряжение генератора повысится, а вместе с этим снова увеличится сила тока в последовательной (ПО) и ускоряющей (УО) обмотках ОТ. Произойдет размыкание контактов ОТ (рис. 5.3). Так осуществляется цикл процессов при генерировании бортовой электрической энергии.

Работа реле обратного тока (РОТ). Во время работы генератора по основной обмотке реле РОТ проходит ток и вызывает намагничивание сердечника. Путь тока в цепи основной обмотки (ОО) РОТ следующий (см. рис. 5.3): положительная щетка генератора – клеммы Я генератора и реле-регулятора – последовательная обмотка (ПО) ОТ – последовательная обмотка (ПО) РОТ – ярмо

– сердечник – основная обмотка (ОО) РОТ – корпус – отрицательная щетка генератора.

При напряжении генератора 11,8–12,0 В магнитная сила сердечника преодолевает упругую силу пружины, притягивает якорек к сердечнику и замыкает контакты РОТ.

После замыкания контактов по последовательной обмотке (ПО) РОТ проходит практически весь ток, отдаваемый генератором. При этом магнитный поток обмотки ПО еще больше усиливает намагничивание сердечника и тем самым обеспечивает более плотное замыкание контактов РОТ. При этом путь тока нагрузки во внешней цепи генератора следующий: положительная щетка – зажимы Я генератора и реле-регулятора – последовательная обмотка ОТ – последовательная обмотка РОТ – ярмо – контакты РОТ – зажим Б – потребители, а также амперметр – аккумуляторная батарея – отрицательная щетка коллектора генератора.

Если напряжение генератора станет меньше ЭДС батареи, то из АКБ в генератор в течение 2–3 с будет поступать обратный (разрядный) ток. Этот ток проходит через контакты РОТ обмотки ПО двух реле — РОТ и ОТ в обратном направлении. При этом ток в основной обмотке (ОО) реле РОТ сохраняет прежнее направление: от генератора через ПО ОТ, ПО РОТ, ярмо, сердечник и ОО РОТ

— на массу (рис. 5.3).

35

Так как направление обратного тока в последовательной обмотке (ПО) реле РОТ будет противоположным направлению тока в основной обмотке (ОО) РОТ, то магнитный поток сердечника РОТ уменьшится и контакты реле РОТ под действием пружины разомкнутся. Обратный ток в цепи генератора до момента размыкания контактов РОТ достигает порядка 0,5–6 А (см. рис. 5.3).

В заключение следует отметить, что подобная система работы электромеханических регуляторов имеет ряд недостатков, основными из них являются: инерционность; ограничения по регулируемому току возбуждения; относительно низкая скорость срабатывания; дискретность регулирования напряжения; электрокоррозия; износ контактов и отклонение параметров регулятора от номинальных значений; большой расход цветных металлов; сложность ремонта и регулирования; относительно большие габариты и пр. [1, 2, 11, 17].

Перечисленные недостатки регулирования генераторов постоянного тока с помощью электромеханических реле устраняются частично или полностью при использовании электронных элементов, приборов и систем. Подобные устройства, блоки и системы рассмотрены в последующих темах.

Вопросы для самопроверки

1.Перечислите основные составляющие вибрационного регулятора РР130.

2.По схеме опишите принцип работы двухступенчатого вибрационного реле.

3.Как настроить регулятор на требуемое напряжение регулирования?

4.Как осуществляется двухступенчатое дискретное регулирование напряжения?

5.Что является нормирующим элементом в вибрационных реле?

6.Назовите основной узел, обеспечивающий возбуждение генератора. Как осуществляется возбуждение?

7.Назовите назначение добавочных резисторов в цепи обмотки возбуждения.

8.Перечислите способы повышения напряжения генератора.

9.Объясните назначение резистора R тк в РР130.

10.Какая величина разрывной мощности допускается на контактах вибрационного реле?

11.Какие типы регуляторов существуют на ТТМ?

12.Объясните назначение РН в РР130.

13.Назовите типы реле, используемые в регуляторах.

14.Укажите возможные пути тока цепи обмотки возбуждения в схеме РР130 (как пример, по схеме указать любой уровень регулирования).

15.Объясните влияние частоты вращения вала ротора генератора на величину тока обмотки возбуждения. Начертите график зависимости.

16.Перечислите недостатки дискретного регулирования напряжения.

17.Как осуществляется ограничение максимального тока нагрузки генератора постоянного

тока?

18.Что происходит в случае, когда напряжение генератора постоянного тока меньше ЭДС

АКБ?

19.Объясните назначение реле обратного тока (РОТ) РР130.

20.Дайте общую характеристику РР130.

36

ТЕМА 6. РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Назначение регуляторов напряжения генераторов переменного тока. Классификация регуляторов напряжения вентильных генераторов.

Устройство и принцип работы регуляторов напряжения. Преимущества и недостатки электронных регуляторов

6.1. Назначение регуляторов напряжения генераторов переменного тока

Генерация бортовой электрической энергии с применением генератора переменного трехфазного тока в настоящее время является наиболее перспективным способом (см. тему 3). Качество вырабатываемой электрической энергии определяется работой генераторной установки (ГУ). ГУ состоит из самого генератора, выпрямительного блока и регулятора напряжения (см. рис. 5.1 в теме 5). В генераторах трехфазного переменного тока в качестве выпрямителей используются диоды (вентили). Поэтому они называются вентильными. У вентильных генераторов напряжение сети изменяется в определенных пределах в зависимости от оборотов коленчатого вала ДВС и нагрузки электрических потребителей. Регулирующим элементом таких генераторов является обмотка возбуждения (ОВ), а точнее — величина тока в цепи обмотки возбуждения, как и у генераторов постоянного тока (см. тему 5).

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора увеличивается и может достигать 40…80 В. При этом лампы накаливания и другие потребители электрической энергии могут сгореть.

Для работы генератора любого типа необходим регулятор. Регулятор типа РР130 для генератора постоянного тока рассмотрен в предыдущей теме. Регулятор достаточно сложен, состоит из трех электромеханических реле, имеет многоступенчатое регулирование напряжения генератора (трехуровневое регулирование тока обмотки возбуждения).

В отличие от регуляторов для генераторов постоянного тока регулирующим прибором для вентильных генераторов является реле напряжения (РН). Остальные два реле (ОТ и РОТ) отсутствуют, так как их функции выполняются другим способом. Например, ограничение нагрузки генератора переменного тока осуществляется самим генератором, так как он является «саморазгружающим» при достижении величины тока внешней цепи выше максимально допустимой (см. рис. 4.2). Функции реле РОТ выполняют диоды, которые проводят ток в одну сторону — от генератора к нагрузке и к АКБ, но не пропускают электрический ток в обратном направлении — от АКБ к генератору (см. рис. 3.3). Поэтому полупроводниковый выпрямительный блок одновременно служит не только выпрямителем, но и выполняет функции реле обратного тока (РОТ) [7, 11, 22, 28].

Регулятор напряжения (РН) поддерживает постоянное по величине напряжение генератора (13,5–14 В), несмотря на состояние АКБ, на изменения частоты вращения ротора генератора (коленчатого вала ДВС) и потребляемую электрическую мощность. РН обеспечивает нормальную работу источника энергии и всех бортовых потребителей и положительно сказывается на состоянии АКБ.

6.2. Классификация регуляторов напряжения вентильных генераторов

Регуляторы напряжения подразделяются [22, 28]

– по типу:

1)электромагнитный регулятор;

2)смешанного типа (контактно-транзисторный регулятор);

3)электронного типа (электронный и интегральный регуляторы);

– по количеству ступеней регулирования:

1)одноступенчатые;

2)двухступенчатые;

3)многоступенчатые;

– по месту расположения:

1)встроенные в корпус генератора;

2)вне корпуса генератора.

37

6.3.Устройство и принцип работы регуляторов напряжения

6.3.1.Электромагнитный регулятор напряжения

Устройство. На рис. 6.1 представлена упрощенная принципиальная схема регулирования напряжения генератора переменного тока простейшим одноступенчатым электромагнитным регулятором [1, 5]. На схеме последовательно с обмоткой возбуждения (ОВ) 6 включен добавочный резистор Rд 2, сопротивление которого обеспечивает регулирование номинального напряжения генератора при достижении максимальной частоты вращения ротора генератора. Параллельно добавочному резистору включены нормально-замкнутые контакты 3. При неработающем генераторе под действием пружины 4 контакты 3 замкнуты, тем самым добавочный резистор Rд в цепи обмотки возбуждения 6 блокируется. Обмотка электромагнита 5 включена параллельно генератору

1.

Сила притяжения электромагнита зависит от тока Iэ, А, в обмотке катушки 5, который определяется по формуле

где Uг — напряжение генератора, В; Rо — сопротивление обмотки электромагнита, Ом.

При постоянном электрическом сопротивлении цепи ток катушки 5 пропорционален напряжению, следовательно, сила притяжения электромагнита зависит от действительного напряжения генератора. Притяжению электромагнита противодействует усилие пружины 4 (см. рис. 6.1). Усилие пружины 4 определяет порог «срабатывания» контактов 3.

Принцип работы. С увеличением частоты вращения ротора генератора возрастает его ЭДС и напряжение генератора превышает регулируемое значение. При этом ток в обмотке электромагнита 5 возрастает, усилие притяжения увеличивается и контакты 3 размыкаются. После этого в цепь возбуждения включается добавочное сопротивление Rд резистора 2, что приводит к уменьшению тока обмотки возбуждения 6, магнитного потока и к снижению напряжения генератора 1. Снижение напряжения на реле приводит к ослаблению усилия притяжения электромагнита 5, и пружина 4 замыкает контакты 3. Добавочный резистор 2 блокируется, и напряжение генератора вновь возрастает, пока контакты 3 не разомкнутся. Цикл повторяется.

Для контактов РН характерно искрение, которое оказывает на них разрушающее воздействие. Степень этого воздействия характеризуется разрывной мощностью, равной произведению напряжения Uк на величину тока обмотки возбуждения Iв, протекающего по контактам 3 (см. рис. 6.1):

где Iê = Iâ .

Напряжение на контактах, в свою очередь, равно произведению тока возбуждения Iв на сопротивление добавочного резистора Rд:

Тогда мощность на контактах определяется по формуле

38

Известно, что для надежной работы реле мощность разрыва контактов должна находиться в пределах 150…200 В·А.

6.3.2. Двухступенчатый электромагнитный регулятор напряжения

Устройство. В качестве примера двухступенчатого регулятора напряжения электромагнитного типа можно рассмотреть реле-регулятор РР380 (рис. 6.2), который устанавливается с трехфазным генератором переменного тока Г221 на автомобилях ВАЗ [13, 17].

Электромагнитный регулятор напряжения содержит одно реле с обмоткой РН, включенное непосредственно на напряжение генератора через резистор температурной компенсации Rтк. Параллельно контактам первой ступени РН1 включены добавочный резистор RД и дроссель L (см. рис. 6.2). Дроссель служит для замедления скорости нарастания тока через контакты второй ступени РН2.

Принцип работы двухступенчатого реле напряжения подобного типа был рассмотрен в теме 5 [28].

Рис. 6.2. Двухступенчатый реле-регулятор РР380

6.3.3. Регулятор напряжения смешанного типа

Устройство. Регуляторы напряжения смешанного типа — контактно-транзисторные (рис. 6.3), в них основной ток — ток обмотки возбуждения — проходит через переход «эмиттер-коллектор» силового транзистора, а роль контактов сводится к коммутированию небольшого тока управления транзистором. Транзистор VТ1 типа «p–n–p» работает в режиме ключа. Управляющим органом являются контакты, включенные в цепь базы транзистора, а чувствительным элементом — обмотка электромагнита, включенная на напряжение генератора.

Принцип работы. При напряжении генератора меньше регулируемого замыкающие контакты реле разомкнуты, транзистор VT1 типа «p–n–p» открыт, так как на его базе будет потенциал («минус»), обеспечивающий небольшой ток в переходе «эмиттер – база», и одновременно проходит основной ток обмотки возбуждения (ОВ) в переходе «эмиттер – коллектор» транзистора VT1 (см. рис. 6.3). Сопротивление цепи обмотки возбуждения определяется практически лишь сопротивлением самой обмотки возбуждения (ОВ). В этом случае ток возбуждения генератора наибольший.

Рис. 6.3. Упрощенная схема регулятора напряжения смешанного типа с использованием контактного электромагнитного реле (замыкающие контакты)

39

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора возрастает. При напряжении генератора выше регулируемого усилие электромагнита преодолевает усилие пружины и контакты реле замыкаются. Транзистор VT1 закрывается, так как на его базе будет потенциал («плюс»), ток в переходе «эмиттер–база» отсутствует, и одновременно прекращается ток обмотки возбуждения через переход «эмиттер–коллектор» транзистора. Транзистор VТ1 закрыт. Сопротивление цепи возбуждения увеличивается на величину Rд (см. рис. 6.3). Ток в обмотке возбуждения уменьшается. Уменьшение тока возбуждения вызывает уменьшение магнитного потока, ЭДС и напряжения генератора, что, в свою очередь, приводит к снижению усилия электромагнита и размыканию контактов.

Эти процессы повторяются, и напряжение генератора колеблется в пределах регулируемого значения. Таким образом происходит одноступенчатое регулирование напряжения вентильного генератора с помощью контактно-транзисторного регулятора (КТР) напряжения [22, 28].

КТР напряжения являются «промежуточными» между электромагнитными и электронными регуляторами. КТР имеют частично преимущества и недостатки обеих систем. Например, КТР может регулировать ток в обмотке возбуждения в 1,5–2 раза больше (по величине) по сравнению с электромагнитным регулятором. С другой стороны, наличие контактов обусловливает недостатки, связанные с их износом, отклонением рабочих параметров от номинальных регулируемых значений и соответственно приводит к снижению надежности работы всей системы.

6.3.4. Регулятор напряжения электронного типа

Устройство. В электронных регуляторах напряжения (рис. 6.4) в цепь возбуждения включены транзисторы VT1 и VT2 (оба типа «p–n–p»), работающие в режиме ключа. Функцию чувствительного элемента выполняет стабилитрон VD3. Задающими элементами схемы являются резисторы

R1, R2, RЗ.

Принцип работы. При напряжении генератора ниже регулируемого стабилитрон VD3 закрыт, закрыт транзистор VТ2, так как на его «базе» положительный потенциал, а транзистор VТ1 открыт (потенциал на «базе» отрицательный) (см. рис. 6.4). Сопротивление цепи возбуждения минимально, и ток в цепи возбуждения наибольший. С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора увеличивается. При напряжении генератора выше регулируемого стабилитрон «пробивается», транзистор VТ2 открывается (на «базе» минус). Это приводит к закрытию транзистора VТ1, так как на его базу подается положительный потенциал. В цепь обмотки возбуждения включается добавочное сопротивление (резистор RД), и напряжение генератора падает.

Уменьшение напряжения вызывает «запирание» стабилитрона, закрытие транзистора VТ2 и открытие транзистора VТ1. Этот процесс повторяется с большой частотой, в результате чего напряжение генератора и бортовой сети колеблется практически около регулируемого значения.

6.3.5. Электронный интегральный регулятор напряжения

Принципиальная схема интегрального регулятора напряжения представлена на рис. 6.5.

40