реле-регуляторы

Тема 4. Регулирование напряжения генераторов
Напряжение на клеммах полностью заряженной аккумуляторной батареи
определяется зарядным напряжением. Оно должно иметь строго
определенную постоянную величину. Напряжение, вырабатываемое
генератором, зависит от частоты вращения якоря и от магнитного потока
возбуждения.
Рис. 4.1. Схема вибрационного регулятора напряжения: 7 —
ярмо; 2 — пружина; 3 — якорь; 4 — сердечник; 5 — контакты;
6 — обмотка реле; 7 — резисторы; 8 — обмотка возбуждения; 9
— генератор
Якорь генератора клиноременной передачей связан с
коленчатым валом двигателя, и частота его вращения
меняется в широких пределах, следовательно, при
постоянном магнитном потоке напряжение на клеммах
генератора также будет меняться в широком диапазоне
Регулирование напряжения автомобильных генераторов
происходит следующим образом. Как только напряжение на клеммах
генератора достигает предельно допустимой величины, в цепь обмотки
возбуждения включается резистор, в результате резко уменьшается сила тока
возбуждения и соответственно падает напряжение на клеммах генератора.
При этом резистор отключается, сила тока возбуждения увеличивается, и
напряжение генератора вновь возрастает. Это происходит непрерывно, и тем
самым на клеммах генератора поддерживается требуемое напряжение.
Для поддержания напряжения генератора в определенных пределах
используются регуляторы напряжения, включенные в цепь обмотки
возбуждения генератора (рис. 4.1).
На автомобилях для регулирования напряжения генераторов
применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы
которых положен принцип действия различного рода реле.
Вибрационный регулятор напряжения (рис. 4.2) имеет добавочный
резистор Rд, который включается последовательно в обмотку возбуждения
ОВ. Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить
необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения.
Обмотка регулятора ОР, намотанная на сердечнике 4, включена на полное
напряжение генератора. При неработающем генераторе пружина 1
оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При
этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к
генератору, минуя резистор Rд.
С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего
генератора и его напряжение растут. При этом увеличиваются сила тока в
обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение
генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения
якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения
пружины 1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку
1
возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.
При достижении напряжением генератора значения размыкания сила
магнитного притяжения якоря к сердечнику преодолевает силу натяжения
пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь
Рис.4.2. Схема подключения вибрационного
регулятора напряжения: 1— пружина; 2 — якорь; 3
— контакты; 4 — сердечник
обмотки
возбуждения
включится
добавочный резистор и ток возбуждения
начнет падать. Уменьшение тока возбуждения
повлечет за собой уменьшение напряжения генератора. Уменьшение
напряжения генератора сопровождается уменьшением тока в обмотке ОР.
Когда напряжение уменьшится до значения замыкания, сила натяжения
пружины преодолевает силу магнитного притяжения якоря к сердечнику,
контакты вновь замкнутся и ток возбуждения увеличится. Этот процесс
периодически повторяется. В результате происходит пульсация напряжения
генератора и тока возбуждена. Среднее значение напряжения определяет
величину регулируемого напряжения генератора. Напряжение генератора,
поддерживаемое регулятором, зависит от натяжения пружины. Изменяя
натяжение пружины, можно регулировать напряжение генератора.
В конструкцию вибрационных регуляторов напряжения входит ряд
дополнительных узлов, назначение которых — обеспечить повышение
частоты колебаний якоря с целью уменьшения пульсаций (ускоряющие
обмотки или резисторы), стабилизацию напряжения (выравнивающие
обмотки), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого
напряжения (добавочные резисторы из нихрома
или
константана,
биметаллические пластины, магнитные шунты).
Недостатком вибрационных регуляторов является наличие вибрирующих
контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики
которой в процессе эксплуатации меняются. Особенно сильно эти
недостатки проявились в генераторах переменного тока, у которых ток
возбуждения почти в два раза больше, чем в генераторах постоянного тока,
так как обычный вибрационный регулятор напряжения может работать при
силе тока не более 1,5—1,8 А, и при больших значениях силы тока
контакты регулятора очень быстро изнашиваются.
Для использования вибрационных регуляторов с генераторами
переменного тока обмотку возбуждения разделяли на две параллельные
ветви и в каждую ветвь включали отдельный регулятор напряжения. При
этом ток, проходящий через контакты регулятора, уменьшился вдвое.
Для уменьшения силы тока разрыва используют также двухступенчатый
регулятор напряжения, который имеет две пары контактов и добавочный
резистор с меньшим сопротивлением.
В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с
помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена
последовательно в обмотку возбуждения генератора.
2
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора.
При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор
переключается в закрытое состояние (разомкнутые контакты). При
снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в
открытое состояние (замкнутые контакты).
Контактно-транзисторный регулятор напряжения (рис. 4. 3.) работает
следующим образом. До момента достижения напряжением генератора
регулируемого значения контакты вибрационного реле разомкнуты.
При этом транзистор VТ открыт, так как через переход эмиттер-база
протекает ток базы (Б) от клеммы «+» генератора через переход эмиттер-база
транзистора, резистор Rб на клемме «-» генератора. Сопротивление
резистора Rб подбирается таким образом, чтобы ток базы обеспечивал
полное отпирание транзистора. По обмотке возбуждения ОВ через эмиттер Э
и коллектор К транзистора в этом случае протекает полный ток
возбуждения, и напряжение генератора возрастает с увеличением частоты
вращения. При достижении определенного значения напряжения ток в
обмотке реле ОР достигает значения, при котором реле срабатывает. При
замкнутых контактах реле потенциал базы становится больше потенциала
эмиттера благодаря включенному в его цепь диоду VD. Вследствие этого
базовый ток становится равным нулю, что приводит к запиранию
транзистора. Диод VD обеспечивает активное запирание транзистора.
Рис. 4.3. Контактно-транзисторный регулятор напряжения
В результате запирания транзистора ток возбуждения, поддерживаемый
ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения, при протекании через гасящий
диод VDг уменьшается. При этом уменьшается и напряжение генератора
контакты реле размыкаются и транзистор открывается. Далее процесс
повторяется.
Гасящий контур, включающий в себя диод VDг является обязательным
элементом любого транзисторного регулятора. Если бы его не было, ЭДС
самоиндукции обмотки возбуждения, возникающая в моменты закрытого
состояния транзистора и достигающая нескольких сотен вольт, могла бы
вызвать пробой транзистора и выход его из строя.
В контактно-транзисторном регуляторе напряжения через контакты
протекает незначительный ток, благодаря чему увеличивается срок их
службы. Однако надежность работы регулятора по-прежнему зависит от
возможной разрегулировки.
Данный недостаток исключен в бесконтактных регуляторах напряжения.
3
Бесконтактный регулятор напряжения (рис. 4.4) содержит транзистор
VТ1, который выполняет функции контактов в контактно - транзисторном
регуляторе. Управление транзистором VТ1 производится посредством
резисторов R1, R2 и стабилитрона VD1. При напряжении генератора меньше
регулируемого значения напряжение на резисторе R1, включенном
параллельно стабилитрону VD1, меньше значения, соответствующего
рабочему пробою стабилитрона. Стабилитрон при этом ток не проводит,
следовательно, ток базы транзистора VТ1 равен нулю. Транзистор VТ1 в
данном случае закрыт, а транзистор VТ2 открыт.
При достижении напряжением генератора регулируемого значения
напряжение на резисторе R1 повышается до значения, при котором
стабилитрон пробивается, т. е. его сопротивление в обратном
Рис. 4.4. Бесконтактный регулятор напряжения с выходным транзистором типа р-n-р
направлении резко уменьшается. В результате возникает ток базы
транзистора VТ1, протекающий по цепи: положительный вывод генератора
— переход эмиттер-база транзистора VТ1 — стабилитрон VD1 — резистор
R2 — отрицательный вывод генератора. Транзистор VТ1 при этом
открывается, транзистор VТ2 запирается, а ток возбуждения и напряжение
генератора уменьшаются. Вследствие этого напряжение на стабилитроне
снижается ниже напряжения стабилизации, и он запирается, прерывая ток
базы транзистора VТ1. Транзистор VТ1 запирается, а транзистор VТ2
переключается в открытое состояние и т. д.
Соотношение величин сопротивлений резисторов R1 и R2 определяет
уровень регулируемого напряжения.
Схема регулятора напряжения, включающая транзистор типа n-р-n
(обратной проводимости) (рис. 4.5.).
В данной схеме обмотка возбуждения включена между коллектором
транзистора VТ2 и положительным выводом генератора. Когда напряжение
генератора меньше регулируемого значения, напряжение на стабилитроне
VD1 меньше его напряжения стабилизации и стабилитрон закрыт, т. е.
отсутствует ток базы транзистора VT1, и он также закрыт. При этом
выходной транзистор VТ2 открыт током базы, протекающим по цепи
положительный вывод генератора — резистор RЗ — диод VD2 — переход
база-эмиттер транзистора VТ2 —-отрицательный вывод генератора. В
результате через коллектор и эмиттер транзистора VТ2 к обмотке
возбуждения протекает ток. Когда напряжение генератора достигает
регулируемого значения, происходит рабочий пробой стабилитрона VD1.
Это достигается необходимым соотношением сопротивлений резисторов R1
и R2. При пробое стабилитрона появляется ток базы транзистора VТ1, и
4
Рис. 4.5. Бесконтактный регулятор напряжения с выходным транзистором типа n-р-n
он открывается. Открытый транзистор шунтирует резистор R4, и ток в нем
прекращается. В результате потенциалы базы и эмиттера транзистора VТ2
становятся одинаковыми, и он закрывается, прерывая ток возбуждения.
Регулятор напряжения Я120М. Встроенный в щеткодержатель
генератора малогабаритный бесконтактный регулятор напряжения
представляет собой электронное интегральное устройство, в котором
пассивные элементы (резисторы), соединительные проводники и
контактные площадки под активные элементы (транзисторы, диоды)
неразъемно связаны и выполнены на специальной керамической подложке.
На плате пассивных элементов монтируются подвесные дискретные
элементы (конденсаторы, стабилизаторы, входной транзистор). На другой
малогабаритной керамической плате расположены структуры (кристаллы)
транзистора предконечного каскада, выходного транзистора и гасящего
диода. После сборки схема закрывается крышкой и заливается специальным
герметиком. Регулятор напряжения не разбирается и не ремонтируется.
При повышении напряжения на выходе генератора до определенного
значения напряжение на резисторе 14 (рис. 4.6.) достигает уровня, при
котором стабилитроны 11, 13 пробиваются (отрываются). При пробое
стабилизаторов появляется ток базы управляющего транзистора 10, который
открывается, шунтируя вход составных регулирующих транзисторов 6, 8,
после чего он запирается.
Ток возбуждения снижается, напряжение на выходе генератора падает,
при этом стабилитроны 11, 13 запираются, и схема переходит в исходное
состояние. Напряжение генератора снова начинает расти и т. д.
5
Рис. 4.6. Схема интегрального регулятора напряжения Я120М: 1, 5, 9, 12, 14, 15 —
резисторы; 2, 3 — конденсаторы, 0,1 мкФ; 4 — резистор обратной связи; 6, 8—
транзисторы КТ829; 7— переход диода ВА-20; 10— транзистор КТ315В; 11, 13 —
стабилитроны, переход эмиттер-база транзистора КТ315
Переключение происходит с большой частотой, причем необходимый
уровень напряжения устанавливается автоматически за счет изменения
времени открытого и закрытого состояния транзистора.
Использование такой схемы питания обмотки возбуждения позволило
применить такой же ротор, как у 14-вольтовых генераторов.
Кроме того, данная схема включения обеспечивает:
• уменьшение перенапряжения на выходном транзисторе, когда он
находится в закрытом состоянии, за счет уменьшения более чем в два
раза напряжения питания;
• устранение разряда аккумуляторной батареи при неработающем
двигателе и включенном выключателе полным током возбуждения;
• исключение прохождения полного тока возбуждения через выходной
транзистор регулятора напряжения при неработающем двигателе и
включенном выключателе;
• уменьшение тока через контакты выключателя в цепи управления
регулятором напряжения, что способствует повышению стабильности
регулируемого напряжения генераторной установки.
Регулятор напряжения Я120М позволяет осуществлять регулирование
напряжения на двух уровнях.
РЕЛЕ-РЕГУЛЯТОРЫ
На автомобилях с генераторами переменного тока в основном работают
транзисторные реле-регуляторы, которые, как правило, являются
регуляторами напряжения. Необходимость в ограничителе силы тока и реле
обратного тока отсутствует, так как генератор переменного тока обладает
свойством самоограничения силы тока нагрузки, а роль реле обратного тока
выполняет выпрямительное устройство генератора.
Основными неисправностями бесконтактных транзисторных регуляторов
являются: обрыв соединительных проводов между регулятором и
генератором; обрыв в коллекторном или эмиттерном переходах выходного
транзистора VT3, VT2 (рис. 4.7.); пробой транзистора VT1 или стабилитрона
VД1;
6
Рис. 4.7. Схема проверки транзисторного регулятора напряжения РР350 на стенде: 1 —
регулятор РР350; 2 — генератор стенда; 3 — аккумуляторная батарея
обрыв в обмотке дросселя L1; перегорание одного из резисторов делителя
напряжения (R1, R2, R9, R11); уменьшение или увеличение сопротивления
резистора R1; межвитковое замыкание в обмотке дросселя L1; пробой
перехода эмиттер - коллектора выходного транзистора VT3; обрыв в цепи
базы транзистора VT1. Разрывы в цепях устраняют легко. Неисправные
транзисторы, стабилитроны, диоды и резисторы регулятора напряжения
заменяют при ремонте.
Неисправности регулятора напряжения обнаруживают на стенде при работе
с исправным генератором. Поддерживаемое регулятором напряжение при
изменении частоты вращения ротора генератора в пределах, установленных
для того или иного генератора, и изменении силы тока от 0 до номинального
значения не должно превышать величины, установленной для каждого типа
регулятора.
Проверка регулятора напряжения производится по схеме, показанной
на рис. 4.8, с использованием источника питания на 24 В (можно
использовать две аккумуляторные батареи, соединенные последовательно).
При установке потенциометром напряжения 12 В лампочка должна гореть
(если не горит, то в регуляторе пробой и его надо заменить). При повышении
напряжения до13,7...15,5В лампа должна погаснуть. Если лампа не гаснет и
при более высоком напряжении, то регулятор неисправен и подлежит
замене.
Рис. 4.8. Проверка регулятора напряжения Я112-В: 1 — аккумуляторная батарея; 2
— регулятор напряжения; 3 — провод, замыкающий клеммы «Б» и «В»; 4— контрольная
лампа; 5— вольтметр; 6 — I; потенциометр
7