Если не регулировать напряжение вырабатываемое генератором то наиболее вероятными последствиями

Регулировка напряжения и ограничение силы тока генератора

Напряжение на щетках генератора зависит от числа оборотов якоря. Поэтому при большом числе оборотов коленчатого вала двигателя напряжение генератора может превысить расчетную величину, что вызовет перегорание ламп и тонких обмоток приборов, а также сильное увеличение зарядного тока аккумуляторной батареи. Постоянное напряжение генератора поддерживают электромагнитные регуляторы напряжения.

Кроме регулятора напряжения, необходим также ограничитель тока, так как даже при постоянном напряжении ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь, меняется в зависимости от сопротивления этой цепи. Чем больше включено потребителей (нагрузка генератора), тем меньше сопротивление этой цепи (цепь параллельная) и тем больше, следовательно, ток, отдаваемый генератором (ток нагрузки). При чрезмерном же токе сильно нагретые обмотки генератора могут быть повреждены.

Действие электромагнитных регуляторов и ограничителей основано на уменьшении магнитного потока обмотки возбуждения, в котором вращается якорь генератора. Поэтому уменьшать магнитный поток необходимо в момент превышения якорем генератора оборотов, при которых генератор дает нормальное напряжение, или когда ток во внешней цепи станет больше расчетной величины. Уменьшение магнитного потока достигается автоматическим включением в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления.

Значительно реже применяются генераторы, у которых зарядный ток регулируется третьей добавочной щеткой. Сравнительно постоянное напряжение поддерживается благодаря параллельной работе генератора и аккумуляторной батареи.

Регулятор напряжения – это электромагнитный прибор, состоящий из ярма с сердечником 8 (рис. 1) и обмоткой 7, включенной параллельно якорю Я генератора. Добавочное сопротивление 2 включено параллельно замкнутым контактам 3 и 4; при размыкании контактов сопротивление вводится в цепь обмотки возбуждения Ш (шунт).

Рисунок 1 – Схема регулятора напряжения

На рисунке 1 приведена схема регулятора напряжения:

Провод;
Добавочное сопротивление;
Неподвижный контакт;
Подвижный контакт;
Якорек;
Пружина;
Обмотка регулятора;
Ярмо с сердечником;
Провод;
Ш – шунт;
Я – якорь генератора.

При замкнутых контактах 3 и 4 регулятора напряжения ток проходит по следующим проводникам:

а) через обмотку регулятора: положительная щетка – масса – обмотка 7 – провод 1 – отрицательная щетка;

б) через обмотку возбуждения генератора: положительная щетка — обмотка возбуждения Ш – провод 9 – ярмо 8 – контакты 4 и 3 – провод 1 – отрицательная щетка (путь тока показан на схеме стрелками).

Когда напряжение генератора повысится до расчетного предела, сердечник ярма 8, намагничиваемый током, проходящим по обмотке 7, притянет к себе якорек 5 и контакты 3 и 4 разомкнутся. При этом в цепь обмотки возбуждения включится сопротивление 2; поэтому напряжение генератора резко упадет, что повлечет уменьшение тока в обмотке 7 и ее магнитного потока, а следовательно, и снижение намагниченности сердечника. Контакты под действием пружины 6 снова соединятся и замкнут накоротко сопротивление 2, пока напряжение генератора опять не возрастет, и т. д. Контакты 3 и 4 размыкаются и замыкаются настолько быстро, что напряжение на щетках генератора практически остается постоянным при изменении числа оборотов якоря в широких пределах.

Ограничитель тока не позволяет току генератора превышать расчетную величину и работает по тому же принципу, что и регулятор напряжения, но отличается от него включением обмотки электромагнита. Обмотка 3, состоящая из небольшого числа витков толстой проволоки (рис. 2), включена последовательно между генератором и потребителями 1.

При замкнутых контактах 6 и 7 ограничителя тока и включенных потребителях пути тока будут следующие:

а) через обмотку ограничителя: положительная щетка – потребители 1 – провод 2 – обмотка 3 – ярмо 9 – отрицательная щетка;

б) через обмотку возбуждения генератора: положительная щетка – обмотка возбуждения Ш – провод 8 – контакты 7 и 6 – якорек 5 – ярмо 9 – отрицательная щетка (путь тока указан на схеме стрелками).

При достижении током расчетной силы во внешней цепи, а значит и в обмотке 3, контакты 6 и 7 размыкаются и в цепь обмотки возбуждения включается добавочное сопротивление 10. Вследствие уменьшения тока в обмотке возбуждения напряжение генератора, а следовательно, и ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь, снизятся, контакты снова замкнутся под действием пружины 4 и замкнут накоротко сопротивление; процесс протекает так же, как при работе регулятора напряжения.

При отключении потребителей (кроме аккумуляторной батареи) ограничитель тока поддерживает постоянную величину зарядного тока независимо от увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя; при включении же различных потребителей зарядный ток будет уменьшаться в зависимости от сопротивления внешней цепи (нагрузки). При этом, если ток внешней цепи превышает максимально допускаемый ограничителем, то, кроме тока генератора, во внешнюю цепь пойдет ток из аккумуляторной батареи, т.е. батарея будет разряжаться.

Ограничители тока и регуляторы напряжения работают не одновременно. Пока ток, отдаваемый генератором, не достигает допускаемой максимальной величины, работает только регулятор напряжения. Когда ток генератора достигает предельной величины, ограничитель тока включает добавочное сопротивление, а регулятор напряжения перестает работать.

Генераторы с третьей щеткой устанавливались на автомобилях «Москвич» (до 1953 г.), ГАЗ-ММ, ЗИС-5М. Схема генератора с третьей щеткой показана на рис. 3. Генератор, выполненный по этой схеме, имеет, кроме двух главных щеток (положительной 4 и отрицательной 3), третью (добавочную) щетку 1. К этой щетке присоединена одним концом обмотка 2 возбуждения. Вторым концом эта обмотка соединена с главной щеткой 4. При таком включении обмотки возбуждения ток ее зависит только от величины ЭДС, возникающей в витках обмотки, расположенных между главной 4 и третьей 1 щетками.

Рисунок 2 – Схема ограничителя тока

На рисунке 2 приведена схема ограничителя тока:

Лампа накаливания (потребители);
Провод;
Обмотка ограничителя;
Пружина;
Якорек;
Подвижный контакт;
Неподвижный контакт;
Провод;
Ярмо с сердечником;
Добавочное сопротивление;
Ш – шунт;
Я – якорь генератора.

При замкнутых контактах 6 и 7 ограничителя тока и включенных потребителях пути тока будут следующие:

Рисунок 3 – Схема генератора с третьей щеткой

На рисунке 3 приведена схема генератора с третьей щеткой:

Третья (добавочная) щетка;
Обмотка возбуждения;
Отрицательная щетка;
Положительная щетка.

Автоматическое ограничение тока в трехщеточных генераторах основано на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых током обмотки возбуждения и током якоря при нагрузке генератора.

Пока генератор не работает или работает вхолостую, когда ЭДС генератора равна электродвижущей силе аккумуляторной батареи, имеется только один магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения (строго говоря, при работе вхолостую вокруг обмотки якоря возникает слабое магнитное поле, поскольку к щеткам присоединена обмотка возбуждения).

При работе же генератора под нагрузкой возникает второй магнитный поток обмотки якоря. В местах, где магнитные силовые линии потоков идут в одном направлении, магнитный поток обмотки возбуждения усиливается, а в местах, где они идут в противоположных направлениях, ослабляется; при этом происходит искажение магнитного потока, т.е. смещение магнитных силовых линии по направлению вращения якоря (рис. 3).

С повышением числа оборотов якоря напряжение на главных щетках (3 и 4) генератора стремится возрасти. Но как только напряжение генератора превысит ЭДС аккумуляторной батареи, ток генератора резко возрастает. Вследствие же увеличения тока якоря произойдет дальнейшее смещение магнитного потока Поэтому количество силовых линий, пересекаемых обмоткой якоря на участке между положительной щеткой 4 и третьей щеткой 1, уменьшится. Напряжение между этими щетками упадет, что вызовет уменьшение тока в обмотке возбуждения, а следовательно, и величины магнитного потока, в котором вращается якорь. Отсюда напряжение на главных щетках генератора почти не изменится, несмотря на увеличение числа оборотов якоря генератора.

Третья щетка регулирует напряжение только при соединении генератора с аккумуляторной батареей, служащей «буфером», выравнивающим напряжение на щетках генератора.

Благодаря малой величине сопротивления цепи генератор – батарея напряжение генератора мало отличается от ЭДС батареи. При возрастании же сопротивления в цепи генератор – батарея (окисление зажимав штырей или ослабление крепления проводов, сульфатация пластин батареи и др.), а тем более при разрыве этой цепи напряжение генератора резко увеличивается.

При работе генератора без батареи напряжение его, рассчитанное на рабочее напряжение 6 в, даже при средних оборотах возрастает с 7,0-7,5 в до 30-40 в, что приводит к перегоранию нитей включенных ламп и тонких обмоток приборов, находящихся под током, а также к сильному нагреву обмотки возбуждения.

Кроме автоматического регулирования тока в обмотке возбуждения и зависящего от него напряжения генератора, третья щетка позволяет изменять зарядный ток генератора при данном числе оборотов якоря.

Если передвинуть (вручную) третью щетку в направлении вращения якоря, зарядный ток возрастет; при смещении третьей щетки против направления вращения якоря зарядный ток уменьшится.

Это объясняется тем, что изменяется количество силовых линий, пересекаемых витками обмотки якоря, находящимся между главной и третьей щетками.

К положительным качествам генераторов с электромагнитными регуляторами напряжения и ограничителями тока относятся:

1) сохранение постоянства напряжения при всех режимах работы двигателя;

2) автоматическая регулировка зарядного тока в зависимости от состояния аккумуляторной батареи (чем больше напряжение на зажимах батареи, тем меньше зарядный ток), что способствует увеличению срока службы батареи;

3) возможность использования генератора без аккумуляторной батареи даже при средних и больших оборотах коленчатого вала двигателя.

Недостатки этих генераторов – сложное устройство регуляторов напряжения и ограничителей тока, трудность их регулировки.

Трехщеточные генераторы отличаются простым устройством, позволяют регулировать зарядный ток простым смещением третьей щетки. Однако они имеют крупные недостатки:

1) неустойчивость напряжения при изменении степени зараженности и внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи; при этом, чем больше напряжение на зажимах батареи, тем выше напряжение на щетках генератора, а также и зарядный ток; для предохранения же батареи от перезарядки требуется при данном условии не увеличивать, а уменьшать зарядный ток;

2) невозможно использовать генератор без аккумуляторной батареи вследствие резкого повышения напряжения генератора;

3) резкое колебание зарядного тока в зависимости от мощности включенных потребителей.

Источник

Если не регулировать напряжение вырабатываемое генератором то наиболее вероятными последствиями

Напряжение генератора сильно зависит от оборотов двигателя

Напряжение в сети автомобиля должно быть постоянным по величине.

Генератор приводится ремнем от двигателя и, соответственно, обороты генератора все время меняются. Если не регулировать напряжение, то оно будет сильно меняться — увеличиваться при разгоне автомобиля и уменьшаться при сбросе газа и снижения скорости. Свет будет, то слишком яркий, то слишком тусклым, обороты электромоторов будут меняться, Аккумулятор быстро разрушится от избыточного напряжения, электроника станет работать непредсказуемо.

Регулирование напряжения – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при изменениях оборотов и нагрузки генератора. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне.

Посмотрим графики, которые показывают как меняется скорость нарастания и убывания напряжения на разных оборотах при включении и выключении тока возбуждения

Для возбуждения генератора необходимо раскрутить ротор и включить ток возбуждения. Ток возбуждения создает магнитное поле ротора, которое генерирует в обмотке генератора Электродвижущую силу. На выходе генератора появляется напряжение. Напряжение не может появиться скачком, потому что в генераторе происходят переходные процессы, замедляющие нарастания и спады напряжения. Чем быстрее крутится ротор, тем быстрее нарастает напряжение и достигает большей величины. При размыкании цепи возбуждения, напряжение генератора снижается, чем больше обороты генератора, тем медленнее спадает напряжение.

Проводим три опыта: Генератор крутится со скоростью 800 об. в мин, 3000 об. в мин., 5000 об. в мин.

На графике показано нарастание напряжения при включении тока возбуждении и спада напряжения, при выключении тока возбуждения. Чем выше обороты, тем быстрее нарастает напряжение достигает большей величины.

Расчетные параметры генератора, должны быть такими, чтобы уже на малых оборотах холостого хода, напряжение оказалось выше регулируемого значения — 14,2 Вольта, только в этом случае, регулятор сможет ограничить напряжение на заданном уровне. Генератор должен гарантировано обеспечить работу электрооборудования на холостом ходу двигателя 800 об. в мин., напряжение должно быть 16- 17 Вольт. На высоких оборотах (3000, 5000) предельное напряжение на выходе генератора получается значительно выше, регулируемого уровня — в два – три раза.

Регулирование напряжение – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при сильных изменениях оборотов и нагрузки генератора. Для выполнения этой функции, в конструкции генератора предусмотрен регулятор напряжения. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне.

Задержка нарастания и плавный спад напряжения используются для регулирования напряжения. Между разными уровнями нарастающего и спадающего напряжения, есть определенный временной промежуток, который позволяет разнести по времени включение и выключение тока возбуждения.

Как только нарастающее напряжение превысит регулируемый уровень, регулятор отключает обмотку возбуждения, и начинается спад напряжения. Как только на спаде, напряжение станет ниже регулируемого уровня, регулятор снова включает ток возбуждения, напряжение снова начинает расти. Так происходит пилообразный рост и спад напряжения. Моменты включения и выключения тока возбуждения выбираются так, чтобы среднее значения этого пилообразного напряжения, получилось 14,2 Вольта.

Дополнительные особенности регулирования напряжения.

Постоянство напряжение дополнительно поддерживается тем, что с увеличение оборотов напряжение генератора (в пределах регулирования) быстрее нарастает и медленнее убывает. (см графики) Это помогает скомпенсировать увеличение ЭДС генератора.

Тот факт, что при увеличении нагрузки ток возбуждения спадает быстрее, приводит к относительному росту среднего значения тока возбуждения и, значит, компенсирует снижение напряжения генератора при увеличении нагрузки.

Эти две туманные фразы можно попытаться понять, если разобраться, как меняется среднее значение тока возбуждения при нарастании и убывании оборотов

Зависимость среднего значения тока возбуждения от скорости нарастания и убывания напряжения генератора

На малых оборотах напряжение медленно нарастает и быстро спадает, на средних быстрее вырастает и медленнее спадает, на высоких оборотах быстро вырастает и заметно медленнее спадает. Это видно на верхних графиках.

Более длительное разомкнутое состояние означает, что среднее значение тока в цепи возбуждения снижается, это важно для поддержания постоянного уровня напряжения. При увеличении скорости вращения ротора увеличивается скорость изменения магнитного потока и, значит, повышается ЭДС генератора, но, так как, величина тока возбуждения снижается, происходит снижение ЭДС, то есть, происходят два встречных процесса – один повышает ЭДС, другой понижает, в среднем, значение ЭДС остается на прежнем уровне.

Похожие процессы происходят при увеличении нагрузки, когда генератор вынужден отдавать большой ток. Как для любого источника, в этом случае увеличивается падение напряжения внутри источника, уменьшается скорость нарастания напряжение и его верхнее значение, и ускоряется спад напряжения. В этом случае увеличивается среднее значение тока возбуждения. То есть, регулятор, для того чтобы удержать выходное напряжение, при увеличении нагрузки, увеличивает ток возбуждения.

Частота, с которой происходит включение – выключение тока возбуждения определяется качеством и чувствительностью схемы регулятора. Увеличение частоты приводит к повышению энергозатрат и дополнительному нагреву схемы, а значит потребует увеличения размеров.

В современных ШИМ регуляторах напряжения, частота переключения выбирается задающим генератором.

Источник