Меню

Автоматическая регулировка напряжения генератора

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

26.09.2014

Автоматические регуляторы напряжения генераторов

Одним из наиболее важных условий, обеспечивающих правильную работу электрических установок, является постоянство напряжения питающих генераторов.

В установках постоянного тока достаточная степень постоянства напряжения обеспечивается компаундными генераторами. В установках переменного тока для сохранения постоянства напряжения приходится прибегать к автоматическим регуляторам напряжения.

На рис. 1 изображена принципиальная схема включения угольного автоматического регулятора напряжения. В состав схемы входят: угольный реостат 1, электромагнит с двумя обмотками 2 и 3 и пружина 5, создающая усилие, противодействующее электромагниту.

Обмотка 2 электромагнита включена на напряжение генератора Г между фазами А и С через выпрямитель 6.

Обмотка 3 электромагнита включена на вторичную обмотку трансформатора 4, первичная обмотка которого питается от возбудителя генератора В.

При нормальном напряжении генератора втягивающая сила электромагнита уравновешивается силой натяжения пружины. С повышением напряжения генератора сила электромагнита преодолевает натяжение пружины, якорь притягивается к сердечнику электромагнита, и поворачиваясь вокруг своей неподвижной оси, через вертикальный стержень передает растягивающее усилие на угольный столбик.

Сила натяжения на угольные шайбы уменьшается, сопротивление столбика возрастает, напряжение возбудителя уменьшается, в связи с чем уменьшается и напряжение генератора Г.

С уменьшением напряжения генератора Г втягивающая сила электромагнита уменьшается, под действием натяжения пружины якорь поворачивается и увеличивается сжатие угольного реостата.

Сопротивление реостата уменьшается, ток возбуждения увеличивается и напряжение генератора возрастает.

Если бы на электромагните была только обмотка 2, описанный процесс регулирования никогда бы не прекращался и напряжение генератора, изменившись один раз под действием какой-либо внешней причины, в дальнейшем колебалось бы под влиянием работы регулятора вокруг своего номинального значения.

Назначение обмотки 3 — сделать эти колебания затухающими и прекратить их после нескольких циклов с уменьшающейся амплитудой.

Магнитный поток обмотки 3 направлен навстречу потоку обмотки 2 и ослабляет действие обмотки 2 по мере подхода напряжения к номинальному значению, чем способствует быстрейшему прекращению колебаний напряжения.

Сопротивление 1C в цепи питания выпрямителя 6 служит для изменения пределов регулирования. Обычно его выбирают так, чтобы регулятор поддерживал напряжение в пределах от 95 до 105% номинального.

Назначение сопротивления 2С, питаемого от трансформатора тока ТТ, включенного в третью фазу, — создавать на своих зажимах падение напряжения. Падение напряжения на зажимах сопротивления 2С, складываясь геометрически с напряжением между фазами А и С, изменяет выходное напряжение выпрямителя в зависимости от реактивной нагрузки генератора. Это обусловливает постоянное распределение реактивной нагрузки между генераторами при их параллельной работе.

При работе одиночного генератора это устройство (так называемый компенсатор реактивной мощности) следует исключать из схемы регулятора, так как его наличие вызывает увеличение провала напряжения при пуске мощных асинхронных двигателей.

Изменяя величину сопротивления 3С, можно усилить или ослабить действие обмотки 3, т. е. в конечном итоге изменить время, в течение которого генератор достигает номинального напряжения.

Угольные регуляторы имеют ряд недостатков. Одним из наиболее существенных является малый срок службы угольных реостатов. В процессе эксплуатации угольные шайбы, из которых набирается реостат, «стареют», происходит их усадка и износ. Вследствие неравномерности этого явления равенство электрических сопротивлений отдельных угольных столбов нарушается, ток в столбах, имеющих минимальное сопротивление, увеличивается выше допустимого. При этом отдельные шайбы перегреваются, становятся хрупкими и при переменном сжатии их или вследствие вибрации и тряски судна дают трещины или рассыпаются. Иногда часть столба, работающего с перегрузкой, полностью выгорает.

Кроме того, угольным регуляторам свойственна небольшая скорость действия из-за наличия подвижных частей, имеющих определенную инерцию.

Более совершенным методом регулирования напряжения синхронных генераторов является компаундирование возбуждения.

На рис. 2 изображена принципиальная схема компаундирования возбудителя синхронного генератора. Возбудитель В генератора Г, кроме основной обмотки возбуждения ООВ, имеет дополнительную ДОВ. Дополнительная обмотка возбуждения питается током, пропорциональным току нагрузки генератора, получаемому от трансформатора тока ТТ через разделительный трансформатор напряжения РТ и выпрямитель В.

С увеличением тока нагрузки напряжение генератора Г падает. Одновременно увеличивается ток возбуждения в обмотке ДОВ возбудителя, его напряжение возрастает, ток возбуждения генератора Г усиливается и напряжение генератора поднимается.

Схема компаундирования регулируется таким образом, чтобы напряжение генератора сохранялось постоянным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Однако напряжение синхронных генераторов, кроме тока нагрузки, зависит также и от коэффициента мощности последней. Чтобы избежать влияние изменяющегося коэффициента мощности, в схему компаундирования вводят электромагнитный корректор.

Наилучшие результаты в части поддержания постоянства напряжения дают синхронные генераторы с самовозбуждением и саморегулированием напряжения.

На рис. 3 дана принципиальная схема системы самовозбуждения и саморегулирования синхронного генератора.

Существенной частью этой системы является специальный трехобмоточный трансформатор Т. Обмотка I (обмотка напряжения) этого трансформатора подключена к клеммам статора генератора и в ней течет ток Iн, пропорциональный напряжению генератора: Iн = K1U. Действие этой обмотки аналогично действию параллельной обмотки возбуждения генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением.

Обмотка II (токовая) включена на трансформатор тока главной цепи генератора, через нее проходит ток Iт = K2I, пропорциональный току нагрузки генератора. Назначение этой обмотки аналогично назначению последовательной обмотки генератора со смешанным возбуждением.

Обмотка III является вторичной обмоткой трансформатора, ток в ней Iв равен геометрической сумме токов Iн и Iт. Этот ток, выпрямленный полупроводниковым выпрямителем В, питает обмотку возбуждения генератора ОВ.

Рассмотрим, как работает эта система. При вращении ротора генератора вследствие наличия в стали ротора остаточного магнетизма, генератор разовьет некоторую начальную э. д. с. При этом через обмотку I трансформатора Т пройдет ток. Образовавшееся в сердечнике трансформатора магнитное поле индуктирует вторичную э. д. с. в обмотке III и в ее цепи, а следовательно, и в обмотке ротора генератора потечет ток. Ток ротора усилит магнитное поле генератора, э. д. с. последнего возрастет, что в свою очередь вызовет увеличение тока в обмотке I трансформатора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на клеммах генератора достигнет номинальной величины. В дальнейшем, при холостом ходе генератора и при сохранении неизменной скорости его вращения, напряжение генератора будет сохраняться постоянным.

Если в статорной обмотке генератора появится ток нагрузки, то он создаст магнитный поток реакции якоря, который ослабит магнитный поток ротора, вследствие чего напряжение на клеммах генератора должно было бы уменьшиться. Однако этому будет противодействовать обмотка II трансформатора. При появлении в ней тока, пропорционального току нагрузки, магнитный поток, создаваемый этим током в сердечнике трансформатора, вызовет увеличение э. д. с. вторичной обмотки и тем самым увеличение тока в обмотке возбуждения генератора. Напряжение на клеммах последнего возрастет до прежней величины.

Таким образом, принцип действия синхронного генератора с самовозбуждением и саморегулированием напряжения подобен принципу действия генератора смешанного возбуждения постоянного тока.

Однако следует учесть, что напряжение, развиваемое синхронным генератором, зависит не только от его нагрузки, но и от величины коэффициента мощности. При уменьшении коэффициента мощности, т, е. при возрастании угла ψ, напряжение генератора уменьшается и для его восстановления до прежней величины необходимо увеличить ток возбуждения.

Для того чтобы получить увеличение тока возбуждения, пропорциональное увеличению угла ψ, обмотку напряжения трансформатора Т подключают к клеммам генератора не непосредственно, а через дроссель Д. Величина индуктивного сопротивления дросселя выбирается такой, чтобы угол сдвига фаз между напряжением генератора и током в обмотке I трансформатора был бы равен почти 90°.

В этом случае диаграмма геометрического сложения токов в обмотках трансформатора Т будет иметь вид, изображенный на рис. 4.

Легко убедиться, что при увеличении угла ψ1 до величины ψ2 результирующий ток возбуждения генератора также возрастает, как это показано на рис. 4, а пунктиром.
Если бы фаза тока в обмотке I трансформатора Т совпадала бы с фазой напряжения генератора (как это изображено на рис. 4, б), то в этом случае, при увеличении угла ψ, величина результирующего тока возбуждения будет уменьшаться.

Уместно отметить еще одну особенность синхронных генераторов описываемой системы по сравнению с генераторами, получающими возбуждение от машинного возбудителя и оборудованными автоматическими регуляторами напряжения.

У генераторов с возбудителем и автоматическим регулятором напряжения неизбежно имеет место некоторое запаздывание восстановления напряжения.

Это запаздывание объясняется следующими причинами.

1. Автоматический регулятор начинает действовать только после того, как на регулятор поступит уже изменившееся напряжение.
2. После поступления на регулятор сигнала об изменении напряжения необходимо некоторое время на срабатывание самого регулятора.
3. Возбудитель генератора вследствие наличия у него электромагнитной инерции изменяет свое напряжение, а следовательно, и напряжение генератора с некоторым замедлением.

У синхронных генераторов с самовозбуждением процесс регулирования напряжения начинается не после изменения напряжения, а одновременно с изменением тока статора, которое должно вызвать изменение напряжения.

Вследствие этой особенности системы как абсолютное значение величины изменения напряжения генератора при резких колебаниях его нагрузки, так и время восстановления напряжения значительно меньше, чем у генераторов с возбудителем и автоматическим регулятором напряжения.

Иногда в схемах самовозбуждения, для облегчения начала процесса самовозбуждения, предусматривают установку конденсаторов, включаемых в цепь дросселя, как указано на рис. 3 пунктиром. Емкость конденсаторов подбирается так, чтобы в их цепи возник резонанс напряжения, тогда начальное напряжение на обмотке III трансформатора Т резко возрастает и генератор уверенно возбуждается. Кроме установки конденсаторов, для тех же целей применяются и другие методы.

В качестве примера конкретных генераторов, выпускаемых промышленностью рассмотрим схему самовозбуждения и саморегулирования отечественных синхронных генераторов серии МСС (рис. 5).

У этих генераторов, так же как и в описанной выше принципиальной схеме, применен трансформатор с тремя обмотками: напряжения I, токовой II и результирующей III. Необходимый сдвиг фазы тока в обмотке I относительно напряжения генератора осуществляется с помощью магнитного шунта, находящегося в трансформаторе, вследствие чего отпадает необходимость в отдельном дросселе. Новым элементом в этой схеме является дроссель Д. Этот дроссель служит для подрегулировки вручную напряжения генератора в пределах ±5% от номинального напряжения. На дросселе, помимо основных обмоток, помещены две дополнительные а и б. Обмотка а питается постоянным током от выпрямителя В3, подключенного к обмотке напряжения трансформатора Т.

С помощью регулировочного реостата Р1 можно менять величину тока в обмотке а. Изменение тока в этой обмотке вызывает изменение магнитного потока в сердечнике дросселя и, как следствие изменение его реактивного сопротивления. При изменении тока в дросселе одновременно изменяется ток, поступающий на выпрямитель B1, а следовательно, и ток возбуждения генератора.

Обмотка б используется при параллельной работе генераторов с разной мощностью, а также для поддержания постоянства напряжения генератора при колебании его частоты.

Для обеспечения начального самовозбуждения у генераторов серии МСС предусмотрен небольшой встроенный, вспомогательный генератор переменного тока с постоянными магнитами. Этот генератор включен на обмотку возбуждения главного генератора через свой выпрямитель В2. Начальный ток возбуждения обмотки ротора генератора получают через этот выпрямитель. В дальнейшем, когда вступит в действие основной выпрямитель B1, вспомогательный генератор возбуждения автоматически исключается из схемы, так как его выпрямитель В2 окажется запертым более высоким напряжением выпрямителя B1.

Элементы системы самовозбуждения и саморегулирования генераторов серии МСС выполняются в виде самостоятельных блоков размещаемых отдельно от генератора.

Следует отметить, что возможно создать очень большое число различных систем самовозбуждения и саморегулирования, отличающихся по числу, типу и способу включения входящих в них элементов. Почти каждая зарубежная фирма выпускает синхронные генераторы со своей системой самовозбуждения и саморегулирования. Изложенные в настоящей статье общие принципы помогут разобраться в особенностях различных систем, могущих встретиться на морских судах.

Источник

Автоматическая регулировка напряжения в генераторе. Регулятор напряжения генератора: схема, проверка. Что такое генератор

Генераторная установка – это техническое устройство, являющееся независимым источником электрической энергии, получаемой путем сжигания жидкого и газообразного топлива в дизельных двигателях, двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных установках.

Что это такое

Генераторная установка состоит из электрического генератора, вал которого соединен с валом двигателя, работающего на соответствующем виде топлива (газ, бензин, дизельное топливо).

Схематично, генераторную установку, работающую на бензине или дизельном топливе, можно изобразить следующим образом:

Генераторные установки различаются по своей конструкции и комплектации, способу установки и мощности, а также прочим техническим характеристикам.

  • Стационарно устанавливаемые – служат основным или резервным источником электрической энергии для объектов различной направленности (промышленность, ЖКХ, сельское хозяйство и т.д.). Мощность подобных устройств – от 5,0 до нескольких сотен кВт.
  • Мобильные (передвижные) – монтируются на специальном шасси (платформе) и могут служить как основным и резервным источником энергии для небольших объектов энергопотребления, а также при устранения аварийных ситуаций в местах, где нет стационарных электрических сетей. Мощность установок этой группы установок — от 2,0 до 18,0 кВт.
  • Переносные – это портативные устройства, служащие для электроснабжения небольшой электрической нагрузки. Используются в качестве аварийного или резервного источника энергии, мощность – от 0,5 до 5,0 кВт.

По виду используемого топлива, генераторные установки классифицируются, как:

  • Дизельные – когда используется дизельное топливо. Как правило, это стационарно устанавливаемые установки, реже – передвижные. Мощность группы генераторных установок данного типа, может достигать 200 – 300 кВт.
  • Бензиновые – работают на бензине с низким октановым числом. На мобильных установках монтируются четырехтактные двигатели, на переносных, как правило – двухтактные. Мощность установок этой группы – до 18,0 кВт.
  • Газовые – работают на газе, при сжигании которого газо-поршневый двигатель передает вращение своего вала на вал электрического генератора, вырабатывающего электрический ток.

Это стационарно устанавливаемые установки, которые служат основным источником электрической энергии, но могут быть использованы и в качестве резервного, при наличии такой необходимости.

По типу используемого генератора, установки подразделяются на:

  • С асинхронным электрическим генератором – обладают низкой стоимостью, но низкими техническими показателями. Устанавливаются на установках малой мощности, как правило переносного или мобильного типа.
  • С синхронным электрическим генератором – способны выдерживать пиковые перегрузки в подключенных к ним электрическим сетям, при высоком качестве вырабатываемого напряжения. Устанавливаются на мощных дизельных генераторных станциях.

Дизельная электростанция

Дизельная электростанция – это генераторная установка, которая оснащена двигателем, работающем на дизельном топливе.

Состав оборудования, входящего в комплект дизельной электростанции, приведен на ниже следующем рисунке:

2 – электрический генератор переменного тока;

3 – основание, рама или каркас, на которых крепятся все элементы электростанции;

4 – электрический шкаф, являющийся блоком управления и защиты электростанции;
5 – бак, для хранения дизельного топлива;

6 – аккумуляторная батарея, обеспечивающая запуск дизельного двигателя в работу;

7 – блок охлаждения, состоящий из радиатора и вентилятора. В радиаторе циркулирующая жидкость охлаждается, вентилятор монтируемого на валу основного, дизельного двигателя.

8 – выхлопная труба, обеспечивающая отвод отработанных газов;

9 – муфта, обеспечивающая соединение между валом двигателя и валом электрического генератора.

У разных моделей дизельных электростанций запуск двигателя может быть осуществлен отличным, чем на приведенной схеме, образом. Для этих целей может быть использован пусковой двигатель («пускач»), работающий на бензине или кик-стартер, приводимый во вращение обслуживающим персоналом.

Муфты, обеспечивающие соединение вала двигателя с валом генератора, должны обладать высокой демпфирующей способностью, быть разборными и упругими с неметаллическими элементами для связи полумуфт (с резиновой звездочкой, с промежуточным диском, торообразной оболочкой).

Основные технические характеристики

Основными, общими техническими характеристиками, определяющими параметры работы и возможность использования дизельных электрических станций, являются:

  • Электрическая мощность, выдаваемая генератором, измеряется в кВт;
  • Частота вращения вала, измеряется в оборотах в минуту;
  • Электрический коэффициент мощности (cos φ);
  • Количество фаз, вырабатываемого электрического тока;
  • Напряжение, вырабатываемого тока (220/380 В);
  • Частота вырабатываемого тока (50 Гц);
  • Расход топлива за час работы;
  • Объем топливного бака;
  • Масса;
  • Габаритные размеры.

Кроме общих технических характеристик, в паспорте электростанции приводятся технические характеристики дизельного двигателя и электрического генератора, которыми являются, для:

  • Двигателя:
  • Модель двигателя;
  • Предприятие изготовитель;
  • Количество цилиндров и их расположение;
  • Диаметр цилиндра, измеряется в мм;
  • Ход поршня, измеряется в мм;
  • Вид системы охлаждения;
  • Номинальная частота вращения вала двигателя;
  • Номинальная мощность при номинальном количестве оборотов двигателя;
  • Удельный расход топлива, измеряется в г/кВт*час;
  • Масса двигателя.
  • Модель генератора;
  • Предприятие изготовитель;
  • Номинальное напряжение на выходных клеммах генератора;
  • КПД при полной нагрузке;
  • Коэффициент мощности (cos φ);
  • Номинальная частота вращения вала;
  • Полная электрическая мощность, измеряется в кВА;
  • Масса генератора.

Для того, чтобы дизельная электростанция, являющаяся сложным техническим устройством, работала продолжительное время и не доставляла хлопот пользователям, необходимо вовремя осуществлять ее техническое обслуживание.

Техническое обслуживание можно классифицировать как:

  • Ежедневные профилактические осмотры – осуществляются перед запуском электростанции в работу.
  • Периодические профилактические осмотры – проводятся в соответствии с индивидуальным графиком, определенным для каждой конкретной модели дизельной электростанции.
  • Технические работы, периодичность которых зависит от наработки моточасов эксплуатации установки и в соответствии с составленным графиком их выполнения.

При ежедневных осмотрах или, при цикличной работе электростанции, при ее запуске, выполняется:

  • Проверка целостности узлов и агрегатов;
  • Проверка уровней масла и охлаждающей жидкости;
  • Проверка давления масла в системе смазки двигателя.

При периодических осмотрах выполняется:

  • Проверка и устранение неисправностей узлов и систем, обеспечивающих работу дизельного двигателя. При необходимости выполняется их регулировка.
  • Тестирование работы электрического генератора, при необходимости – регулировка.
  • Проверка сопротивления изоляции электрических проводов и прочих элементов электрических цепей.
  • Проверка работоспособности электрических устройств системы защиты, автоматики и запуска в работу силовых агрегатов.

При выполнении регламентного технического обслуживания выполняются работы, определенные производителем установки, в каждый конкретный вид обслуживания (ТО1, ТО2 и т.д.).

Обслуживание производится на основании графиков его выполнения и в соответствии с перечнем работ, подлежащих выполнению.

Каждому ТО электростанции соответствует определенное количество отработанных ею часов.

При цикличном режиме работы дизельных электрических станций, необходимо осуществлять периодическое тестирование их работы, которое должно выполняться не реже одного раза в месяц.

У любого технического устройства есть свои достоинства и недостатки, это в полной мере относится и к дизельным электростанциям.

Так к плюсам использования установок данного типа, относятся:

  1. Значительная электрическая мощность, в сравнении с бензиновыми аналогами.
  2. Возможность выполнить стабилизацию вырабатываемого напряжения, тем самым обеспечить его качественные показатели, вне зависимости от пиковых нагрузок при запуске электрических двигателей и прочих электрических устройств.
  3. Высокий КПД.
  4. Способность работать в непрерывном цикле продолжительное время без снижения эксплуатационных показателей.
  5. Относительно низкий уровень шума при генерации электрической энергии.
  6. Способность работать в широком температурном диапазоне окружающего воздуха.
  7. Ремонтно-пригодность и относительно небольшие затраты на выполнение технического обслуживания.
  1. Большая масса установок и значительные габаритные размеры.
  2. Для монтажа моделей большой мощности необходимо устройство специального основания (рамы) или фундамента, обеспечивающих прочность закрепления элементов конструкции и их дальнейшую безопасную эксплуатацию.
  3. Необходимость следить за качеством используемого топлива, зависящего от времени года (температуры окружающего воздуха).
  4. При не полной загрузке (ниже 40,0%), происходит значительный износ узлов и механизмов, что приводит к необходимости выполнения дополнительного обслуживания и как следствие, к финансовым затратам.
  5. Высокая стоимость 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.

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.

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.

К атегория: — Автомобили и трактора

Начальник _____________ АШ (СТК)

ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ

Тема 3.3.Генератор и реле-регулятор.

Вопросы: Назначение, принцип действия и устройство генератора. Привод генератора. Выпрямители, их назначение, установка и действие в цепи генератора.

Неисправности генератора, их причины, способы обнаружения и устранения.

Назначение, общее устройство и принцип действия реле-регулято­ра. Реле-регуляторы, применяемые на изучаемых автомобилях, особен­ности их устройства и работы.

Возможные неисправности реле-регулятора, их причины, способы выявления и устранения

Метод занятия: рассказ, беседа.

Проверяю наличие личного состава

Довожу тему и учебные вопросы

Условия работы и классификация генераторных установок. Генераторная установка (генератор с реле-регулятором) явля­ется основным источником электрической энергии на автомо­биле. Она предназначена для питания приемников (потребите­лей) и заряда аккумуляторной батареи. Генератор преобразует механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в элек­трическую. Реле-регулятор автоматически управляет работой генератора.

Генератор механически связан с коленчатым валом двигате­ля. Это, в основном, определяет те специфические условия, в которых работает генераторная установка: переменная часто­та вращения ротора, пропорциональная частоте вращения ко­ленчатого вала двигателя; широкий диапазон изменения нагруз­ки (в пять-шесть раз), пропорциональный мощности включен­ных приемников; большой диапазон изменения температуры (от минус 40 до плюс 80°С); запыленность и влажность воздуха; возможность полного погружения в воду при преодолении вод­ной преграды.

Назначение и условия работы определяют следующие тре­бования к генераторным установкам:

Обеспечить положительный баланс электрической энергии в бортовой сети, т.е. вырабатывать ее столько, сколько необхо­димо приемникам и аккумуляторной батарее;

Масса и габариты генераторной установки должны быть
минимальными;

Напряжение питания должно быть постоянным во всем ди­апазоне рабочих режимов частоты вращения и нагрузки;

Ресурс работы должен быть равен или больше ресурса ра­боты двигателя.

Генераторы классифицируют по напряжению, роду тока, возбуждению, наличию щеток, степени защиты от внешних воздействий, способу подавления радиопомех.

Номинальные напряжения генераторов и генераторных ус­тановок могут быть 7, 12 и 28В. Имеются генераторные уста­новки с двумя различными уровнями напряжения, предназна­ченные для питания различных приемников. Независимо от уровня напряжения генераторы могут быть постоянного и пе­ременного тока. К генераторам постоянного тока относятся такие, у которых переменный ток преобразуется в постоянный щеточно-коллекторным узлом. Все остальные генераторы от­носятся условно к генераторам переменного тока, в том числе и генераторы, у которых вырабатываемый ими ток полностью выпрямляется встроенными в корпус генератора специальны­ми устройствами-выпрямителями.

Возбуждение генераторов может осуществляться от элект­ромагнитов и постоянных магнитов.

Генераторы с постоянными магнитами имеют целый ряд преимуществ по сравнению с генераторами, имеющими элект­ромагнитное возбуждение. Основные из них: более высокая надежность в работе и простота конструкции. Однако наряду с указанными преимуществами генераторы переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют и недостатки, которые ограничивают их широкое применение. Это трудно­сти регулирования напряжения и низкий предел мощности.

Генераторы с электромагнитным возбуждением классифи­цируются в зависимости от схемы включения обмотки возбуж­дения. Если обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, генератор называется генератором с последователь­ным возбуждением, а если параллельно-с параллельным воз­буждением. Генераторы со смешанным возбуждением имеют параллельную и последовательную обмотки.

Если обмотка возбуждения питается от постороннего источ­ника постоянного тока, такой генератор называется генерато­ром с независимым возбуждением. Если же обмотка возбужде­ния питается от зажимов якоря, такой генератор называется генератором с самовозбуждением

Генераторы могут быть с щетками и без щеток. Щетки при­меняются для обеспечения электрического контакта между под­вижными и неподвижными деталями. Поскольку в этом узле имеет место трение скольжения, щетки истираются, имеют ог­раниченный ресурс и низкую надежность. Поэтому разработа­ны конструкции безщеточных генераторов, лишенных указан­ных недостатков.

Государственным стандартом предусмотрено шесть степе­ней защиты электротехнических изделий от случайного сопри­косновения человека с токоведущими и движущимися частями, а также от проникновения посторонних твердых тел внутрь корпуса. Кроме того, предусматривается восемь степеней за­щиты от проникновения воды внутрь корпуса.

По способу подавления радиопомех генераторы могут быть: неэкранированные, с частичной экранировкой и экранирован­ные.

Технические характеристики генераторов оцениваются сле­дующими основными параметрами:

Номинальной или максимальной силой тока;

Мощностью и удельной мощностью;

Частотой вращения в режиме холостого хода, при которой генератор развивает номинальное напряжение (начало отдачи);

Максимальной частотой вращения, при которой генератор развивает номинальную мощность (полной отдачей);

Коэффициентом полезного действия.

Устройство генераторов постоянного тока. На автомоби­лях ЗИЛ-131 первых выпусков устанавливался генератор Г51 (рис. 11.6) постоянного тока, четырехполюсный, защищенного исполнения, экранированный, параллельного возбуждения, с внутренним обдувом от вентилятора, выполненного совмест­но со шкивом 11. Работает совместно с контактным реле-регу­лятором РР51.

В крышках 4 и 12 находятся два подшипника 2 и 10 с резино­выми уплотнителями, в которых вращается якорь 8. На крыш­ке со стороны коллектора расположены четыре щеткодержате­ля реактивного типа. Номинальное напряжение генератора 12 В, мощность 450 Вт.

Генератор допускает погружение в воду, но работать в воде не должен из-за сильного износа щеток.

Минусовые щетки установлены в неизолированных щетко­держателях и соединены с корпусом генератора. Плюсовые щетки установлены в изолированных щеткодержателях и присоединены к выводу Я. Два конца двух пар катушек обмотки возбуждения генератора присоединены к выводам Ш1 и Ш2, а другие два конца этих катушек соединены с корпусом. Выводы Ш1 и Ш2 и вывод Я находятся внутри специальной экраниру­ющей коробки, прикрепленной к корпусу генератора. Враще­ние генератора правое, если смотреть со стороны привода Генератор двумя лапами прикреплен к кронштейнам, в свою очередь закрепленным на основании компрессора. На заднем кронштейне предусмотрены овальные отверстия, позволяющие сдвигать его, чтобы выбирать зазор между кронштейнами и лапами. Третья лапа предназначена для крепления генератора к натяжной планке, с помощью которой регулируют натяжение приводного ремня.

Наблюдать за работой генератора можно по показанию амперметра, установленного на щитке приборов. При враще­нии двигателя со средней частотой вращения генератор дол­жен давать зарядный ток, величина которого падает по мере заряда аккумуляторной батареи. При исправной и полностью заряженной аккумуляторной батарее и отключенных потреби­телях отсутствие зарядного тока не свидетельствует о неисп­равности генератора.

1-крышка подшипника; 2-подшипник со стороны коллектора; 3-коллектор; 4-крышка генератора со стороны коллектора; 5-экранированный вывод параллельной обмотки (Ш); 6-вывод обмотки якоря (Я); 7-корпус генерато­ра; 8-якорь; 9-обмотка возбуждения; 10 подшипник со стороны привода; 11 -шкив с вентилятором; 12-крышка со стороны привода; 13-пружина щет­кодержателя; 14-щеткодержатель; 15-щетка; 16-защитная лента; 17-винт защитной ленты

В настоящее время наибольшее применение находят генера­торы постоянного тока Г74; Г6,5; СГ10-1С (стартер-генератор), которые не имеют принципиальных отличий от выше рассмот­ренной электрической машины, но являются более мощными и используются чаще на гусеничных машинах и большегрузных автомобилях или специальных колесных шасси.

Устройство генераторов переменного тока. На военной ав­томобильной технике последних поколений устанавливаются генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно увеличены. На режиме холостого хода двигателя они развивают до 40% номинальной мощности.

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

Генераторы (рис.11.7) типа Г-250 устанавливаются на автомобилях семейства КАМАЗ. Они имеют одинаковую конструктивную схему и представляют собой трехфазную синхронную электри­ческую машину, состоящую из статора, ротора, передней и зад­ней крышек, вентилятора и приводного шкива.

Статор 4 (рис. 11.7,а) собран из отдельных пластин электро­технической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности ста­тора имеется 18 равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной об­мотки. В каждой фазе имеется шесть катушек, соединенных последовательно, базовые обмотки статора соединены звездой, т.е. начало обмоток соединено вместе, а их концы присоедине­ны к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор 6 состоит из двух клювообразных стальных наконечни­ков и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, ко­торые жестко закреплены на его валу 5. Концы обмотки возбуж­дения припаяны к контактным кольцам 7, напрессованным на изо­ляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых под­шипниках, помещенных в передней 3 и задней 8 крышках.

Внутри задней крышки 8 расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель 9 с щетками и пружинами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив 1 и вентиля­тор 2 для обдува и охлаждения генератора.

При включенном зажигании ток от аккумуляторной бата­реи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюса, 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 обстоятельство обусловлено следующими причина­ми. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки статора, что приводит к усилению магнитного поля статора. 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, создаваемая генератором, ограничивается При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота переменного тока в обмотке статора. В результате это­го возникает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также приводит к ограничению максимальной силы тока, от­даваемой генератором.

На военной автомобильной технике широкое распростране­ние получили генераторы с кремниевыми полупроводниковы­ми выпрямителями, которые обладают высокой теплостойкос­тью, долговечностью и приемлемыми габаритами.

Кремниевый выпрямитель (рис. 11.7,6) состоит из блока 15 кремниевых диодов (трех прямой проводимости 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 13 и 16 и с зажимами 14, к которым подключаются фазы обмот­ки 12 статора. Контактные пластины 13 и 16 вместе с секциями блока 15 диодов смонтированы на пластмассовой колодке, ко­торая болтами 11 и 17 крепится к крышке 10 генератора.

Устройство и действие реле-регуляторов. Поддержание по­стоянного напряжения в сети электрооборудования, а также защита генератора от перегрузок (ограничение максимальной силы тока) и обратных токов осуществляется автоматически. Для этих целей генераторные установки снабжаются специаль­ными автоматическими устройствами: регуляторами напряже­ния, ограничителями тока и автоматами обратного тока. Необ­ходимость в том или ином регуляторе зависит от типа и конст­рукции генератора.

Контактный реле -регулятор РР51 работает совместно с ге­нератором Г51 и состоит из четырех электромагнитных прибо­ров (рис. 11.8), смонтированных на общей панели и заключен­ных в общий кожух: реле обратного тока, замыкающего и раз­мыкающего цепь между генератором и аккумуляторной батаре­ей; двух регуляторов напряжения, поддерживающих в опреде­ленных пределах напряжение генератора при изменении часто­ты вращения и нагрузки (каждый из регуляторов напряжения обслуживает одну из двух обмоток возбуждения генератора); ограничителя тока, предохраняющего генератор от перегрузок.

Реле-регулятор имеет пять зажимов для подключения его к генератору и к схеме электрооборудования: Я-якорь, два за­жима Ш-шунт, Б-батарея и С-стартер (цепь блокировки стар­тера). Электрическая схема совместной работы генератора Г51 и реле-регулятора РР51 показана на рис. 11.9.

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 целях уменьшения последствий этого явления на современных автомобилях применяются кон­тактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные реле-регуляторы, работающие с генераторами переменного тока.

На многих образцах военной автомобильной техники уста­навливается бесконтактный транзисторный реле-регулятор РР- 350 (рис. 11.10), который выполнен на трех германиевых транзисторах и работает совместно с генератором Г-250-И1, рассчитанном на номинальное напряжение 12В.

Рис, 11.8. Реле-регулятор РР-51:

1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-регулятор напряжения; 4-крышка; 5-резиновый шнур; 6-зажим С (стартер); 7-основание; 8-экраниро-ванные зажимы Ш, и Ш 2 (обмотки возбуждения); 9-экранированный зажим Я (якорь); 10-экранированный зажим Б (батарея); 11-провод «массы»; 12-регулировочная пружина; 13-сердечник; 14-якорь ограничителя тока с под­вижным контактом; 15-стойка с неподвижным контактом; 16-обмотка огра­ничителя тока; 17-резиновый амортизатор

При напряжении генератора меньше 13,9-14,6 В стабилитрон Д, закрыт, в результате чего транзистор Т, тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т 2 и Т 3 проходит ток базы транзистора Т 3 и ток обмотки возбуждения генератора, кото­рый не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора

Рис. 11.9. Электрическая схема реле-регулятора РР-51 и генератора Г-51:

1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-первый регулятор напряже­ния; 4-второй регулятор напряжения; 5-сопротивления; 6-обмотка возбуж­дения генератора; 7-генератор; а-параллельная обмотка; б-ускоряющая обмотка; в-последовательная обмотка; г-компенсирующая обмотка

С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает 13,9-14,6 В, стабилитрон Д ] пробивается, транзистор Т, открывается, а транзисторы Т 2 и Т 3 закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения гене­ратора поступает только через добавочный резистор R 8 , и, ес­тественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д,. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор Т 3 .

Напряжение генератора начнет возрастать до следующего открытия стабилитрона Д,

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

Рис. 11.10. Схема бесконтактного транзисторного реле-регулятора РР-350

а) общий вид б) электрическая схема

Остальные элементы схемы выполняют вспомогательные функции, необходимые для более четкой и надежной работы прибора.

Принцип действия остальных бесконтактных транзисторных реле-регуляторов аналогичен описанному. Например, реле-ре­гулятор РР-356 рассчитан на работу с генератором номиналь­ным напряжением 24 В и имеет два стабилитрона и два более мощных транзистора.

В последние годы получили широкое распространение гене­раторы с встроенными транзисторными регуляторами напря­жения на интегральных схемах (Я П2А, Я 120, 11.3702) кото­рые имеют значительно меньшие габариты и вес (38x58x12 мм, масса 50 г). Эти регуляторы монтируют на задней крышке гене­ратора.

Принцип работы этих регуляторов аналогичен работе регу­лятора РР-350 А. При напряжении на клеммах генератора мень­ше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения. Если напряжение превышает предельное значе-

ние, то транзистор закрывается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения генератора. Этот процесс происходит с большой частотой и практически напряжение генератора оста­ется постоянным.

Интегральный регулятор напряжения-изделие неразборное и неремонтируемое. Напряжение регулятора регулируют на заводе-изготовителе.

Регулятор такого типа 11.3702, работающий совместно с ге­нератором Г 288Е, установлен на автомобиле КАМАЗ-4310, поэтому при его эксплуатации запрещается:

Работа генераторной установки с отключенной аккумуля­торной батареей (отключенной «массе»);

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 генератора);

Проверка исправности схемы электрооборудования с номинальным напряжением 12 В от источника тока с напряжени­ем выше 16 В, а для схем с напряжением 24 В выше 36 В.

Совместная работа генераторной установки и аккумулятор­ной батареи. Генераторная установка и батарея включены па­раллельно (рис. 11,И) и дополняют друг друга, обеспечивая приемники электрической энергией. При неработающем гене­раторе 6 или когда его напряжение меньше э.д.с. батареи 2 все приемники 5 питаются только от батареи 2, ток которой регис­трируется амперметром 4. Ток стартера 3 амперметр не регист­рирует так же, как и не регистрирует ток генератора, идущий на приемники.

Когда напряжение генератора превысит э.д.с. батареи, проис­ходит перераспределение электрической энергии, отдаваемой ге­нератором, он начинает питать приемники и заряжать батарею.

где: 1 6 — ток аккумуляторной батареи.

В этом случае генератор загружается на полную мощность, а недостаток мощности компенсирует батарея. Происходит это следующим образом. С увеличением нагрузки увеличивается падение напряжения внутри генератора, а напряжение на его выходе уменьшается и становится меньше напряжения батареи. После этого ток батареи возрастает, увеличится падение напря­жения внутри батареи, а на выходе ее напряжение уменьшится и произойдет выравнивание напряжения батареи и генератора.

Режим, при котором мощность генератора больше мощнос­ти включенных приемников. Избыток мощности генераторной установки реализуется на заряд батареи.

Режим, при котором мощность генератора равна мощности включенных приемников. На этом режиме ток батареи равен нулю. Все приемники питаются от генератора.

11. 4.Возможные неисправности генераторных установок, при­чины, признаки и пути их устранения.

Генераторная установка считается исправной, если в борто­вой сети автомобиля обеспечивается положительный баланс электроэнергии, а уровень регулируемого напряжения не пре­вышает нормы.

Для контроля за зарядным режимом на машинах устанавли­вают контрольно-измерительные приборы: амперметр, воль­тамперметр или сигнальную лампу. В генераторной установке возможны три вида неисправности: отсутствует напряжение на выходе, напряжение на выходе меньше нормы и напряжение на выходе больше нормы.

Характерным признаком неисправности генераторной уста­новки являются большая сила зарядного тока при заряженной аккумуляторной батарее, отсутствие зарядного тока при раз­ряженной аккумуляторной батарее и недостаточная сила заряд­ного тока.

Рассмотрим методику поиска неисправностей в генератор­ных установках переменного тока при наличии выше перечис­ленных признаков.

Признак первый: амперметр (вольтамперметр) регистриру­ет зарядный ток большой силы при средних и больших часто­тах вращения коленчатого вала двигателя. Известно, что сила зарядного тока пропорциональна разности между напряжени­ем генератора и э.д.с. аккумуляторной батареи. Эта разность,; значит, и сила зарядного тока увеличивается при повышении напряжения генератора или при уменьшении э.д.с. аккумуля­торной батареи. Таким образом, по силе зарядного тока мож­но судить лишь о разности между напряжением генератора и э.д.с. батареи и нельзя судить о напряжении генератора или батареи отдельно.

Для проверки исправности генераторной установки необхо­димо измерить напряжение бортовой сети при работе двигате­ля на средних и максимальных частотах вращения. Оно не дол­жно превышать уровень регулируемого напряжения.

Признак второй: зарядного тока нет. Как и в первом случае, сила зарядного тока свидетельствует лишь о величине разно­сти между напряжением генератора и батареи. В данном слу­чае эта разность близка к нулю. Поэтому амперметр не регист­рирует силу тока.

Известно, что по мере заряда аккумуляторной батареи э.д.с. ее возрастает и приближается к напряжению генератор­ной установки. Поэтому даже при исправной генераторной установке и батарее зарядный ток может отсутствовать. В этом случае батарея полностью заряжена и заряд не прини­мает. Зарядный ток отсутствует и при исправной генератор­ной установке.

Алгоритм проверки исправности генераторной установки может быть представлен следующей схемой (рис.11.12).

При наличии признаков, указывающих на неисправность генераторной установки, требуется определить отказавший эле­мент: генератор, регулятор напряжения, соединительные про­вода. Поскольку число элементов системы невелико, поиск сво­дится к поэлементной проверки их исправности.

Рис. 11.12. Структурная схема проверки исправности генераторной установки при отсутствии зарядного тока

Сущность методики поиска состоит в том, что на генера­торную установку подается допустимое воздействие и по ре­акции системы или ее элементов делается соответствующий вывод. В генераторных установках переменного тока поиск неисправного элемента рекомендуется начинать с проверки исправности генератора. Регулятор напряжения необходимо исключить из цепи путем подачи от аккумуляторной батареи напряжения на обмотку возбуждения генератора. У генерато­ров типа Г250 эта операция выполняется соединением вывода «Ш» с выводом «+» аккумуляторной батареи. При диагнос­тировании генераторов типа Г250-П1, имеющих два вывода «Ш» и изолированную от корпуса обмотку возбуждения, не­обходимо один из выводов соединить с выводом «+» аккуму­ляторной батареи, а второй с выводом «-» аккумуляторной батареи или с корпусом автомобиля. Пустить двигатель. Если при работе двигателя на средних частотах появится зарядный ток, неисправность находится в цепи возбуждения до генера­тора, в том числе неисправность может быть и в регуляторе напряжения, поскольку он включен в цепь возбуждения гене­ратора. Если же приборы покажут отсутствие зарядного тока то неисправен генератор или имеется обрыв в проводе, под­ключающем генератор к бортовой сети.

Алгоритм поиска неисправностей, составленный по выше изложенной методике, представлен на рис.11.13

Рис. 11.13. Структурная схема поиска неисправностей в генераторной установке переменного тока

Сущность методики поиска неисправностей генераторной установки постоянного тока состоит в том, что последователь­но исключая (шунтируя или отсоединяя) отдельные элементы, делают вывод об их исправности.

Первоначально необходимо проверить состояние предохра­нителя при его наличии в зарядной цепи. Если предохранитель сработал, его необходимо заменить. Повторное срабатывание предохранителя указывает на то, что в зарядной цепи имеется короткое замыкание. Для поиска места короткого замыкания необходимо включить.последовательно в цепь контрольную лампу и, поочередно отсоединяя элементы цепи, установить короткозамкнутый участок.

Рис. 11.14. Структурная схема локализации зарядной цепи генераторной установки постоянного тока.

При отсутствии в зарядной цепи предохранителя и наличии короткого замыкания провода, соединяющие реле-регулятор и батарею сгорят. Если предохранитель, а генераторная установка неисправна, необходимо проверить исправность генератора и проводов, соединяющих генератор с реле-регуля­тором. С этой целью отсоединяются провода от выводов «Я» и «Ш» реле-регулятора и соединяются между собой. Параллель­но генератору подключается контрольная лампа. При работе двигателя на холостом ходу и исправных проводах и генерато­ре контрольная лампа должна гореть. Неисправность следует искать в реле-регуляторе и проводе, соединяющем реле-регуля­тор с амперметром. При получении отрицательного исхода про­верки (лампа не горит) необходимо проверить исправность от­соединенных от реле-регулятора проводов. Алгоритм поиска неисправности может быть представлен структурной схемой (рис. И. 14).

Устраняют неисправности и восстанавливают работоспособ­ность генераторной установки, как правило, в мастерских с ис­пользованием специального оборудования. При необходимос­ти в исключительных случаях, когда нет возможности устра­нить неисправность генераторной установки, допускается про­должить движение, используя батарею. Для экономного расхо­дования энергии батареи необходимо выключить лишние при­емники (потребители), оставив включенными лишь те из них, которые обеспечивают работоспособность машины и безопас­ность движения. Пускать двигатель стартером в этой ситуации нельзя, так как стартер потребляет ток большой силы и быстро разряжает батарею. При кратковременных стоянках лучше дви­гатель не останавливать.

При неисправном реле-регуляторе имеется возможность ис­пользовать исправный генератор для подзаряда батареи, исклю­чив реле-регулятор из цепи. Так, при неисправном реле обрат­ного тока рекомендуется отсоединить провода от выводов «Б», «Я» и «Ш» реле-регулятора и соединить их между собой при работающем двигателе, а перед остановкой — разъединить. Од­нако этим действием исключается не только реле обратного тока, но и ограничитель тока и регулятор напряжения. Во избе­жании перезаряда аккумуляторной батареи не следует допус­кать большой частоты вращения двигателя. Надо также надеж­но изолировать от корпуса отсоединенные провода, исключив возможность короткого замыкания в цепи.

При неисправных регуляторе напряжения и ограничителе тока их необходимо отключить, отсоединив провод от вывода «Ш» реле-регулятора. Отсоединенный провод подключить к по­ложительному выводу источника через лампу в 15 кД (напри­мер, переносную лампу). Она будет служить сопротивлением в цепи возбуждения генератора. Благодаря этому напряжение и сила тока генератора не.будут достигать опасных для прием­ников значений, хотя регулироваться не будут. Лампу большой мощности применять нецелесообразно, так как ее сопротивле­ние недостаточно и напряжение генератора может стать боль­шим. Лампу меньшей мощности применять можно, но сила за­рядного тока уменьшится.

3. Подвожу итоги занятия, даю задание на самоподготовку.

Руководитель занятия _______________________

Одним из основных требований потребителей к качеству электроэнергии является стабильность напряжения на шинах ДЭС в условиях изменения значения и характера (cosφ) нагрузки станции. При переходе от одного режима нагрузки ДЭС к другому напряжение на шинах ДЭС будет оставаться неизменным, если ток возбуждения генератора будет изменяться в соответствии с изменением нагрузки.

Поддержание стабильного напряжения генераторов дизельной электростанции (ДЭС) осуществляется устройствами (блоками) регулирования напряжения. Автоматические регуляторы напряжения по конструкции регулирующего органа подразделяются на два типа: электромеханические и электромагнитные.

Электромеханические регуляторы состоят из подвижных частей (электромагнитов с подвижными якорями, пружин и др.) и воздействуют на ток возбуждения с помощью изменения активного сопротивления цепи обмотки возбуждения. К этому виду относятся угольные регуляторы, которые совместно с другой аппаратурой (трансформаторами, выпрямителями и другими деталями) входят в блок регулирования напряжения (БРН). На генераторах с машинным возбуждением серий ДГС и ПС-93-4 устанавливаются блоки БРН с угольными регуляторами возбуждения.

Электромагнитные регуляторы состоят из статических (неподвижных) частей (трансформаторов, магнитных усилителей, конденсаторов, реакторов и др.) и изменяют ток возбуждения генератора с помощью дополнительного тока от регулятора обмотки возбуждения. К этому виду регуляторов относятся компаундирующие устройства с электромагнитной коррекцией, с магнитными усилителями и др.

На генераторах серии ЕСС устанавливают БРН, выполненные на принципе компаундирования, а для увеличения точности регулирования используется электромагнитный корректор напряжения.

На генераторах серий ДГФ и ГСФ БРН выполнен на принципе фазового компаундирования с полупроводниковым корректором напряжения.

На генераторах серии СГД устанавливают регуляторы напряжения типа РНА-60, работающие на принципе фазового компаундирования с управлением от электромагнитного корректора напряжения.

Блок БРН с угольным регулятором имеет четыре исполнения: 412, 421, 422, 423. Устройство и принцип работы всех блоков БРН одинаков.

Блок БРН состоит из угольного регулятора УРН, трансформатора регулятора напряжения Тр2, стабилизующего трансформатора Тр1, селеновых выпрямителей ВС1 и ВС2, конденсаторов С1, С2 и резисторов R3, R4, R5. Все элементы БРН укреплены на каркасе и закрыты съемным кожухом.

Угольный регулятор напряжения типа УРН представляет собой прямоходовой электромеханический регулятор реостатного типа.

Рис.1. Угольный регулятор напряжения типа УРН-423.
а — общий вид; б — продольный разрез;
1 — слюдяные прокладки; 2 — фарфоровая втулка; 3,12,22,29 — винты;
4 — скоба; 5 — нажимный винт; 6 — стопорный винт;
7 — неподвижный угольный контакт; 8 — корпус регулятора;
9 — керамическая (фарфоровая) трубка; 10 — угольный столб;
11 — подвижный угольный контакт; 13 — колпак;
14 — контактная пластина; 15 — пластина для магнитопровода;
19 — стопорный винт сердечника; 20 — сердечник;
21 — основание магнитопровода; 23 — обмотка электромагнита;
24 — диамагнитная шайба; 25 — опорное коническое кольцо;
26 — пакеты пружин; 27 — якорь; 28 — пластина для крепления пружин;
30 — плунжер; 31 — амортизатор.

Регулятор типа УРН (рис.1) состоит из электромагнита с сердечником, якоря подвижной системы регулятора, над которым расположены пакеты пружин, угольных столбов, помещенных в фарфоровую трубку, расположенную на корпусе регулятора, неподвижного и подвижного угольных контактов, к которым подключены проводники.

Угольный столб 10, набранный из шероховатых отдельных шайб, включен с помощью контактов 7 и 11 в цепь обмотки возбуждения возбудителя. На угольный столб действует пружина 26, сжимающая угольные шайбы столба, и якорь 27, противодействующий сжатию пружины. Общая площадь соприкосновения угольных шайб столба, а следовательно, и его сопротивление зависят от давления, поэтому разность этих двух сил определяет сопротивление цепи обмотки возбуждения возбудителя.

При номинальном напряжении генератора подвижная система угольного регулятора находится в равновесии (усилия якоря электромагнита и пружины, сжимающей шайбы угольного столба УРН, равны). При увеличении нагрузки генератора напряжение на его выводах уменьшится, в связи с этим уменьшится ток в обмотке электромагнита УРН. Под действием пружины 26 подвижная система УРН сместится, что вызовет сжатие угольного столба и изменение (уменьшение) его сопротивления.

Уменьшение сопротивления приведет к увеличению тока в обмотках возбуждения возбудителя и генератора, напряжение на выводах генератора увеличится. При повышении напряжения генератора, вызванного сбросом нагрузки, сопротивление угольного столба Ур увеличится, а напряжение на выводах генератора уменьшится.

Рис.2. Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН.
Г — генератор; В — возбудитель;
ОВГ — обмотка возбуждения генератора;
ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя.

Обмотка электромагнита УРН (рис.2) включена на напряжение генератора через понижающий трансформатор Тр2 и выпрямитель ВС1. Конденсаторы C1 и С2 установлены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя ВС1.

Последовательно с первичной обмоткой Тр2 включен резистор R5, служащий для компенсации температурного изменения сопротивления обмотки Тр2.

Реостат установки РУ включен в цепь вторичной обмотки Тр2 для установки уровня автоматического peгулирования напряжения. Угольный столб УРН и резистор R3 включены последовательно в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Резистор R3 служит для уменьшения мощности рассеивания в угольном столбе УРН. Стабилизирующий трансформатор Тр1 служит для устранения неустановившихся колебаний напряжения генератора, возникающих при работе УРН. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включена через сопротивление R4 на напряжение якоря возбудителя, а вторичная — последовательно в цепь электромагнита УРН. Параллельно обмотке возбуждения возбудителя подключен выпрямитель ВС2 для предохранения угольного столба УРН от подгара при перенапряжениях на зажимах обмотки возбуждения возбудителя.

При уменьшении напряжения генератора напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора Тр2 понизится, что вызовет уменьшение тока в цепи электромагнита УРН и сопротивления угольного столба УРН.

Использование схемы компаундирования обеспечивает точность поддержания напряжения ±5%, а применение электромагнитного корректора увеличивает точное поддержания напряжения до ±2%.

Блок регулирования напряжения с электромагнитным корректором состоит из блока компаундирования, установленного на генераторе, и блока электромагнитного корректора.

Рис.3. Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М

На рис.3 изображена принципиальная схема регулятора напряжения с электромагнитным корректором.

В регуляторе использован принцип фазовою компаундирования и применены три однофазных четырехобмоточных трансформатора ТТП с подмагничиванием от корректора напряжения. Одна из первичных обмоток ТТП включена последовательно с нагрузкой генератора, а другая — через линейный реактор Р параллельно нагрузке. Вторичная обмотка ТТП через выпрямитель СВ1 соединена с обмоткой возбудителя генератора.

Корректор напряжения состоит из автотрансформатора АТН, магнитного усилителя МУ и измерительного органа, имеющего нелинейный реактор НР, линейный реактор ЛP и конденсатор С2.

Небольшое увеличение напряжения на выводах генератора приводит к резкому увеличению тока реактора НР, который увеличивает ток в обмотке управления МУ. Возросший выходной ток МУ проходит через выпрямитель СВ2 и подается на обмотку подмагничивания трансформатора ТТП. Увеличение тока в обмотке подмагничивания вызовет уменьшение тока во вторичной обмотке ТТП и в обмотке возбуждения генератора, что приведет к уменьшению напряжения на выводах генератора.

При уменьшении напряжения на зажимах генератора наблюдается обратная картина. На дизель-генераторах кроме напряжения часто меняется и частота, поэтому в корректоре предусмотрена частотная компенсация.

В схеме корректора частотная компенсация осуществляется реактором ЛР и конденсатором С2, которые изменяют напряжение на реакторе ИР пропорционально изменению частоты генератора и оставляют ток HP неизменным. Эта схема обеспечивает независимость тока HP от изменения частоты и позволяет при изменении частоты от 48 до 52 Гц обеспечить изменение напряжения генератора в пределах ±2%.

Блок регулирования напряжения с полупроводниковым корректором напряжения. Полупроводниковый корректор напряжения в БРН предназначен для поддержания стабильного напряжения на выводах генератора в пределах ±2%.

Рис.4. Принципиальная схема полупроводникового корректора напряжения

Корректор напряжения (рис.4) собран на полупроводниковых элементах и работает в импульсном режиме. Он состоит из измерительного органа и усилителя.

Измерительный орган корректора измеряет напряжение на зажимах генератора и сравнивает его с заданным. Разность между действительным и заданным напряжениями служит сигналом, который управляет полупроводниковым усилителем, соединенным с обмоткой управления трансформатора компаундирования.

Измерительный орган состоит из трансформатора ТИ, первичная обмотка которого подключена на линейное напряжение генератора через резистор R15 и регулируемый резистор РУН, выпрямителя В1, кремниевого опорного диода В2, конденсаторов С1-С2, резисторов R1, R2, R3, R5, R6, терморезисторов R7-R9, транзистора Т1.

Напряжение генератора после выпрямителя В2 и сглаживающего фильтра R8-С1 поступает на вход транзистора Т1. Входной сигнал Т1 будет тем больше, чем больше напряжение генератора превышает опорное напряжение диода В2, т.е. измерительный орган корректора преобразует превышение напряжения генератора над опорным напряжением В2 в выходной ток транзистора Т1, поступающий на вход усилителя. Если U г

Резистор R2 смещает диапазон регулирования уставки напряжения. Цепочка С2-R5 служит для устранения автоколебаний при регулировании напряжения генератора, а регулирование чувствительности корректора производится резистором R*.

Схема усилителя состоит из транзисторов Т2, ТЗ, Т4, конденсатора С3, делителей напряжения R11, R12 и резистора R10. Напряжение подается на зажимы усилителя «+» и «-» от обмотки Wn через выпрямитель ВПУ.

Параметры элементов схемы выбраны так, что при отсутствии сигнала с измерительного органа транзисторы Т2 и ТЗ усилителя полностью открыты (режим насыщения), транзистор Т4 закрыт, т.е. обмотка управления, соединенная с коллектором транзистора Т4, отключена от выпрямителя питания корректора и в ней отсутствует подмагничивающий ток.

При появлении импульса выходного тока измерительного органа конденсатор СЗ заряжается этим импульсом и разряжается на сопротивление резистора R10. Образующееся на резисторе R10 падение напряжения закрывает транзистор Т2, так как оно приложено своим минусом к базе транзистора, а плюсом — к эмиттеру. Исчезновение тока через транзистор Т2, являющегося одновременно током смещения транзистора ТЗ, приводит к закрытию транзистора ТЗ и открытию транзистора Т4, так как по его переходу база — эмиттер будет протекать ток, ранее протекавший через транзистор ТЗ.

С открытием транзистора Т4 напряжение питания корректора целиком прикладывается к обмотке управления. С появлением нового импульса от измерительного органа процесс повторяется. Напряжение генератора на входе измерительного органа выпрямляется двухполупериодным выпрямителем и сглаживается фильтром C1-R8 только частично, поэтому выходной ток измерительного органа будет иметь вид узких импульсов, следующих с частотой 100 Гц. Частота импульса выходного напряжения транзистора Т4 будет также 100 Гц.

Выходное напряжение будет иметь вид прямоугольников, ширина которых зависит от напряжения на входе корректора. При большем напряжении на входе корректора растут импульсы выходного тока измерительного органа, т.е. до большего напряжения будет заряжаться емкость СЗ. Соответственно увеличивается время, в течение которого конденсатор, разряжаясь на резистор R10, удерживает транзистор Т2 в закрытом состоянии, а транзистор Т4 — в открытом. Время воздействия напряжения питания корректора на обмотку управления увеличивается, среднее значение тока управления возрастает; напряжение генератора поддерживается на заданном уровне.

Для термокомпенсации режимов работы транзисторов Т2-Т4 в цепь усилителя включены резисторы R14, R13 и выпрямитель В4, а для предупреждения ложного срабатывания корректора от пульсаций выпрямленного напряжения в цепь СЗ — база Т2 — эмиттер Т2 включен диод ВЗ.

Все элементы, входящие в состав корректора напряжения, смонтированы в алюминиевом корпусе и закрыты крышкой. Корректор имеет доску с зажимами, к которой с внутренней стороны подключены соответствующие элементы корректора.

Генераторная установка предназначена для питания потребителей автомобиля электрической энергией и заряда аккумуляторных батарей при работающем двигателе. В состав генераторных установок переменного тока современных автомобилей входит, как правило, генератор, реле-регулятор (регулятор напряжения) и коммутационная аппаратура.

На автомобилях семейства КамАЗ устанавливается генераторная установка 3122.3771 с встроенным интегральным регулятором напряжения (типу Я 120М) или генератор 6562.3701 с регулятором напряжения 2712.3702.

Генераторная установка 3122.3771 представляет собой трехфазный двенадцатиполюсной синхронный генератор переменного тока со встроенными выпрямительным блоком, помехоподавляющим конденсатором, щеткодержателем с регулятором напряжения.

Генератор 3122.3771 расположен в верхней передней части двигателя и приводится во вращение двумя клиновыми ремнями.

Технические характеристики генератора 3122.3771

Номинальное напряжение, В 28

Максимальный ток отдачи, А 80

Номинальная мощность, Вт 2100

Регулируемое напряжение: max, В 27-28

На генераторной установке имеются следующие выводы:

«+» — для соединения с аккумуляторной батареей и нагрузкой;

«Ш» или «В» — для соединения с выключателем стартера и приборов;

» — вывод фазы для соединения с тахометром и реле блокировки стартера;

«+D» или «Д» — вывод от дополнительных диодов для соединения с контрольной лампой.

Генераторная установка (рисунок 14.8) состоит из статора 2, ротора 5, крышки со стороны контактных колец 8 с выпрямительным блоком и щеткодержателем с регулятором напряжения 1, крышки со стороны привода 7, шкива 4, вентилятора 6.

1– щеткодержатель с регулятором напряжения; 2– статор; 3– подшипник со стороны привода; 4– шкив; 5– ротор; 6– вентилятор; 7– крышка со стороны привода; 8– крышка со стороны контактных колец; 9– стяжные винты

Рисунок 14.8 — Генераторная установка:

Статор состоит из сердечника и обмотки. Сердечник набран из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком и соединенных сваркой по наружной поверхности пакета. Внутри сердечника равномерно расположены по окружности 36 пазов, предназначенных для размещения обмоток.

Обмотка статора трехфазная, соединенная «звездой». Выводы фазных обмоток крепятся к зажимам выпрямительного устройства. Вывод одной из фаз «W» служит для подключения реле блокировки стартера и тахометра.

Ротор является индуктором и состоит из вала, обмотки возбуждения, полюсных наконечников, контактных колец. Вал стальной, на его рифленой поверхности жестко, посредством прессовки, закреплены стальная втулка, полюсные наконечники и контактные кольца. Полюсные наконечники выполнены из мягкой стали, имеют по шесть заостренных клювов, которые образуют шесть пар полюсов.

Обмотка возбуждения намотана на стальную втулку. От втулки и полюсных наконечников обмотка изолирована полиэтиленовым каркасом и картонными шайбами. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам, расположенным на изоляционной втулке.

В крышке со стороны контактных колец установлены:

Выпрямительный блок с тремя дополнительными диодами, предназначенными для питания цепи возбуждения, служит для двухполупериодного выпрямления трехфазного тока;

Пластмассовый щеткодержатель с регулятором напряжения, закрепленный на крышке двумя винтами, переключатель посезонной регулировки. Уровень регулируемого напряжения генератора в положении переключателя «Л» (лето) должен находиться в пределах 27- 28 В, в положении «З» (зима) – 28,8- 30,2 В;

Помехоподавляющий конденсатор, установленный сверху на крышке;

Соединительная колодка с выводом от дополнительных диодов;

В крышках генератора установлены закрытые шариковые подшипники вала ротора. Вентилятор и шкив устанавливаются на вал генератора и закрепляются гайкой с пружинной шайбой.

Генератор водостойкий, поэтому автомобиль может преодолевать брод без повреждений генератора. После выхода из воды работоспособность генератора должна сохраняться.

Принцип действия генератора

При включении выключателя приборов и стартера напряжение от аккумуляторной батареи подается на обмотку возбуждения (через щетки и контактные кольца), размещенную на вращающейся части генератора – роторе. Вокруг обмотки возбуждения создается магнитное поле, которое, проходя через полюсные наконечники, пересекает фазную обмотку статора. При вращении ротора будет вращаться и магнитное поле. Так как под каждой обмоткой статора поочередно проходят полюсы различной полярности, то ЭДС, индуцированная в обмотках статора, будет переменной, одинаковой частоты, но сдвинутой по фазе на 120°.

Выпрямительным блоком переменное напряжение преобразуется в постоянное, и, когда оно станет больше напряжения аккумуляторной батареи, генератор начнет питать потребители и заряжать батарею. Обмотка возбуждения при этом будет питаться от генератора через дополнительные диоды.

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора может достигнуть опасного для приемников значения, поэтому генератор работает совместно с регулятором напряжения, поддерживающим напряжение в бортовой сети автомобиля в заданных пределах.

Принцип действия регулятора напряжения

Напряжение генератора определяется тремя факторами — величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения, частотой вращения ротора и силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора; снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.

Регулятор напряжения стабилизирует величину вырабатываемого генератором напряжения изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Регулятор содержит измерительный элемент, элемент сравнения и регулирующий элемент.

Измерительным элементом электронного регулятора напряжения является стабилитрон. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т. е. начинает пропускать ток, если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Ток через стабилитрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. Для согласования напряжения стабилизации существующих стабилитронов с напряжением вырабатываемым генератором применяется входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение кратного уровня напряжению бортовой сети поступает на стабилитрон.

Работа генераторной установки автомобиля КамАЗ

На рисунке 14.9 изображена электрическая схема подключения генераторной установки в систему электрооборудования.

Рисунок 14.9 — Электрическая схема подключения генератора в систему электрооборудования

После включения выключателя приборов и стартера (ВПС) в первое положение замыкаются между собой клеммы «АМ» и «КЗ». Электрический ток от аккумуляторной батареи через предохранитель на силу тока 60 А, через нормально замкнутые контакты реле отключения обмотки возбуждения (РООВ) поступает на вывод «Ш» генератора, который связан с выводом «В» регулятора напряжения, что приводит к открытию силового транзистора VT2 (рисунок 14.10). Одновременно электрический ток поступает через предохранитель 8 А в обмотку реле выключателя аккумуляторных батарей («массы») (РВМ). Его контакты замыкаются, и электрический ток поступает по цепи первоначального возбуждения генератора: от аккумуляторной батареи через предохранитель на 60 А, через контрольную лампу разряда аккумуляторной батареи (КЛ), которая загорается, на вывод «+D» генератора и далее на обмотку возбуждения генератора, на клемму «Ш» регулятора напряжения и через открытый силовой транзистор VT2 (рисунок 14.10) на «массу». Таким образом, обмотка возбуждения генератора подключается к бортовой сети, и далее генератор работает, как описано выше (принцип действия генератора). После того как генератор начал вырабатывать электрическую энергию, напряжение на выводе «+D» генератора становится равно напряжению на выводе «+» генератора, следовательно, ток в цепи первоначального возбуждения генератора исчезает, и контрольная лампа гаснет, а обмотка возбуждения запитывается от блока дополнительных диодов. С увеличением частоты вращения ротора генератора в работу вступает регулятор напряжения.

Рисунок 14.10 — Электрическая схема интегрального регулятора по типу Я120М12И

РООВ (реле отключения обмотки возбуждения) предназначено для отключения обмотки возбуждения генератора при использовании электрофакельного устройства (ЭФУ). Причина здесь в том, что свечи ЭФУ рассчитаны на напряжение 19 В, поэтому после пуска двигателя и его работы с использованием ЭФУ, если генератор начнет вырабатывать электрическую энергию, свечи выйдут из строя.

Реле выключателя «массы» (РВМ) выполняет две функции. Первая – это после включения ВПС разорвать цепь кнопки выключателя аккумуляторных батарей, чтобы исключить возможность отключения батарей от бортовой сети при работающем двигателе (на рисунке 14.9 не показано). Вторая – включить цепь первоначального возбуждения генератора. Это сделано для того, чтобы разгрузить контакты ВПС, так как ток при первоначальном возбуждении генератора может достигать 5 А. На автомобиле КамАЗ выключатель приборов и стартера коммутирует только цепь обмотки РВМ и цепь управления регулятора напряжения, где ток составляет доли ампера.

Контрольная лампа выполняет диагностическую функцию. После включения ВПС она горит и сигнализирует об исправности цепи первоначального возбуждения генератора. После пуска двигателя она должна погаснуть, если этого не произошло, или лампа загорелась во время движения, – генератор по какой-либо причине не вырабатывает электрическую энергию.

Работа регулятора напряжения.

Как отмечалось выше, при включении ВПС в первое положение напряжение подаётся на вывод «В» регулятора напряжения (рисунок 14.10), и через резистор R4 ток поступает в базовую цепь транзистора VT2, что приводит к его открытию. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается подключена к цепи питания через переход эмиттер-коллектор транзистора VT2. Напряжение к составному стабилитрону VD1 подводится от блока дополнительных диодов генератора через клемму «Д» регулятора напряжения и делитель напряжения, выполненный на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора невелико и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток через него, а следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт.

При возрастании напряжения на выводе «+» генератора оно возрастает на выходе с блока дополнительных диодов, а значит, и на делителе напряжения и стабилитроне VD1. При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает протекать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается, и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы транзистора VT2 на «массу». Транзистор VT2 закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрывается стабилитрон VD1 и транзистор VT1, открывается транзистор VT2, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т. д., процесс повторяется.

Таким образом, регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно – путем изменения относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания. Если частота вращения ротора генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, то время включения обмотки возбуждения уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла – увеличивается.

Диод VD2 при закрытии транзистора VT2 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за отключения цепи обмотки возбуждения, которая обладает значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим. Сопротивление R3 является сопротивлением обратной связи. При открытии транзистора VT2 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD2 уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения. Конденсатор С1 является фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе.

На автомобиле Урал устанавливаются генераторы Г-288Е или 1702.3771 совместно с регулятором напряжения 2712.3702.

Состав генераторной установки автомобиля Урал аналогичен КамАЗ, отличается тем, что регулятор напряжения размещен отдельно от генератора, и в зарядную цепь установлен амперметр.

Номинальное напряжение, В — 28

Ток нагрузки максимальный/номинальный, А — 40/36

Максимальная мощность, Вт — 1100

Генератор имеет аналогичную конструкцию, за исключением того, что регулятор напряжения выполнен отдельно, для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения между шинами выпрямительного блока встроен конденсатор и к выводу «

» подключаются тахометр и реле блокировки стартера.

Бесконтактный регулятор напряжения с тремя уровнями настройки представляет собой электронный прибор на полупроводниковых элементах. Напряжение настраивается переключателем 14 (рисунок 14.11), расположенным на передней крышке регулятора. Положение рычажка переключателя соответствует напряжениям: максимальное, среднее и минимальное. Маркировка уровней напряжения расположена на передней крышке регулятора.

Напряжение, поддерживаемое регулятором соответсвует 26,5 — 27,9 В – на минимальном уровне, 28,1 — 28,7 В на среднем уровне, 28,7 — 30,1 В – на максимальном уровне настройки.

Регулирование уровней напряжения вырабатываемого генератором осуществляется для предотвращения недозаряда и перезаряда аккумуляторных батарей вне зависимости от климатических условий. Если температура окружающей среды установилась 0°С и ниже, необходимо перевести рычажок переключателя в положение «МАКС». При температуре 0°С и выше – в положение «МИН» для предотвращения выкипания электролита. При недозаряде батарей или при выкипании электролита рычажок установить в положение «СР».

1 – вентилятор; 2 – шкив; 3, 7 – шарикоподшипники; 4 – ротор; 5 – щетки; 6 – крышка щеткодержателя; 8 –- кольца контактные; 9 – блок выпрямительный; 10 – крышка со стороны контактных колец; 11 – статор; 12 – крышка со стороны привода; 13 – корпус; 14 – переключатель; 15, 16, 17 – клеммы

Рисунок 14.11 — Генератор Г 288Е и регулятор напряжения 2712.3702

Реле-регулятор (рисунок 14.12) выполнен на кремниевых транзисторах и работает с генератором Г 288Е. Регулятор имеет клеммы «+» и «Ш», которыми подключается к бортовой сети. Роль минусовой клеммы выполняет винт, к которому крепится минусовой провод.

Рисунок 14.12 — Электрическая принципиальная схема генераторной установки автомобиля Урал 4320-31

По схемному решению регулятор напряжения аналогичен рассмотренному ранее. Элемент сравнения – стабилитроны VD2, VD5, которые управляют усилительным транзистором VT2, силовой транзистор- VT1, делитель напряжения включает в себя R3, R6 –R8, резистор обратной связи R2, гасящий диод- VD1.

При напряжении генератора меньше регулируемого стабилитроны VD2, VD5 закрыты, закрыт и транзистор VT2, так как его база через резистор R5 соединена с минусом. На базу транзистора VT1 через резистор R1, диоды VD3 и VD4 подается положительный потенциал, вследствие чего транзистор VT1, открываясь, пропускает ток в обмотку возбуждения генератора. Напряжение генератора увеличивается.

При напряжении генератора выше регулируемого, стабилитрон VD2, VD5 и транзистор VT2 открываются. При этом напряжение на базе транзистора VT1 резко уменьшается, вследствие чего транзистор закрывается, выключая ток обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора понижается до тех пор, пока не закроется стабилитрон и не появится ток возбуждения через транзистор VT1. Рассмотренный процесс повторяется, поддерживая величину напряжения генератора постоянной независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Генератор 6562.3701 автомобиля КамАЗ совместно с регулятором напряжения 2712.3702 работает как и генераторная установка на автомобиле Урал.

На автомобиле УАЗ-3151 устанавливается генератор Г 250П2. Работает совместно с регулятором напряжения 2702.3702 (рисунок 14.13).

Рисунок 14.13 – Электрическая принципиальная схема генераторной установки автомобиля УАЗ-3151

Генераторная установка автомобиля УАЗ работает аналогично генераторной установке Урал 4320-31. Отличается тем, что обмотка статора генератора выполнена по схеме «звезда», в выпрямительном блоке отсутствует конденсатор и в регуляторе напряжения установлен один стабилитрон

Правила эксплуатации системы электроснабжения

При стоянке автомобиля необходимо отключить аккумуляторные батареи от системы электрооборудования.

Запрещается отключать аккумуляторные батареи выключателем батарей при работающем двигателе.

Запрещается нажимать кнопку включения электрофакельного устройства при работающем двигателе во избежание выхода из строя регулятора напряжения.

При проведении электросварочных работ на автомобиле аккумуляторные батареи должны быть отключены и сняты провода с выводов «+» и «Ш» («В») генератора. Провод массы сварочного аппарата должен быть подсоединен в непосредственной близости от сварного шва.

Источник

Adblock
detector