Регулирующие устройства генераторов
переменного тока выполняют следующие основные функции:
регулирование напряжения генератора в заданных пределах при изменении
частоты вращения ротора и тока нагрузки генератора, а также при
изменении температуры окружающей среды;
ограничение тока генератора при изменении частоты вращения ротора
генератора, его нагрузки и температуры окружающей среды;
включение и отключение от системы электрооборудования автомобиля главной
цепи и обмотки возбуждения или только обмотки возбуждения;
защиты полупроводниковых приборов — транзисторов (в транзисторных
регуляторах напряжения) при случайных коротких замыканиях и других
аварийных режимах.
Регулирование напряжения осуществляется вибрационными или транзисторными
регуляторами напряжения. Вибрационные регуляторы напряжения выполняют
одноступенчатыми или двухступенчатыми. Транзисторные регуляторы
напряжения делятся на два основных типа: контактно-транзисторные и
бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения.
Регуляторы РР127, РР380, РР362 (включая его модификации), РР132, РР350,
РР356, Я112-А, Я120 по выполняемым ими функциям регулируют напряжение,
не имеют устройств для ограничения тока, включения главной цепи и
обмотки возбуждения или же включения только обмотки возбуждения.
На рис. 20 приведена электрическая схема вибрационного регулятора
напряжения РР127. При неработающем или при работающем на малой частоте
вращения ротора генераторе, когда напряжение генератора ниже 27,4..
.30,2 В, контакты регулятора напряжения PH замкнуты усилием пружины
якорька.
При включении выключателя массы ВМ аккумуляторная батарея разряжается на
обмотку возбуждения ОВ генератора, а также обмотки и резисторы
регулятора. Путь тока при этом следующий: «+» аккумуляторной батареи,
амперметр, «+» зажимы генератора и регулятора, выравнивающая обмотка ВО,
замкнутые контакты, якорек, ярмо, зажим Ш регулятора, далее зажим Ш
генератора, обмотка возбуждения ОВ, масса, выключатель массы ВМ и «—»
аккумуляторной батареи.
Часть тока проходит через резисторы Ry и RTK, шунтовую обмотку ШО
регулятора и далее через массу, выключатель массы ВМ на «—»
аккумуляторной батареи. Однако намагничи-
вания сердечника в этом случае недостаточно, чтобы
притянуть якорек и разомкнуть контакт регулятора.
При работе генератора, когда его напряжение становится выше, чем ЭДС
аккумуляторной батареи, источником тока становится генератор. В этом
случае ток от зажима Ш генератора идет в регулятор напряжения по
вышеуказанным направлениям. Одновременно генератор питает потребителей
тока и заряжает аккумуляторную батарею.
Когда напряжение достигает регулируемой величины,
увеличивается намагничивание сердечника и контакты регулятора
размыкаются. В этот момент в цепь обмотки возбуждения генератора
полностью последовательно включаются резисторы Rу и Rтк. Вследствие
резкого повышения сопротивления цепи возбуждения ее ток, намагничивающая
сила и созданный ею магнитный поток возбуждения генератора уменьшаются,
а следовательно уменьшается ЭДС фазных обмоток и выпрямленное напряжение
генератора. При уменьшении напряжения ниже нормального, магнитная сила
сердечника, притягивающая якорек, уменьшается и пружина замыкает
контакты регулятора вновь. Указанный процесс повторяется периодически с
большой частотой, что позволяет регулируемому напряжению колебаться
около нормальной величины.
При отсутствии на автомобиле выключателя массы при неработающем
двигателе отключение обмотки возбуждения генератора от аккумуляторной
батареи осуществляется выключателем зажигания.
Транзисторные регуляторы напряжения являются более совершенными
приборами, обеспечивающими большую точность регулирования и высокую
надежность и долговечность, а поэтому в современных конструкциях
автомобильных генераторных установок они вытесняют традиционные
вибрационные регуляторы напряжения.
Транзисторные регулирующие устройства подразделяются на следующие типы:
1. Контактно-транзисторные регуляторы напряжения, в которых элементом,
реагирующим на повышение напряжения, по-прежнему является вибрационный
электромагнитный регулятор напряжения, но контакты последнего замыкают и
размыкают цепь базы транзистора, который, в свою очередь, замыкает и
размыкает цепь возбуждения генератора. Таким образом ток, размыкаемый
контактами вибрационного регулятора, уменьшается в несколько раз и
надежность и долговечность такого регулятора напряжения значительно
повышаются.
Обычно такие приборы, кроме вибрационного электромагнитного регулятора
напряжения, имеют дополнительно электромагнитное реле защиты, вследствие
чего они могут называться контактно-транзисторными реле-регуляторами.
2. Бесконтактно-транзисторные регуляторы напряжения, в которых полностью
отсутствуют контакты и электромагнитные реле. В них элементом,
реагирующим на повышение напряжения, является стабилитрон, открытое или
закрытое состояние которого через 1...2 усилительных транзистора
воздействует на силовой транзистор, замыкающий и размыкающий цепь
возбуждения генератора.
На рис. 21 приведена электрическая схема контактно-тран-зисторного
регулятора напряжения РР362, состоящего из собственно регулятора
напряжения PH и реле защиты РЗ. Реле защиты РЗ предназначено для защиты
транзистора Т от коротких замыканий, зажимов Ш или провода, их
соединяющего, на
массу.
При включении зажигания выключателем ВК регулятор подключается к
аккумуляторной батарее; при этом к эмиттерному переходу Э транзистора Т
прикладывается напряжение в прямом направлении и через базу Б
транзистора начинает протекать ток по цепи: « + » аккумуляторной
батареи, амперметр, выключатель зажигания ВК, запирающий диод Д1,
эммитер Э транзистора, переход эммитер — коллектор транзистора, база Б
транзистора, резистор Rб, масса и «—» аккумуляторной батареи.
Так как потенциал эмиттера Э выше, чем потенциал базы Б транзистора, то
при прохождении тока базы через переход эмиттер — база происходит резкое
уменьшение сопротивления между эмиттером Э и коллектором К и транзистор
переходит в режим «открыт», замыкая тем самым цепь обмотки возбуждения
ОВ генератора. При этом ток возбуждения генератора протекает по цепи:
«+» аккумуляторной батареи, амперметр, выключатель зажигания ВК,
запирающий диод Д1, эмиттер Э, переход эмитттер — коллектор транзистора,
коллектор К, зажим Ш регулятора, обмотка возбуждения ОВ генератора,
масса и «—» аккумуляторной батареи.
Одновременно по обмотке ОРН регулятора напряжения протекает ток по цепи:
«+» аккумуляторной батареи, амперметр, выключатель зажигания ВК,
запирающий диод Д1, резистор Ry, обмотка ОРН, масса и «—» аккумуляторной
батареи.
При неработающем генераторе верхние контакты 2 регулятора напряжения PH
замкнуты, а контакты реле защиты РЗ разомкнуты.
Цепь обмотки реле защиты: «+» аккумуляторной батареи, амперметр,
выключатель зажигания ВК, корпус реле защиты РЗ, корпус регулятора
напряжения PH, верхние контакты 2 регулятора напряжения, обмотка ОРЗ,
обмотка возбуждения ОВ генератора, масса и «—» аккумуляторной батареи.
Если напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторной батареи, то
аккумуляторная батарея разряжается на обмотки возбуждения генератора,
регулятора напряжения ОРН и реле защиты ОРЗ.
Если же при увеличении частоты вращения ротора генератора его напряжение
превысит напряжение аккумуляторной батареи, то обмотка возбуждения
генератора и регулятор напряжения будут находиться под действием
напряжения генератора, а также будут заряжаться аккумуляторная батарея и
питаться другие потребители тока.
Когда напряжение генератора возрастет выше
установленной величины, якорек регулятора напряжение притянется и
нижними контактами 1 замкнет базу Б транзистора на «+» генератора. В
этом случае транзистор «запирается» и ток на обмотку возбуждения
проходит через резисторы Ry и /?д, что приводит к резкому снижению тока
возбуждения и напряжения генератора, вследствие чего якорек регулятора
напряжения отходит и контакты / размыкаются, после чего процесс
периодически повторяется.
Так как процесс происходит быстро, то якорек регулятора напряжения после
размыкания контактов 1 не успевает отойти вверх до крайнего положения, и
возрастающее напряжение генератора опять притягивает якорек и замыкает
контакты 1. Таким образом, во время работы генератора с частотой
вращения, превышающей начальную, якорек регулятора колеблется около
нижних контактов 1, замыкая и размыкая их, в то время как верхние
контакты остаются постоянно разомкнутыми.
При коротком замыкании одного из зажимов III или провода, их
соединяющего на массу, обмотка ОВ обесточивается и напряжение генератора
падает почти до нуля. Ток обмотки ОРН регулятора напряжения, питающийся
теперь только от аккумуляторной батареи, уменьшается, сердечник
отпускает якорек и контакты 2 замыкаются, включая обмотку ОРЗ реле
защиты. Последняя теперь находится под полным напряжением аккумуляторной
батареи, вследствие чего ток в ней достигает максимальной величины и
контакты реле замыкаются, а это приводит к замыканию базы Б транзистора
на « + » аккумуляторной батареи, вследствие чего транзистор «запирается»
и включает в цепь тока короткого замыкания резисторы Ry и Ял,
ограничивающие величину тока короткого замыкания безопасной величины.
Регулятор напряжения соединяется с генератором с помощью закрытого
штепсельного разъема, исключающего возможность короткого замыкания
проводов на массу.
Схема регулятора напряжения может быть условно разделена на две части:
измерительную ИЧ, включающую транзистор TI, стабилитрон Ди дроссель Др,
резисторы Rl, R2, R3, R4, R5 и RT, усилительную часть УЧ, включающую
транзисторы Т2 и ТЗ, резисторы R6, R7, Rд, диоды Д2, ДЗ. В схему
регулятора входит также диод Д4, включенный параллельно обмотке
возбуждения ОВ генератора и защищающий транзистор ТЗ от ЭДС
самоиндукции, возникающей в этой обмотке, и резистор Roc,
предназначенный для улучшения частотных характеристик регулятора. В цепь
делителя напряжения (резисторы R1 и R3) включен дроссель Др для
уменьшения влияния пульсации
выпрямленного напряжения генератора на работу
регулятора напряжения.
Регулятор напряжения работает в двух предельных
режимах:
1-й режим — напряжение генератора меньше регулируемого. При включении
выключателя зажигания ВК. обмотка возбуждения генератора подключается к
аккумуляторной батарее. Стабилитрон Д1 находится в непроводящем
состоянии, следовательно, входной транзистор Т1 «закрыт», так как
отсутствует ток базы Б этого транзистора. Закрытое состояние транзистора
Т1 обеспечивает прохождение тока через переходы эмиттер — база
транзисторов Т2 и ТЗ от клеммы «+» через диод ДЗ, переход эмиттер — база
транзистора ТЗ, диод Д2, переход эмиттер — база транзистора Т2, резистор
R5 и «—».
Сопротивление транзисторов Т2 и ТЗ при этом минимально (транзисторы
«открыты») и по цепи «+» диод ДЗ, переход эмиттер — база транзистора ТЗ,
диод Д2, переход эмиттер — коллектор транзистора Т2, резистор R6 идет
ток базы выходного транзистора ТЗ, необходимый для его открытого
состояния. Таким образом, при напряжении генератора меньше
регулируемого, транзистор Т1 закрыт, а транзисторы Т2 и ТЗ открыты. Это
обеспечивает прохождение через транзистор ТЗ максимального тока
возбуждения по цепи: «+», диод ДЗ, переход эмиттер — коллектор
транзистора ТЗ, клемма Ш, обмотка возбуждения ОВ генератора, масса и
«—».
2-й режим — напряжение генератора больше регулируемого. Стабилитрон Д1
проводит ток и, следовательно, входной транзистор Т1 открыт, так как по
цепи «+», переход эмиттер — база транзистора Т1, резистор делителя R3,
дроссель Др и «—» идет ток, обеспечивающий открытое состояние
транзистора Т1. Сопротивление транзистора Т1 минимально и потенциал базы
Б транзистора Т2 оказывается выше потенциала его эмиттера Э. Транзистор
Т2 закрывается, прерывая цепь тока базы Б выходного транзистора ТЗ. Тем
самым закрывается и транзистор ТЗ. Ток возбуждения генератора, минуя
транзистор ТЗ, проходит через добавочный резистор Rд, и его величина
резко падает. Напряжение генератора снижается и стабилитрон Д1 вновь
переходит в непроводящее состояние, запирая транзистор Т1. Это приводит
к открыванию транзисторов Т2 и ТЗ.
Описанный процесс периодически повторяется, что обеспечивает поддержание
напряжения генератора на определенной величине.
Для уменьшения влияния температуры на величину регулируемого напряжения
в плечо делителя включен терморезистор Rт, сопротивление которого имеет
отрицательный температурный коэффициент, т. е. с повышением температуры
его сопротивление снижается.
Терморезистор RT компенсирует увеличение напряжения
пробоя стабилитрона Д1 с повышением температуры регулятора.
Развитие электроники и особенно технологии изготовления интегральных
схем позволило создать бесконтактные регуляторы напряжения в габаритах,
обеспечивающих их монтаж на генераторах. К таким регуляторам относятся
интегральные регуляторы напряжения ЯП2-А и Я120 для генераторов с
номинальным напряжением 14 и 28 В соответственно. Масса интегрального
регулятора 50 г (РР350 — 800 г), а его габаритные размеры 38x58x12 мм.
На рис. 23 приведена электрическая схема генераторной установки 17.3701
с встроенным интегральным регулятором напряжения ЯП2-А.
Генераторная установка имеет три выводные клеммы для соединения со
схемой электрооборудования автомобиля: «+» и «—» и провода, идущего от
выключения зажигания ВК. При включении зажигания выключателем ВК обмотка
возбуждения генератора ОВ подключается под напряжение аккумуляторной
батареи. В этом случае транзистор 77 закрыт, а транзисторы Т2 и ТЗ
открыты. Ток возбуждения генератора (см. стрелки на рис. 23) протекает
по цепи: «+» аккумуляторной батареи, выключатель зажигания ВК, клеммы В
и В' обмотки возбуждения генератора ОВ, клемма Ш, транзистор ТЗ, масса и
«—» аккумуляторной батареи.
Регулирование напряжения генератора осуществляется путем изменения
среднего значения тока в обмотках возбуждения, что обеспечивается
ключевым (открыт — закрыт) режимом выходного транзистора ТЗ. Открытое
или закрытое состояние транзисторов ТЗ и Т2 зависит от сопротивления
перехода эмиттер— коллектор входного транзистора 77, которое
определяется величиной тока его базы, зависящего, в свою очередь, от
тока, проходящего через стабилитрон Д1. Стабилитрон пропускает ток,
достаточный для введения транзистора Т1 в открытое состояние, только
тогда, когда напряжение на нижнем плече делителя R2 выше суммы
напряжений на стабилитроне Д1 и диоде Д2, что бывает, когда напряжение
генератора выше регулируемого.
Отличие схемы регулирования в интегральном регуляторе напряжения от
рассмотренных выше заключается в том, что в цепь обмотки возбуждения
генератора ОВ не включается добавочный резистор, когда надо снизить ток
возбуждения, а цепь разрывается выходным транзистором ТЗ.
Интегральный регулятор напряжения — изделие неразборное и
неремонтируемое. Регулировка уровня напряжения производится на
заводе-изготовителе. В регуляторе Я120 предусмотрена посезонная
регулировка включением и выключением выносного резистора, расположенного
в крышке регулятора.
При эксплуатации генераторов с интегральными
регуляторами напряжения запрещаются:
пуск двигателя при отключенном плюсовом проводе генератора;
включение аккумуляторной батареи обратной полярности и несоблюдение
полярности при пуске двигателя от постороннего источника тока;
работа генераторной установки при отключенной аккумуляторной батарее;
проверка исправности генераторной установки на «искру» путем замыкания
любых клемм генератора и щеткодержателя;
соединение клеммы Ш с клеммой «+» и «В» (это ведет к мгновенному выходу
из строя интегрального регулятора напряжения) ;
проверка исправности схемы электрооборудования от источника с
напряжением выше 18 В и 36 В соответственно для схем электрооборудования
12 В и 24 В;
попадание воды и масла на генераторную установку.
Рис. 24. Электрические схемы реле-регуляторов:
а — РР380; 6 — РР362-Б; в-РР132; г - РР356; д - 11.3702
На рис. 24,а приведена электрическая схема вибрационного регулятора
напряжения РР380. Регулятор имеет один электромагнитный элемент —
двухступенчатый регулятор напряжения PH с одной парой размыкающихся РН\
и одну пару замыкающихся РНг контактов. Регулятор оснащен двумя
изолированными присоединительными клеммами, выполненными в виде
штеккеров: 15( + ) —для присоединения к плюсовому проводу электросхемы
автомобиля через включатель зажигания и 67 (Ш) — для присоединения к
шунтовому выводу генератора 67 (Ш), а также винт 31 на корпусе для
присоединения минусового привода.
Контактно-транзисторный реле-регулятор РР362-Б (рис. 24, б) предназначен
для автоматического поддержания напряжения сети в заданных пределах и
осуществляет автоматическую защиту регулирующего органа — транзистора в
аварийном режиме от короткого замыкания зажима Ш реле-регуля-тора и
генератора на «массу».
Реле-регулятор имеет однообмоточное электромагнитное реле PH, являющееся
управляющим элементом регулирующего транзистора Т, трехобмоточное
электромагнитное реле РЗ, служащее для защиты транзистора от коротких
замыканий, диод Ди обеспечивающий активное запирание транзистора, диод
гашения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения Дт, разделительный диод Дч
и резисторы схемы R\... R$.
Реле-регулятор имеет две изолированные присоединительные клеммы: В— для
присоединения к плюсу сети; Ш — для присоединения к выводу Ш генератора,
а также винт М на корпусе для присоединения минусового провода.
Электрические схемы бесконтактно-транзисторных реле-ре-гуляторов РР132,
РР356 и 11.3702 показаны соответственно на рис. 24, в, г и д.
Реле-регулятор РР132 состоит из двух основных функциональных узлов:
измерительного и регулирующего. Опорным элементом измерительного узла
является кремниевый стабилитрон Да. Делитель содержит индуктивный фильтр
в виде дросселя Др.
Основным элементом регулирующего узла является выходной транзистор Т1. В
коллекторную цепь включена обмотка возбуждения. Диоды Д2, Дз
обеспечивают надежное запирание транзистора Т1. Резистор R1 обеспечивает
четкое переключение транзисторов.
Реле-регулятор РР356 имеет два кремниевых транзистора Тх и Гг, из
которых Т1 является регулирующим, а Т2 управляющим, стабилитрон Д4— в
качестве задающего элемента, запирающие диоды Д2 и Д3, гасящий диод Д1,
дроссель Др и резисторы схемы Ri.. .R13.
Реле-регулятор имеет двухвыводной закрытый штеккерный разъем для
присоединения внешних проводов, а также винт на корпусе для
присоединения минусового провода.
Регулятор напряжения 11.3702 состоит из двух основных функциональных
узлов: измерительного и регулирующего. Опорным элементом измерительного
узла являются стабилитроны Дз и Д4.
Основным элементом регулирующего узла является выходной транзистор Т1,
для обеспечения его надежного запирания включен диод Д2. Резистор R2
обеспечивает четкое переключение транзисторов.
Основные технические характеристики регуляторов напряжения приведены в
табл. 3.7.
