Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля и работы двигателя не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи или ее перезаряд, а питание потребителей осуществлялось напряжением и током требуемой величины.
Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

ЭДС индукции в соответствии с законом Фарадея, зависит от скорости перемещения проводника в магнитном поле и величины магнитного потока:

Е = с×Ф×ω ,

где с - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора;
ω - угловая скорость ротора (якоря) генератора:
Ф - магнитный поток возбуждения.

Поэтому напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения его ротора и интенсивности магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. В свою очередь мощность магнитного потока зависит от величины тока возбуждения, который изменяется пропорционально частоте вращения ротора, поскольку ротор выполнен в виде вращающегося электромагнита.
Кроме того, ток, поступающий в обмотку возбуждения, зависит от величины нагрузки, отдаваемой в данный момент потребителям бортовой сети автомобиля. Чем больше частота вращения ротора и ток возбуждения, тем большее напряжение вырабатывает генератор, чем больше ток нагрузки, тем меньше генерируемое напряжение.

Пульсация напряжения на выходе из генератора недопустима, поскольку это может привести к выходу из строя потребителей бортовой электрической сети, а также перезаряду или недозаряду аккумулятора. Поэтому использование на автомобилях в качестве источника электроэнергии генераторных установок обусловило использование специальных устройств , поддерживающих генерируемое напряжение в приемлемом для работы потребителей диапазоне. Такие устройства называются реле-регуляторы напряжения.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация вырабатываемого генератором напряжения при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в бортовой электросети.

Наиболее просто контролировать величину вырабатываемого генератором напряжения изменением величины тока в обмотке возбуждения, регулируя тем самым мощность создаваемого обмоткой магнитного поля. Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но управлять магнитным полем такого магнита сложно, поэтому в генераторных установках современных автомобилей применяются роторы с электромагнитами в виде обмотки возбуждения.

На автомобилях для регулирования напряжения генератора применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы которых положен принцип действия различного рода реле. По мере развития электротехники и электроники, регуляторы генерируемого напряжения претерпели существенную эволюцию, от простых электромеханических реле, называемых вибрационными регуляторами напряжения, до бесконтактных интегральных регуляторов, в которых полностью отсутствуют подвижные механические элементы.

Вибрационный регулятор напряжения

Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения.

Вибрационный регулятор напряжения (рис. 1 ) имеет добавочный резистор R о , который включается последовательно в обмотку возбуждения ОВ . Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора ОР , намотанная на сердечнике 4 , включена на полное напряжение генератора.

При неработающем генераторе пружина 1 оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к генератору, минуя резистор R о .

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины 1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжения генератора значения размыкания U р сила магнитноо притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор, и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания реле значения I р , начнет падать.
Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение напряжения генератора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в обмотке ОР . Когда напряжение уменьшится до значения замыкания U з , сила натяжения пружины преодолеет силу магнитного притяжения якоря к сердечнику, контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится. При работающем двигателе и генераторе этот процесс периодически повторяется с большой частотой.
В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения U ср определяет напряжение генератора. Очевидно, что это напряжение зависит от силы натяжения пружины реле, поэтому изменяя натяжение пружины можно регулировать напряжение генератора.

В конструкцию вибрационных регуляторов (рис. 1, а ) входит ряд дополнительных узлов и элементов, назначение которых - обеспечить повышение частоты колебания якоря с целью уменьшения пульсации напряжения (ускоряющие обмотки или резисторы), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из тугоплавких металлов, биметаллические пластины, магнитные шунты), стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки).

Недостатком вибрационных регуляторов напряжения является наличие подвижных элементов, вибрирующих контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики которой в процессе эксплуатации меняются.
Особенно сильно эти недостатки проявились в генераторах переменного тока , у которых ток возбуждения почти в два раза больше, чем в генераторах . Использование раздельных ветвей питания обмотки возбуждения и двухступенчатых регуляторов напряжения с двумя парами контактов не решали проблему полностью и приводили к усложнению конструкции регулятора, поэтому дальнейшее совершенствование шло, прежде всего, по пути широкого использования полупроводниковых приборов.
Сначала появились контактно-транзисторные конструкции, а затем и бесконтактные.

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения являются переходной конструкцией от механических регуляторов к полупроводниковым. При этом транзистор выполнял функцию элемента, прерывающего ток в обмотку возбуждения, а электромеханическое реле с контактами управляло работой транзистора. В таких регуляторах напряжения сохранялись электромагнитные реле с подвижными контактами, однако, благодаря использованию транзистора ток, протекающий через эти контакты, удалось значительно уменьшить, увеличив тем самым срок службы контактов и надежность работы регулятора.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно в обмотку возбуждения.
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор запирает цепь обмотки возбуждения, а при снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).
С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5…14,2 В , выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается.
Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора.
Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой . Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незначительны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13,5…14,2 В .

Конструктивно регуляторы напряжения могут выполняться в виде отдельного прибора, устанавливаемого раздельно с генератором, или интегральными (интегрированными), устанавливаемыми в корпусе генератора. Интегральные регуляторы напряжения обычно объединяются с щеточным узлом генератора.

Необходимый диапазон регулируемого напряжения устанавливается в зависимости от состояния аккумуляторной батареи и температуры окружающего воздуха. Для изменения диапазона регулируемого напряжения отверните заглушку, закрывающую переключатель, и поверните рычажок переключателя в требуемое положение. При установке заглушки на место обратите внимание на наличие уплотнительного кольца.

Основные технические характеристики регулятора напряжения РР132А.

Напряжение, поддерживаемое регулятором при температуре окружающей среды плюс 20 градусов, В:
- в положении переключателя «мин»: 13,6+-0.35
- в положении переключателя «ср»: 14,2+-0.35
- в положении переключателя «макс»: 14,7+-0.35

Техническое обслуживание регулятора напряжения РР132А.

После запуска двигателя проследите за состоянием регулятора напряжения по показаниям. Если на средних частотах вращения коленчатого вала амперметр показывает значительный зарядный ток, значение которого быстро падает по мере зарядки аккумуляторной батареи, то регулятор исправен. Во время очередного технического обслуживания проверьте надежность соединения проводов на клеммах регулятора напряжения.

Ремонт регулятора напряжения РР132А.

При подозрении на неисправность проверьте регулятор напряжения на специализированном стенде, а при его отсутствии - на стенде, собранном, как показано на схеме ниже. Аккумуляторная батарея должна иметь степень заряженности не ниже 75 %, класс точности - не ниже 0,5, амперметра - не ниже 1,0.

Рычажок переключателя должен быть установлен поочередно в трех положениях, соответствующих минимальному, среднему и максимальному напряжению. Снятие показателей проводите непосредственно после включения на режим.

При токе нагрузки в 14 Ампер, частоте вращения ротора генератора 3500 оборотов в минуту и температуре окружающего воздуха 20+-5 градусов регулятор напряжения РР132А должен обеспечивать значения напряжения указанные в его характеристиках. При этом ток возбуждения должен быть не более 3,5 Ампер. Если уровень настройки напряжения отличается от пределов, указанных выше, более чем на +-0,15 Вольт, то подбором резисторов 10, 11 и 12 добейтесь необходимых значений напряжений.

Если регулятор не обеспечивает нормального возбуждения, проверьте падение напряжении в регуляторе, подключив вольтметр между выводами Ш и «+» . Рычажок переключателя напряжения должен быть в среднем положении, Реостатом устанавливается ток 3 Ампера. При температуре окружающего воздуха 25+-10 градусов падение напряжения должно быть не более 2 Вольт.

Необходимо иметь в виду, что на регулируемое напряжение влияет состояние контактов выключателя зажигания. Если контакты подгорели, то регулируемое напряжение будет подниматься. Падение напряжения на выводах выключателя зажигания должно быть не более 0,15 Вольт при токе 12 Ампер.

Прежде чем искать неисправности в работе генератора или регулятора напряжения, тщательно проверьте состояние электропроводки, правильность схемы соединения проводов и надежность выключателя зажигания и стартера. Неисправности, обнаруженные при проверке должны быть устранены. Выключатель зажигания с большим сопротивлением замените.

Отказ регулятора напряжения РР132А в пути.

При отказе в работе регулятора напряжения в пути можно продолжать движение, но при этом:

1. При отсутствии зарядного тока через каждые 150-200 километров пробега соедините на 25-30 минут клеммы «+» и Ш генератора и двигайтесь со скоростью, при которой зарядный ток будет не более 20 Ампер.

2. При большой силе зарядного тока, более 20 Ампер, отсоедините штепсельный разъем регулятора и через 150-200 километров пробега включите его на 25-30 минут для подзарядки аккумулятора.

Отключать при этом аккумуляторную батарею, а не регулятор напряжения, нельзя. Двигайтесь при включенном регуляторе, как и в первом случае, со скоростью, при которой зарядный ток будет не более 20 Ампер.

Особенности эксплуатации регулятора напряжения РР132А.

Во время эксплуатации запрещается соединять выводы Ш регулятора и генератора с массой и выводы Ш и «+» регулятора между собой, так как при этом откажет регулятор напряжения. Запрещается запускать двигатель при отключенном плюсовом проводе генератора, так как это приведет к возникновению на его выпрямительном блоке повышенного напряжения и к отказу в работе диодов.

В настоящее время задачи регулирования напряжения получили материальную основу в виде регулирующих и компенсирующих устройств. Постоянство напряжения в каждой точке сети можно обеспечить применением локальных регуляторов в электрических цепях. Таким образом возникает вопрос о создании локальных систем автоматического регулирования напряжения в электрической сети.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

ВВЕДЕНИЕ 3

Описание прибора 4

Основное назначение и область применения 5

Виды регуляторов напряжений 6

регуляторы переменного напряжения на основе тиристоров 7

регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей 8

регуляторы переменного напряжения на основе транзисторов 9

синхронный компенсатор: назначение, принцип работы 10

Принцип работы регулятора напряжения 1 3

Заключение 1 4

Список литературы 1 5

Введение: Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. В настоящее время задачи регулирования напряжения получили материальную основу в виде регулирующих и компенсирующих устройств. Расчеты показывают, что как правило, дополнительные затраты, связанные с применением регулирующих устройств и их автоматизацией, окупаются той экономией, которая достигается при улучшении режимов напряжений в электрических сетях и системах. Постоянство напряжения в каждой точке сети можно обеспечить применением локальных регуляторов в электрических цепях. Таким образом, возникает вопрос о создании локальных систем автоматического регулирования напряжения в электрической сети. Представляется целесообразным построение локальной системы автоматического регулирования с применением транзисторов.

Цель исследования : Изучить принцип работы и применения регуляторов напряжения для повышения эффективности функционирования электротехнических устройств.

Задачи исследования:

1. Узнать область назначения и применения регулятора напряжения.
2. Определить виды регуляторов напряжения.
3. Изучить принцип работы регуляторов напряжения.
4. Сделать выводы о проделанной работе.

1. Описание прибора:

Регулятор напряжения представляет собой электрический прибор, который регулирует электрическое напряжение, вырабатываемое генератором переменного тока или генератором постоянного тока в интервале от 14 до 14,4 В при номинальном напряжении сети 12 В и от 7 до 7,2 В при номинальном напряжении сети 6 В.

Регулируемое в указанном интервале напряжение обеспечивает правильную работу батареи и защиту приборов от разрушения. Предпосылкой правильной работы является недопущение возможности перегрузки электрической мощности регулятора. Например: Регулятор имеет максимальную электрическую мощность 200 Вт. Это значит, что мощность генератора переменного тока должна быть P alt При перегрузке может наступить разрушение регулятора, либо разряд и разрушение батареи.

Регулятор напряжения переменного тока обеспечивает среднее значение напряжения в указанном интервале. Это означает, что, например, измеряемое осциллоскопом напряжение меняется периодически на большую величину, чем номинальное напряжение. Например, от +- 20 до 30 В. Это среднее значение гарантирует, что приборы типа электрических лампочек не разрушатся. Однако действует такое правило, по которому сумма электропотребления приборов должна быть Ps[Вт]

2. Основное назначение и область применения:

Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. Существуют различные способы регулирования напряжения. Разнообразие решений обусловлено требованиями по устойчивости, необходимой точности регулирования, параметрами нагрузок, экономическими и другими факторами.

Регулирование в источниках вторичного электропитания

Величину выпрямленного напряжения в ряде случаев нужно изменять. Такая необходимость может возникнуть при включении мощных двигателей, накала генераторных ламп, для уменьшения бросков тока при включении. Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять на стороне переменного тока (входе), на стороне постоянного тока (выходе) и в самом выпрямителе применением регулируемых вентилей.

В качестве регуляторов напряжения на стороне переменного тока применяются:

регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

регулирующие дроссели (магнитные усилители).

В регулируемом трансформаторе или автотрансформаторе первичная или вторичная обмотка выполняются с несколькими выводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора. При коммутации обмоток часть витков может оказаться замкнутой накоротко движком переключателя, что приведет к созданию в замкнутых витках чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Поэтому такую коммутацию рекомендуется производить после отключения трансформатора из сети. Это является большим недостатком.

3. Виды регуляторов напряжений.

1. По количеству узлов в одном корпусе:

• только регулятор напряжения
• регулятор напряжения вместе с выпрямителем электрического тока
• комбинированный регулятор для напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока с выпрямителем

2. По номинальному напряжению в сети транспортного средства и изменению напряжения:

• номинальное напряжение 6 или 12 В
• напряжение переменного тока или напряжение постоянного тока

3. По электрической мощности (нагрузке) регулятора

4. По числу фаз на 1-фазные и 3-фазные

5. По типу регулируемого генератора постоянного тока – для генераторов с независимым возбуждением и генераторов с постоянными магнитами.

3.1. Регуляторы переменного напряжения на основе тиристоров:

Тиристорные регуляторы позволяют значительно уменьшить физические размеры устройства, снизить его стоимость и сократить потери электроэнергии, но они обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Тиристорные регуляторы переменного напряжения широко применяются в электроприводе, также для питания электротермических установок. Применение тиристоров для коммутации статорных цепей асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором позволяет решить задачу создания простого и надежного бесконтактного асинхронного электропривода. Можно эффективно воздействовать на процессы разгона, замедления, осуществлять интенсивное торможение и точную остановку. Безыскровая коммутация, отсутствие подвижных частей, высокая степень надежности позволяют применять тиристорные регуляторы во взрывоопасных и агрессивных средах.

Обобщенная схема тиристорного регулятора переменного напряжения приведена на рис. 1:

3.2. Регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей:

Рассмотрим регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей, тиристоров и транзисторов. Магнитный усилитель (МУ) представляет собой статический электромагнитный аппарат, позволяющий при помощи управляющего сигнала постоянного тока небольшой мощности управлять значительными мощностями в цепи переменного тока . Регулирующий дроссель (или магнитный усилитель) включается на входе выпрямителя. Если обмотки переменного тока магнитного усилителя включить последовательно с нагрузкой и изменить ток в обмотке управления, то будет изменяться индуктивное сопротивление обмоток дросселя и падение напряжения на этих обмотках. Следовательно, будет изменяться. При увеличении, уменьшается, уменьшается, уменьшается и растет.

Регуляторы напряжения, построенные на основе магнитных усилителей, обладают рядом достоинств: практически неограниченный срок службы, простота эксплуатации, высокая температурная и временная стабильность характеристик, высокий КПД. Несмотря на ряд достоинств, регуляторы, построенные на базе магнитных усилителей, редко применяются в современных системах управления, так как существенным недостатком таких устройств являются их большие габариты и масса, вызванные конструктивными особенностями магнитных усилителей.

3.3. Регуляторы переменного напряжения на основе транзисторов:

Транзисторный регулятор напряжения не вносит помех в электрическую сеть и его можно применять для управления нагрузкой, как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Регулятор можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора.

Обобщенная схема транзисторных регуляторов переменного напряжения приведена на рисунке 2:

3.4. Синхронный компенсатор назначение, принцип работы:

Понимание того, насколько важно качество электроэнергии (соотношение ее активной и реактивной составляющих – коэффициент мощности), постоянно растет, и вместе с ним будет расти и применение компенсации коэффициента мощности (ККМ). Улучшение качества электроэнергии путем увеличения ее коэффициента мощности уменьшает расходы и гарантирует быстрое возвращение затраченных капиталов. В распределении мощности в сетях с малым и средним напряжением ККМ уделяет основное внимание соотношению активной и реактивной составляющих мощности (cosφ) и оптимизации стабильности напряжения, путем генерации реактивной мощности с целью увеличения качества и стабильности напряжения на распределительном уровне.

Компенсатор синхронный, синхронный электродвигатель, работающий без активной нагрузки, предназначенный для улучшения коэффициента мощности и регулирования напряжения в линиях электропередачи и в электрических сетях В зависимости от изменений величины и характера нагрузки (индуктивная или емкостная) электрической сети меняется напряжение у потребителя (на приемных концах линии электропередачи). Если нагрузка электрической сети велика и носит индуктивный характер, к сети подключают К. с., работающий в перевозбужденном режиме, что эквивалентно подключению емкостной нагрузки. При передаче электроэнергии по линии большой протяженности с малой нагрузкой на режим работы сети заметно влияет распределенная емкость в линии. В этом случае для компенсации емкостного тока в сети к линии подключают К. с., работающий в недовозбужденном режиме. Постоянство напряжения в линии поддерживается регулированием тока возбуждения от напряжения регулятора. Пуск К. с. осуществляется также, как и обычных синхронных двигателей; сила пускового тока К. с. составляет 30–100% его номинального значения. К. с. изготовляют мощностью до 100 ква и более; мощные К. с. имеют водородное или водяное охлаждение. Применяются главным образом на электрических подстанциях.

Любое электрооборудование, использующее магнитные поля (двигатели, дроссели, трансформаторы, оборудование индукционного нагрева, генераторы для дуговой сварки) подвержено определенному запаздыванию при изменении тока, которое называется индуктивностью. Это запаздывание электрооборудования сохраняет направление тока на определенное время, не смотря на то, что отрицательное напряжение пытается его переменить. Пока этот фазовый сдвиг сохраняется, ток и напряжение имеют противоположные знаки. Производящаяся все это время отрицательная мощность отдается обратно в сеть. Когда ток и напряжение по знаку снова уравниваются, необходима такая же энергия, чтобы восстановить магнитные поля индукционного оборудования. Эта магнитная реверсионная энергия называется реактивной мощностью. В сетях с напряжением переменного тока (50/60 Hz) такой процесс повторяется 50–60 раз в секунду. Очевидным выходом из данной ситуации является накопление реверсионной магнитной энергии в конденсаторах с целью освобождения сети (линии питания). Именно поэтому автоматические системы компенсации реактивной мощности (расстроенные / стандартные) устанавливаются на мощную нагрузку, например, на заводах. Такие системы состоят из нескольких конденсаторных блоков, которые могут быть подключены и отключены по мере надобности, и управляются контролером ККМ на основании данных трансформатора тока.

Низкий коэффициент мощности (cosφ) приводит: к повышению затрат и потребления энергии,уменьшению мощности, передающейся по сети, потерям мощности в сети, повышению потерь трансформатора, повышенному падению напряжения в распределенных сетях питания. Увеличение коэффициента мощности может быть достигнуто путем: компенсации реактивной мощности конденсаторами, активной компенсации – использование полупроводников, перевозбуждением синхронных машин (двигатель / генератор)

В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8–12% от объема производства. Для уменьшения этих потерь необходимо: правильно о п ределять электрические нагрузки; рационально передавать и распределять электрическую энергию; обеспечивать необходимую степень надежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечивать электр о магнитную совместимость приемника с сетью; экономить электроэнергию. Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это – созд а ние быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улу ч шающей качество; сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузки трансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов к нагрузкам, использование экономи ч ного оборудования и оптимизация его режимов работы. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Вспомогательный параметр – реактивная мощность. Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосист и чивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях. Реактивную мо щ ность потребляют такие элементы питающей сети как трансформаторы эле к тростанций; главные понизительные электростанции, линии электропередач – на это приходится 42% реактивной мощности генератора, из них 22% на п о вышающие трансформаторы; 6,5% на линии электропередач районной си с темы; 12,5% на понижающие трансформаторы. Основные же потребители реактивной мощности – асинхронные электр о двигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами. Говоря иначе, существуют приемники электроэнергии, нуждающиеся в реактивной мощности. Одной реактивной мощности, выдаваемой генератором явно недостаточно. Увел и чивать реактивную мощность, выдаваемую генератором нецелесообразно из-за вышеперечисленных причин, т.е. нужно выдавать реактивную мо щ ность именно там, где она больше всего нужна.

4. Принцип работы регулятора напряжения:

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. При подключении регулятора к электросети не допускается менять полюса + и – батареи. Регулятор может разрушиться.

Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки - тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Заключение:

Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. Сделав выводы об устройстве и применении регулятора напряжения переменного тока можно с уверенностью сказать, что данное устройство может достаточно облегчить работу как радиотехника так и обычного человека в его использовании для улучшения качество потребляемой электроэнергии.

Список литературы:

1. Бутов А. „Устройство защиты маломощных ламп накаливания“, Журнал „Радио“ №2, 2004г.
2. Чекаров А. „Беспомеховый регулятор напряжения“ Журнал „Радио“, №11, 1999г.
3. Основы радиотехники [Текст] / Н. М. Изюмов, Д. П. Линде. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1983. - 376 с. : ил. - (Массовая радиобиблиотека; вып. 1059). - Б. ц.
4. Радиотехника [Текст] : к изучению дисциплины / И. П. Жеребцов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : [б. и.], 1958. - 495 с. - Б. ц.
5. Практикум по электротехнике и радиотехнике [Текст] : пособие для студ. пед. ин-тов / Под ред. Н.Н. Малова. - М. : Учпедгиз, 1958. - 166 с. - Б. ц.
6. Курс электротехники и радиотехники [Текст] : учебное пособие: для пед. ин-тов / Н.Н. Малов. - М. : Госфизмат, 1959. - 424 с. - Б. ц.

PAGE \* MERGEFORMAT 2

Регуляторы напряжения

К атегория:

Передвижные электростанции

Регуляторы напряжения

Передвижные станции мощностью до 200 кет работают, как правило, в условиях резко меняющихся нагрузок. Пуск коротко-замкнутых электродвигателей или быстрое отключение больших нагрузок вызывает резкие колебания напряжения генератора, что отрицательно отражается на работе токоприемников, включенных в сеть, питаемую данным генератором.

Для поддержания на шинах щита управления номинального напряжения в схемах передвижных электростанций предусмотрено регулирование напряжения генераторов при помощи специальных регуляторов.

Генераторы с самовозбуждением СГ-9С и ЧС-7 в регулировании не нуждаются. Их настраивают на заводе с таким расчетом, чтобы после процесса самовозбуждения по обмотке возбуждения генератора проходил выпрямленный ток такой силы, при которой на зажимах генератора устанавливается номинальное напряжение. Для этого подбирают соответствующее число витков первичной и вторичной обмоток (высшего и низшего напряжения) стабилизирующего трансформатора, а также число пластин и положение магнитного шунта.

При холостом ходе трансформатора, когда но цепи нагрузки, а значит, и по последовательной обмотке трансформатора ток не протекает, магнитное поле трансформатора создается только током первичной обмотки (обмотки высшего напряжения).

С возрастанием нагрузки генератора по последовательной обмотке проходит ток нагрузки и соответственно магнитное поле трансформатора создается током не только первичной обмотки, но и последовательной, в результате чего возрастают напряжение вторичной обмотки (обмотки низшего напряжения) и сила тока возбуждения генератора. Соответствие между изменением силы тока нагрузки и силы тока возбуждения обеспечивает постоянство напряжения самосинхронизирующихся генераторов при изменении нагрузки в широких пределах.

У синхронных генераторов с независимым (машинным) возбуждением СГ, С и Сд напряжение регулируется ручными или автоматическими регуляторами напряжения.

В качестве ручного регулятора напряжения обычно применяют шунтовые реостаты.

Шунтовой реостат состоит из системы контактов, сопротивлений и ползункового устройства с рукояткой.

Наиболее распространенным типом шунтового реостата для ручного регулирования напряжения генераторов передвижных станций является регулятор возбуждения РВ-5200. Регуляторы этой серии, выполняют как с ручным непосредственным приводом, так и с приводом ПД-9006/3 для дистанционного ручного регулирования напряжения.

Регулятор включается в цепь возбуждения и позволяет регулировать напряжение генератора при изменениях нагрузки от нуля до номинальной. Сопротивление в цепи возбуждения создается с помощью проволочных спиралей реостата, изготовленных из материалов, обладающих большим удельным сопротивлением (нихром, фехраль, константан и др.).

Шунтовой реостат описанной конструкции применяется для ручного регулирования напряжения в передвижных станциях ПЭС -60 и ПЭС -100 с генераторами СГ и С. Однако ручное регулирование требует от персонала, обслуживающего станцию, постоянного наблюдения за изменением нагрузок и быстрого оперативного вмешательства ери резком возрастании или падении напряжения. Все это усложняет обслуживание и снижает надежность работы передвижных станций.

Для упрощения эксплуатации и обеспечения нормальной и бесперебойной работы станций в их схемах предусматривается автоматическое регулирование напряжения, осуществляемое при помощи специальных автоматических устройств.

Для автоматического регулирования напряжения в передвижных электростанциях с генераторами СГ и С применяют универсальное компаундирующее устройство УКУ -ЗМ или вибрационный регулятор напряжения АВРН -3.

Универсальное компаундирующее устройство УКУ -ЗМ (рис. 1) состоит из селенового выпрямителя, трехфазного, трансформатора и щитка зажимов, смонтированных на общем основании, штампованном из листовой стали толщиной 2 мм.

Рис. 1. Компаундирующее устройство УКУ -ЗМ: 1 - селеновый выпрямитель, 2 - трансформатор, 3 - щиток зажимов, 4 - подвижное ярмо, 5 - регулировочный винт

Вторичные обмотки трансформатора насажены непосредственно на стержень магнитопровода, а первичные уложены поверх вторичных. Первичные обмотки выполнены медным проводом прямоугольного сечения с двухслойной бумажной изоляцией и состоят из двух секций по пяти витков каждая. Концы проводов каждой секции выведены на щиток и присоединены к зажимам.

В отличие от других трансформаторов магнитопровед трансформатора УКУ -ЗМ имеет подвижное ярмо. Постепенным перемещением ярма плавно изменяют индуктивность трансформатора и силу тока вторичных обмоток, что необходимо для регулирования степени компаундирования. Ярмо магнитопрово-да перемещают регулировочным винтом, головка которого выведена на крышку кожуха.

Первичную обмотку трансформатора включают последовательно в силовую цепь генератора и через нее проходит весь ток нагрузки. От вторичных обмоток ток поступает к селеновому выпрямителю, который выпрямляет его и направляет в цепь возбуждения возбудителя дополнительно к току, создаваемому в обмотках возбуждения. Токи вторичных обмоток и обмоток возбуждения суммируются.

Действие компаундирующего устройства основано на прямой зависимости тока возбуждения от тока нагрузки. С возрастанием нагрузочного тока, проходящего через первичную обмотку трансформатора, автоматически повышается сила тока во вторичных обмотках. При этом соответственно увеличивается сила дополнительного тока возбуждения, протекающего от селенового выпрямителя к обмоткам возбуждения. С уменьшением силы тока нагрузки уменьшаются сила тока во вторичных обмотках и сила дополнительного тока возбуждения. Напряжение на зажимах генератора будет оставаться неизменным в определенных пределах.

В компаундирующем устройстве УКУ -ЗМ имеется щиток зажимов, который изготовляют обычно из гетинакса или текстолита толщиной 6-8 мм.

На щитке расположено 14 зажимов: по четыре зажима на каждую фазу для переключения секций первичной обмотки и подключения устройства к силовой цепи генератора и два зажима для присоединения обмотки возбуждения возбудителя. Трансформатор, выпрямитель и щиток закрыты общим металлическим кожухом.

Компаундирующее устройство включают в силовую цепь генератора между его линейными зажимами и щитом управления или между нулевыми выводами, если генератор имеет шесть выводов.

Секции первичной обмотки трансформатора соединяют последовательно или параллельно. Способ соединения секций выбирают в зависимости от силы линейного тока генератора: при силе тока до 50 а секции соединяют последовательно, при силе тока свыше 50 и до 100 а - параллельно.

Обмотку возбуждения возбудителя генератора подключают к зажимам выпрямленного тока компаундирующего устройства с соблюдением полярности: плюсовой вывод обмотки возбуждения возбудителя подключают к плюсовому зажиму щитка.

Универсальное компаундирующее устройство УКУ -ЗМ предназначено для автоматического регулирования напряжения генераторов С и СГ мощностью до 60 ква и аналогичных им типов генераторов, имеющих ток возбуждения не более 4,5 а при напряжении до 45 в.

Для регулирования напряжения генераторов мощностью -выше 60 и до 100 ква часто применяют вибрационный регулятор АВРН.

Рис. 2. Схемы присоединения универсального компаундирующего устройства УКУ -ЗМ: а - к линейным выводам генератора, б - к нулевым выводам фаз

Автоматический вибрационный регулятор напряжения АВРН -3 состоит из электромагнита, конденсаторов, системы контактов и регулировочных винтов. Его действие основано на изменении сопротивления в цепи возбуждения путем автоматического включения или выключения шунтового реостата.

Схема соединения регулятора АВРН -3 с генератором показана на рис. 4. Электромагнит подключен к фазным зажимам генератора, а контакты включены параллельно шунто-вому реостату возбуждения возбудителя. Подвижный вольфрамовый контакт и жестко укрепленный на магнитопроводе электромагнита неподвижный контакт нормально замкнуты и шунтируют реостат.

В начале работы генератора сопротивление в цепи возбуждения отсутствует (реостат зашунтирован контактами) и напряжение быстро возрастает. При этом якорь притягивается к электромагниту, а укрепленный на нем подвижный контакт замыкается с неподвижным. Сохранению такого положения подвижного и неподвижного контактов препятствует пружина, которая отталкивает подвижный контакт от неподвижного, возвращая его в исходное положение. Под встречным действием сил притяжения электромагнита и пружины подвижный контакт начинает вибрировать, замыкаясь и размыкаясь с неподвижным контактом. Вследствие такой вибрации реостат, первоначальна полностью зашунтированный, периодически отключается от цепи возбуждения или включается в нее. Чем продолжительнее будут замкнуты контакты, тем длительнее будет зашунтирован реостат и тем больше будет ток возбуждения. С увеличением времени, в течение которого контакты разомкнуты, продолжительность шунтирования реостата соответственно сократится и ток возбуждения уменьшится, а следовательно, снизится и напряжение на зажимах генератора.

Рис. 3. Автоматический регулятор напряжения АВРН -3: 1 - катушка электромагнита, 2 - якорь электромагнита, 3 - пружина якоря, 4 - прокладки, 5 - кожух вибратора, 6-подвижный контакт, 7 - неподвижный контакт, 8 - регулировочные винты, 9 - регулировочная пружина, 10- основание вибратора, 11 - щиток со штепсельным разъемом, 12 - корпус регулятора, 13 - зарядный конденсатор, 14 - искрогасительный конденсатор

Подвижный контакт закреплен на якоре электромагнита, установленном на пластинчатой пружине, противодействующей притяжению якоря. Изменив натяжение пружины при помощи винта, можно увеличить или уменьшить продолжительность размыкания (замыкания) контактов и, таким образом, настроить генератор на требуемое рабочее напряжение.

Рис. 4. Схема соединения регулятора напряжения АВРН -3 с генератором на 400 в: 1 - генератор, 2 - возбудитель, 3 - шунтовой реостат, 4 и 8 - конденсаторы, 5 - электромагнит, 6 - подвижный контакт, 7 - неподвижный контакт

Напряжение на зажимах генератора изменяется также с изменением, скорости вращения ротора. Для поддержания необходимого напряжения на зажимах генератора при изменении скорости вращения его ротора в схеме регулятора предусмотрена установка конденсатора КЗ емкостью 1 мкф, включаемого последовательно с обмоткой электромагнита.

С изменением скорости вращения ротора, а следовательно, и частоты изменяется сопротивление конденсатора: при повышении частоты сопротивление уменьшается, а при снижении - увеличивается. В случае снижения напряжения (из-за уменьшения скорости вращения ротора) сопротивление конденсатора увеличится, сила тока в обмотке электромагнита уменьшится к контакты замкнутся, восстанавливая напряжение.

Вибрационный регулятор АВРН -3 способен поддерживать напряжение на зажимах генератора с точностью ±5% номинального независимо от коэффициента мощности и при изменении частоты в пределах ±20%.

В передвижных станциях мощностью 100 ква и выше для автоматического регулирования напряжения применяют угольные регуляторы РУН -111 или УРН -400.

Автоматический угольный регулятор напряжения РУН -1 состоит из регулирующего устройства, селенового выпрямителя, стабилизирующего трансформатора и установочных реостатов.

Регулирующее устройство состоит из электромагнита, якорь которого укреплен на рычаге. С рычагом связана тяга, сжимающая столбики угольных дисков при помощи коромысла. Плечо тяги, а следовательно, и усилие, сжимающее угольные диски, регулируют винтами, установленными на угольнике. Между угольниками помещена противодействующая пружина. Детали регулирующего устройства смонтированы на стальйой плите толщиной 2 мм.

Стабилизирующий трансформатор ТС двух-обмоточный: на стержень его магнитопровода надета вторичная обмотка, а поверх нее - первичная. Концы обмоток выведены и присоединены к зажимам на щитке трансформатора.

Установочные реостаты РУ-1 и РУ-2 выполнены по типу ползунковых реостатов с фиксируемым движком, который позволяет закреплять ползунки в определенных точках сопротивления.

Обмотка электромагнита подключается к зажимам линейного напряжения генератора через селеновый выпрямитель ВС (типа ВС-255) и установочный реостат PY-L Эту цепь регулятора называют контрольно-измерительной.

Столбики угольных дисков регулятора через зажимы включаются последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя генератора. Для обеспечения устойчивой работы регулятора с генератором в схеме применен стабилизирующий трансформатор, первичная обмотка которого подсоединяется к зажимам обмотки возбуждения генератора последовательно с установочным реостатом РУ-2, а вторичная обмотка включается последовательно в цепь обмотки электромагнита регулятора через зажимы.

Рис. 5. Угольный регулятор напряжения РУН -111: а-общий вид регулирующего устройства, б - принципиальная схема включения регулятора напряжения со стабилизирующим трансформатором, селеновым выпрямителем и установочными реостатами; 1 – коромысло, 2 – столбики угольных дисков, 3 – тяга, 4 - рычаг, 5 - якорь электромагнита, 6 - электромагнит, 7 и 9 угольники, 8 пружина, 10-15- зажимы

При использовании РУН -111 с генераторами, имеющими линейное напряжение 400 в, контрольно-измерительную цепь регулятора подсоединяют к генератору через понижающий трансформатор с вторичным напряжением 133 в.

Регулирование напряжения с помощью угольного регулятора РУН -111 происходит следующим образом.

В процессе работы при номинальном напряжении на зажимах генератора подвижная система регулятора занимает уравновешенное положение, при котором сила натяжения Fx пружины 8 уравновешивает силу F2 электромагнита регулятора и противодействие столбика угольных дисков. В момент снижения напряжения, вызванного увеличением нагрузки или какими-либо иными причинами, уменьшается сила тока, протекающего по обмотке электромагнита регулятора, а также и сила F2. Вследствие этого снижается сила притяжения якоря, нарушается равновесие и подвижная система регулятора под действием избыточной силы смещается, сжимая диски столбиков. При сжатии столбиков контакт между дисками улучшается, вследствие чего переходное сопротивление между отдельными дисками, а следовательно, и общее сопротивление столбиков уменьшаются, сила тока в обмотке возбуждения возбудителя увеличивается и напряжение на зажимах генератора восстанавливается. Уменьшение избыточной силы Fi приводит к замедлению движения подвижной системы, а в дальнейшем и к наступлению равновесия, но уже в новом положении - с более низкими значениями * сопротивления столбиков угольных дисков и напряжения на зажимах генератора по сравнению с первоначальным положением. Повышение напряжения на зажимах генератора вследствие уменьшения нагрузки или каких-либо других причин вызовет обратные явления и соответствующие действия регулятора.

Чтобы повысить чувствительность регулятора, в нем применена так называемая отрицательная обратная связь, принцип действия которой заключается в следующем. Электромагнит обмотки регулятора кроме основной обмотки имеет дополнительную, включенную так, что протекающий по ней ток ослабляет магнитное поле электромагнита. Дополнительная обмотка получает питание от вторичной обмотки трансформатора тока, первичная обмотка которого присоединена к выводам возбудителя. Возрастание напряжения в возбудителе приводит к появлению тока в цепи вторичной обмотки трансформатора, замкнутой через дополнительную обмотку электромагнита. Ток в дополнительной обмотке электромагнита уменьшает усилие, противодействующее пружине, и в результате этого при изме-, нении нагрузки обеспечивается автоматическое поддержание напряжения на зажимах генератора на уровне, близком к номинальному.

Если предполагается работа генератора на общие шины параллельно с другими генераторами, то для регулирования их напряжения необходимо в цепь переменного тока питания электромагнита включать регулируемое добавочное сопротивление установочного реостата, по которому будет проходить ток к трансформатору тока. При помощи движка реостата добиваются совмещения характеристик напряжения на всех параллельно работающих генераторах.

Конструктивно наиболее совершенным и надежным регулирующим устройством для автоматического регулирования напряжения на зажимах генераторов передвижных станций является угольный регулятор УРН -400.

Автоматический угольный регулятор напряжения УРН -400 состоит из электромагнита, угольного столба и контактов. Электромагнит представляет собой магнитопровод с сердечником и катушкой.

Якорь 8 электромагнита соединен с пакетом пружин и через подвижный контакт сжимает угольный столб. Угольный столб состоит из 50 шайб (дисков) диаметром 11 мм и толщиной около 1 мм. Шайбы изготовлены из графитированного угля и имеют шероховатую поверхность, вследствие чего общая площадь соприкосновения шайб и величина переходного сопротивления между ними находится в прямой зависимости от величины усилия, сжимающего их. Угольный столб помещен в керамическую трубку, которая вставлена в алюминиевый корпус, Имеющий ребра для лучшего отвода тепла. Одним концом угольный столб упирается в подвижный угольный контакт, а другим - в неподвижный угольный контакт. В торец алюминиевого корпуса регулятора ввернут нажимной колпак, в который запрессован контакт.

Регулятор УРН -400 встраивают в блок регулирования напряжения БРН -400, имеющий также стабилизирующий трансформатор, селеновые выпрямители, стабилизирующие регулировочные и добавочные (вспомогательные) сопротивления, конденсатор.

В блоке БРН -400 установлены два селеновых выпрямителя, один из которых питает постоянным током катушку электромагнита регулятора, а другой защищает обмотку возбуждения от перенапряжений и угольные диски от подгорания, возможного при разрыве цепи возбуждения возбудителя и при различных переходных процессах, вызванных резким набросом и сбросом нагрузки, а также коротким замыканием в цепи.

Рис. 6. Угольный регулятор напряжония УРН -400: а - общий вид, б - продольный разрез; 1 - магнитопровод, 2-сердечник, 3 - стопорный винт сердечника. 4 - основание магнитопровода, 5 - винты для крепления основания магнитопровода, 6 - катушка электромагнита, 7 - шайба, 3 - якорь, 9 - опорное коническое кольцо, 10- пакет пружин, 11 - пластина для крепления пружин, 12 - плунжер для крепления угольного контакта, 13 - прокладки из слюды, 14 - керамические втулки, 15 - винт для крепления скобы, 16 - скоба, 17 - нажимной колпак, 18 - неподвижный угольный контакт, 19 - корпус регулятора, 20 - керамическая трубка, 21 - угольный столб, 22 - подвижный угольный контакт, 23 - колпак, 24 - контактная пластина

В блоке регулирования напряжения имеются три сопро-hгтения. Сопротивления намотаны высокоомной оксиаированной проволокой, О-Х-15Н-60 на фарфоровой трубке диаметром 25 мм и длиной 140 мм, а сопротивление - на такой же фарфоровой трубке, но проволокой из константана. Добавочное сопротивление включено последовательно с угольным столбом и служит для уменьшения мощности, рассеиваемой в угольном столбе. Стабилизирующее сопротивление предназначено для ограничения напряжения, поступающего в первичную обмотку трансформатора, а также для настройки схемы регулирования напряжения.

Рис. 7. Блок регулирования напряжения БРН -400 с регулятором напряжения УРН -400 (кожух снят): 1 - стальной каркас, 2 - блок селеновых выпрямителей, 3 - стабилизирующий трансформатор, 4 - амортизирующие шайбы, 5 - угольный регулятор напряжения, 6 - добавочное сопротивление угольного столба, 7 - стабилизирующее сопротивление трансформатора, 8 - компенсирующее сопротивление

Схема электрических соединений элементов блока регулирования напряжения БРН -400 с генератором и его возбудителем показана на рис. 8.

Понижающий трансформатор ТП применяют при напряжении 400 в и присоединяют к силовой цепи генератора. Стабилизирующий трансформатор ТС служит для обеспечения более устойчивой работы регулятора и для быстрого восстановления напряжения при изменениях нагрузки.

Рис. 8. Принципиальная схема электрических соединений элементов блока регулирования БРН -400 с генератором и возбудителем: ТП - понижающий трансформатор, ТТ - трансформатор тока, РУ - реостат настройки регулятора, ТС - стабилизирующий трансформатор, ЭМ - электромагнит регулятора напряжения, К - конденсатор, УС - угольный столб, Л, - R, - сопротивления, ВС - селеновый выпрямитель

Реостат РУ включен последовательно во вторичную цепь трансформатора и служит для установки в требуемых пределах регулирования напряжения генератора при настройке регулятора. Угольный регулятор напряжения УРН -400 работает аналогично регулятору РУН -111.

К атегория: - Передвижные электростанции

Регулятор напряжения для авто – это прибор, функцией которого является поддержание напряжения в бортовой сети машины в установленных рамках, независимо от частоты вращения ротора генератора, внешней температуры, нагрузки и пр.

Регулятор напряжения для авто

Выполняет данное устройство и некоторые дополнительные функции: защита генератора и его элементов от перегрузок и работы в аварийных режимах, автоматическое включение системы сигнализации аварийной работы генератора или цепи обмотки возбуждения.

На напряжение генератора оказывают влияние три основных фактора: частота вращения его ротора, магнитный поток, который создается током обмотки возбуждения, а также сила тока, которая отдается генератором в нагрузку.

Напряжение генератора возрастает с ростом числа оборотов, а также со снижением нагрузки. Кроме того, увеличение напряжения вызывает возрастание силы тока в обмотке возбуждения.

Регулятор же напряжениястабилизирует напряжение путем корректировки тока возбуждения. В случае возрастания напряжения и выхода за требуемые пределы, регулятор увеличивает или уменьшает ток возбуждения, что приводит к стабилизации напряжения.

Регулятор напряжения для авто подключается к обмотке возбуждения генератора, а также к нему подводится напряжение с генератора или аккумулятора. Конечно, регуляторы с расширенным перечнем функций требуют большего числа подключений.

Регулятор напряжения для авто состоит из нескольких основных элементов:

{typography list_number_bullet_blue}1. Измерительный элемент;||2. Элемент, проводящий сравнение;||3. Регулирующий элемент.{/typography}
Очень чувствительной и уязвимой частью регулятора является его входной делитель напряжения. От него напряжение поступает к элементу сравнения. В данном случае эталонной величиной выступает напряжение стабилизации стабилитрона.

В случае если показатель напряжения ниже уровня стабилизации, то стабилитрон не пропускает ток через себя. В случае же превышения напряжением допустимых пределов, стабилитрон начинает пропускать через себя ток. На самом стабилитроне напряжение практически не изменяется.

Проходящий через стабилитрон ток активирует реле, коммутирующее цепь возбуждения так, что в обмотке возбуждения происходит корректировка тока в необходимом направлении. Автомобильные регуляторы напряжения осуществляют дискретное регулирование. Это возможно благодаря включению или выключению обмотки возбуждения в цепь питания. Такой принцип заложен в транзисторных регуляторах напряжения.

В вибрационных же или контактно-транзисторных регуляторах осуществляется включение обмотки возбуждения последовательно с обмоткой дополнительного резистора. Стоит отметить, что сегодня применяются лишь транзисторные регуляторы напряжения для авто, а вибрационные и контактно-транзисторные уже отошли в историю.

Регулятор напряжения для авто

Рис. 1. Способы управления током возбуждения: Г - генератор с параллельным возбуждением; W в - обмотка возбуждения; R д - дополнительное сопротивление; R - балластное сопротивление; К - коммутатор тока (регулирующий орган) в цепи возбуждения; а, б, в,г, д указаны в тексте.

Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работает в широком интервале изменения оборотов (900:.. 6500 об/мин). Соответственно изменяется и частота вращения ротора автомобильного генератора, а значит и его выходное напряжение.

Зависимость выходного напряжения генератора от оборотов двигателя внутреннего сгорания недопустима, так как напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть постоянным и не только при изменении оборотов двигателя, но и при изменении тока нагрузки. Функцию автоматического регулирования напряжения в автомобильном генераторе выполняет специальное устройство - регулятор напряжения автомобильных генераторов . Данный материал посвящен рассмотрению регуляторов напряжения современных автомобильных генераторов переменного тока.

Регулирование напряжения в генераторах с электромагнитным возбуждением

Способы регулирования . Если главное магнитное поле генератора наводится электромагнитным возбуждением, то электродвижущая сила E г генератора может быть функцией двух переменных: частоты n вращения ротора и тока I в в обмотке возбуждения - E г = f(n, I в).

Именно такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения.

При работе генератора без нагрузки его напряжение U г равно его электродвижущей силе ЭДС E г:
U г = E г = СФ n (1).

Напряжете U г генератора под током I н нагрузки меньше ЭДС E г на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении r г генератора, т.е. можно записать, что
E г = U г + I н r г = U г (1 + β) (2).

Величина β = I н r г /U г называется коэффициентом нагрузки.

Из сравнения формул 1 и 2 следует, что напряжение генератора
U г = nСФ/(1 + β), (3)
где С - постоянный конструктивный коэффициент.

Уравнение (3) показывает, что как при разных частотах (n) вращения ротора генератора (n = Var), так и при изменяющейся нагрузке (β = Var), неизменность напряжения U г генератора может быть получена только соответствующим изменением магнитного потока Ф.

Магнитный поток Ф в генераторе с электромагнитным возбуждением формируется магнитодвижущей силой F в = W I в обмотки W в возбуждения (W - число витков обмотки W в) и может легко управляться с помощью тока I в в обмотке возбуждения, т.е. Ф = f (I в). Тогда U г = f 1 что позволяет удерживать напряжение U г генератора в заданных пределах регулирования при любых изменениях его оборотов и нагрузки соответствующим выбором функции f(I в) регулирования.

Автоматическая функция f(I в) регулирования в регуляторах напряжения сводится к уменьшению максимального значения тока I в в обмотке возбуждения, которое имеет место при I в = U г /R w (R w - активное сопротивление обмотки возбуждения) и может уменьшаться несколькими способами (рис. 1): подключением к обмотке W в параллельно (а) или последовательно (б) дополнительного сопротивления R д: закорачиванием обмотки возбуждения (в); разрывом токовой цепи возбуждения (г). Ток через обмотку возбуждения можно и увеличивать, закорачивая последовательное дополнительное сопротивление (б).

Все эти способы изменяют ток возбуждения скачкообразно, т.е. имеет место прерывистое (дискретное) регулирование тока. В принципе возможно и аналоговое регулирование, при котором величина последовательного дополнительного сопротивления в цепи возбуждения изменяется плавно (д).

Но во всех случаях напряжение U г генератора удерживается в заданных пределах регулирования соответствующей автоматической корректировкой величины тока возбуждения.

Дискретно - импульсное регулирование

В современных автомобильных генераторах магнитодвижущую силу F в обмотки возбуждения, а значит и магнитный поток Ф, изменяют периодическим прерыванием или скачкообразным уменьшением тока I в возбуждения с управляемой частотой прерывания, т.е. применяют дискретно-импульсное регулирование рабочего напряжения U г генератора (ранее применялось аналоговое регулирование, например, в угольных регуляторах напряжения).

Суть дискретно-импульсного регулирования станет понятной из рассмотрения принципа действия генераторной установки, состоящей из простейшего контактно-вибрационного регулятора напряжения, и генератора переменного тока (ГПТ).

Рис. 2. Функциональная (а) и электрическая (б) схемы генераторной установки с вибрационным регулятором напряжения.

Функциональная схема генераторной установки, работающей совместно с бортовой аккумуляторной батареей (АКБ), показана на рис. 2а, а электрическая схема - на рис. 26.

В состав генератора входят: фазные обмотки W ф на статоре СТ, вращающийся ротор R, силовой выпрямитель ВП на полупроводниковых диодах VD, обмотка возбуждения W в (с активным сопротивлением R w). Механическую энергию вращения A м = f (n) ротор генератора получает от ДВС. Вибрационный регулятор напряжения РН выполнен на электромагнитном реле и включает в себя коммутирующий элемент КЭ и измерительный элемент ИЭ.

Коммутирующий элемент КЭ - это вибрационный электрический контакт К, замыкающий или размыкающий дополнительное сопротивление R д, которое включено с обмоткой возбуждения W в генератора последовательно. При срабатывании коммутирующего элемента (размыкание контакта К) на его выходе формируется сигнал τR д (рис. 2а).

Измерительный элемент (ИЭ, на рис. 2а) - это та часть электромагнитного реле, которая реализует три функции:

1. функцию сравнения (СУ) механической упругой силы F n возвратной пружины П с магнитодвижущей силой F s = W s I s релейной обмотки S (W s - число витков обмотки S, I s - ток в релейной обмотке), при этом результатом сравнения является сформированный в зазоре с период Т (Т = t р + t з) колебаний якоря N;
2. функцию чувствительного элемента (ЧЭ) в цепи обратной связи (ЦОС) регулятора напряжения, чувствительным элементом в вибрационных регуляторах является обмотка S электромагнитного реле, подключенная непосредственно к напряжению U г генератора и к аккумуляторной батарее (к последней через ключ зажигания ВЗ);
3. функцию задающего устройства (ЗУ), которое реализуется с помощью возвратной пружины П с силой упругости F п и опорной силой F о.

Работа регулятора напряжения с электромагнитным реле наглядно может быть пояснена с помощью скоростных характеристик генератора (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Изменение U г, I в, R б во времени t: а - зависимость текущего значения выходного напряжения генератора от времени t - U г = f (t); б - зависимость текущего значения в обмотке возбуждения от времени - I в = f (t); в - зависимость среднеарифметического значения сопротивления в цепи возбуждения от времени t - R б = f(t); I - время, отвечающее частоте (n) вращения ротора генератора.

Пока напряжение U г генератора ниже напряжения U б аккумуляторной батареи (U г

При увеличении оборотов ДВС напряжение генератора возрастает и при достижении некоторого значения U max) > U б) магнитодвижущая сила F s релейной обмотки становится больше силы F п возвратной пружины П, т.е. F s = I s W s > F п. Электромагнитное реле срабатывает и контакт К размыкается, при этом в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление.

Еще до размыкания контакта К ток I в в обмотке возбуждения достигает своего максимального значения I в max = U г R w > I вб, от которого, сразу после размыкания контакта К, начинает падать, стремясь к своему минимальному значению I в min = U г /(R w + R д). Вслед за падением тока возбуждения напряжение генератора начинает соответственно уменьшаться (U г = f(I в), что приводит к падению тока I s = U г /R s в релейной обмотке S и контакт К вновь размыкается усилием возвратной пружиной П (F п > F s). К моменту размыкания контакта К напряжение генератора U г становится равным своему минимальному значению U min , но остается несколько больше напряжения аккумуляторной батареи (U гmin > U б).

Начиная с момента размыкания контакта К (n = n min , рис. 3), даже при неизменной частоте n вращения ротора генератора, якорь N электромагнитного реле входит в режим механических автоколебаний и контакт К, вибрируя, начинает периодически, с определенной частотой коммутации f к = I/Т = I/(t р + t з) то замыкать, то размыкать дополнительное сопротивление R д в цепи возбуждения генератора (зеленая линия на участке n = n ср = const, рис. 3). При этом сопротивление R в в токовой цепи возбуждения изменяется скачкообразно от значения R w до величины R w +R д.

Так как при работе регулятора напряжения контакт К вибрирует с достаточно высокой частотой f к коммутации, то R в = R w + τ р где величина τ р - это относительное время разомкнутого состояния контакта К, которое определяется по формуле τ р = t р /(t з + t р), I/(t з + t р) = f к - частота коммутации. Теперь среднее, установившееся для данной частоты f к коммутации, значение тока возбуждения может быть найдено из выражения:

I в ср = U г ср /R в = U г ср /(R w +τ р R д) = U г ср /(R w + R д t р /f к),
где R в - среднеарифметическое (эффективное) значение пульсирующего сопротивления в цепи возбуждения, которое при увеличении относительного времени τ р разомкнутого состояния контакта К также увеличивается (зеленая линия на рис. 4).

Рис. 4. Скоростные характеристики генератора.

Процессы при коммутациях с током возбуждения

Рассмотрим более подробно, что происходит при коммутациях с током возбуждения. Когда контакт К длительно замкнут, по обмотке W в возбуждения протекает максимальный ток возбуждения I в = U г /R w .

Однако обмотка возбуждения W в генератора представляет собой электропроводную катушку с большой индуктивностью и с массивным ферромагнитным сердечником. Как следствие, ток через обмотку возбуждения после замыкания контакта К нарастает с замедлением. Это происходит потому, что скорости нарастания тока препятствует гистерезис в сердечнике и противодействующая нарастающему току - ЭДС самоиндукции катушки.

При размыкании контакта К ток возбуждения стремится к минимальной величине, значение которой при длительно разомкнутом контакте определяется как I в = U г /(R w + R д). Теперь ЭДС самоиндукции совпадает по направлению с убывающим током и несколько продлевает процесс его убывания.

Из сказанного следует, что ток в обмотке возбуждения не может изменяться мгновенно (скачкообразно, как дополнительное сопротивление R д) ни при замыкании, ни при размыкании цепи возбуждения. Более того, при высокой частоте вибрации контакта К ток возбуждения может не достигать своей максимальной или минимальной величины, приближаясь к своему среднему значению (рис. 4), так как величина t р = τ р /f к увеличивается с увеличением частоты f к коммутации, а абсолютное время t з замкнутого состояния контакта К уменьшается.

Из совместного рассмотрения диаграмм, показанных на рис. 3 и рис. 4, вытекает, что среднее значение тока возбуждения (красная линия б на рис. 3 и рис. 4) при повышении оборотов n уменьшается, так как при этом увеличивается среднеарифметическая величина (зеленая линия на рис. 3 и рис. 4) суммарного, пульсирующего во времени, сопротивления R в цепи возбуждения (закон Ома). При этом среднее значение напряжения генератора (U ср на рис. 3 и рис. 4) остается неизменным, а выходное напряжение U г генератора пульсирует в интервале от U max до U min .

Если же увеличивается нагрузка генератора, то регулируемое напряжение U г первоначально падает, при этом регулятор напряжения увеличивает ток в обмотке возбуждения настолько, что напряжение генератора обратно повышается до первоначального значения.

Таким образом, при изменении тока нагрузки генератора (β = V ar) процессы регулирования в регуляторе напряжения протекают так же, как и при изменении частоты вращения ротора.

Пульсации регулируемого напряжения . При постоянной частоте n вращения ротора генератора и при постоянной его нагрузке рабочие пульсации тока возбуждения (ΔI в на рис. 46) наводят соответствующие (по времени) пульсации регулируемого напряжения генератора.

Амплитуда пульсаций ΔU г - 0,5(U max - U min)* регулятора напряжения U г от амплитуды тоновых пульсаций ΔI в в обмотке возбуждения не зависит, так как определяется заданным с помощью измерительного элемента регулятора интервалом регулирования. Поэтому пульсации напряжения U г на всех частотах вращения ротора генератора практически одинаковы. Однако скорость нарастания и спада напряжения U г в интервале регулирования определяется скоростью нарастания и спада тока возбуждения и, в конечном счете, частотой вращения (n) ротора генератора.

* Следует заметить, что пульсации 2ΔU г являются неизбежным и вредным побочным проявлением работы регулятора напряжения. В современных генераторах они замыкаются на массу шунтирующим конденсатором Сш, который устанавливается между плюсовой клеммой генератора и корпусом (обычно Сш = 2,2 мкФ)

Когда нагрузка генератора и частота вращения его ротора не изменяются, частота вибрации контакта К также неизменна (f к = I/(t з + t р) = const). При этом напряжение U г генератора пульсирует с амплитудой ΔU р = 0,5(U max - U min) около своего среднего значения U ср.

При изменении частоты вращения ротора, например, в сторону увеличения или при уменьшении нагрузки генератора, время t з замкнутого состояния становится меньше времени t р разомкнутого состояния (t з

При уменьшении частоты ротора генератора (n↓), или при увеличении нагрузки (β), среднее значение тока возбуждения и его пульсации будут расти. Но напряжение генератора будет попрежнему колебаться с амплитудой ΔU г вокруг неизменной величины U г ср.

Постоянство среднего значения напряжения U г генератора объясняется тем, что оно определяется не режимом работы генератора, а конструктивными параметрами электромагнитного реле: числом витков W s релейной обмотки S, ее сопротивлением R s , величиной воздушного зазора σ между якорем N и ярмом М, а также силой F п возвратной пружины П, т.е. величина U ср есть функция четырех переменных: U ср = f(W s , R s , σ, F п).

Электромагнитное реле с помощью подгиба опоры возвратной пружины П настраивается на величину U ср таким образом, чтобы на нижней частоте вращения ротора (n = n min - рис. 3 и рис. 4) контакт К начинал бы размыкаться, а ток возбуждения успевал бы достигать своего максимального значения I в = U г /R w . Тогда пульсации ΔI в и время t з, замкнутого состояния - максимальны. Этим устанавливается нижний предел рабочего диапазона регулятора (n = n min). На средних частотах вращения ротора время t з примерно равно времени t р, и пульсации тока возбуждения становятся почти в два раза меньше. На частоте вращения n, близкой к максимальной (n = n max - рис. 3 и рис. 4), среднее значение тока I в и его пульсации ΔI в - минимальны. При n max происходит срыв автоколебаний регулятора и напряжение U г генератора начинает возрастать пропорционально оборотам ротора. Верхний предел рабочего диапазона регулятора задается величиной дополнительного сопротивления (при определенной величине сопротивления R w).

Выводы . Вышесказанное о дискретно-импульсном регулировании можно обобщить следующим образом: после пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с повышением его оборотов, наступает такой момент, когда напряжение генератора достигает верхнего предела регулирования (U г = U max). В этот момент (n = n min) в регуляторе напряжения размыкается коммутирующий элемент КЭ и сопротивление в цепи возбуждения скачкообразно увеличивается. Это приводит к уменьшению тока возбуждения и, как следствие, к соответствующему падению напряжения U г генератора. Падение напряжения U г ниже минимального предела регулирования (U г = U min) приводит к обратному замыканию коммутирующего элемента КЭ и ток возбуждения начинает снова возрастать. Далее, с этого момента, регулятор напряжения входит в режим автоколебаний и процесс коммутации тока в обмотке возбуждения генератора периодически повторяется, даже при постоянной частоте вращения ротора генератора (n = const).

При дальнейшем увеличении частоты вращения n, пропорционально ей, начинает уменьшаться время t з замкнутого состояния коммутирующего элемента КЭ, что приводит к плавному уменьшению (в соответствии с ростом частоты n) среднего значения тока возбуждения (красная линия на рис. 3 и рис. 4) и амплитуды ΔI в его пульсации. Благодаря этому напряжение U г генератора начинает также пульсировать, но с постоянной амплитудой ΔU г около своего среднего значения (U г = U ср) с достаточно высокой частотой колебаний.

Те же процессы коммутации тока I в и пульсации напряжения U г, будут иметь место и при изменении тока нагрузки генератора (см. формулу 3).

В обоих случаях среднее значение напряжения U г генератора остается неизменным во всем диапазоне работы регулятора напряжения по частоте n (U г ср = const, от n min до n max) и при изменении тока нагрузки генератора от I г = 0 до I г = max.

В сказанном заключается основной принцип регулирования напряжения генератора с помощью прерывистого изменения тока в его обмотке возбуждения.

Электронные регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Рассмотренный выше вибрационный регулятор напряжения (ВРН) с электромагнитным реле (ЭМ-реле) имеет ряд существенных недостатков:

1. как механический вибратор ВРН ненадежен;
2. контакт К в ЭМ-реле подгорает, что делает регулятор недолговечным;
3. параметры ВРН зависят от температуры (среднее значение U ср рабочего напряжения U г генератора плавает);
4. ВРН не может работать в режиме полного обесточивания обмотки возбуждения, что делает его низкочувствительным к изменению выходного напряжения генератора (высокие пульсации напряжения U г) и ограничивает верхнии предел работы регулятора напряжения;
5. электромеханический контакт К электромагнитного реле ограничивает величину максимального тока возбуждения до значений 2...3 А, что не позволяет применять вибрационные регуляторы на современных мощных генераторах переменного тока.

С появлением полупроводниковых приборов контакт К ЭМ-реле стало возможным заменить эмиттерно-коллекторным переходом мощного транзистора с его управлением по базе тем же контактом К ЭМ-реле.

Так появились первые контактно-транзисторные регуляторы напряжения. В дальнейшем функции электромагнитного реле (СУ, КЭ, УЭ) были полностью реализованы с помощью низкоуровневых (малоточных) электронных схем на полупроводниковых приборах. Это позволило изготавливать чисто электронные (полупроводниковые) регуляторы напряжения.

Особенностью работы электронного регулятора (ЭРН) является то, что в нем отсутствует дополнительный резистор R д, т.е. в цепи возбуждения реализуется практически полное выключение тока в обмотке возбуждения генератора, так как коммутирующий элемент (транзистор) в закрытом (разомкнутом) состоянии имеет достаточно большое сопротивление. При этом становится возможным управление более значительным током возбуждения и с более высокой скоростью коммутации. При таком дискретно-импульсном управлении ток возбуждения имеет импульсный характер, что позволяет управлять как частотой импульсов тока, так и их длительностью. Однако основная функция ЭРН (поддержание постоянства напряжения U г при n = Var и при β = Var) остается такой же, как и в ВРН.

С освоением микроэлектронной технологии регуляторы напряжения сначала стали выпускаться в гибридном исполнении, при котором бескорпусные полупроводниковые приборы и навесные миниатюрные радиоэлементы включались в электронную схему регулятора вместе с толстопленочными микроэлектронными резистивными элементами. Это позволило значительно уменьшить массу и габариты регулятора напряжения.

Примером такого электронного регулятора напряжения может служить гибридно-интегральный регулятор Я-112А, который устанавливается на современных отечественных генераторах.

Регулятор Я-112А (см. схему на рис. 5) является типичным представителем схемотехнического решения задачи дискретно-импульсного регулирования напряжения U г генератора по току I в возбуждения. Но в конструктивном и технологическом исполнении выпускаемые в настоящее время электронные регуляторы напряжения имеют значительные различия.

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора напряжения Я-112А: R1...R6 - толстопленочные резисторы: C1, С2 - навесные миниатюрные конденсаторы; V1...V6 - бескорпусные полупроводниковые диоды и транзисторы.

Что касается исполнения регулятора Я-112А, все его полупроводниковые диоды и триоды бескорпусные и смонтированы по гибридной технологии на общей керамической подложке совместно с пассивными толстопленочными элементами. Весь блок регулятора герметичен.

Регулятор Я-112А, как и описанный выше вибрационный регулятор напряжения, работает в прерывистом (ключевом) режиме, когда управление током возбуждения не аналоговое, а дискретно-импульсное.

Принцип работы регулятора напряжения Я-112А автомобильных генераторов

Пока напряжение U г генератора не превышает наперед заданного значения, выходной каскад V4-V5 находится в постоянно открытом состоянии и ток I в обмотки возбуждения напрямую зависит от напряжения U г генератора (участок 0-n на рис. 3 и рис. 4). По мере увеличения оборотов генератора или уменьшения его нагрузки U г становится выше порога срабатывания чувствительной входной схемы (V1, R1-R2), стабилитрон пробивается и через усилительный транзистор V2 выходной каскад V4-V5 закрывается. При этом ток I в в катушке возбуждения выключается до тех пор, пока U г снова станет меньше заданного значения U min . Таким образом, при работе регулятора ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения прерывисто, изменяясь от I в = 0 до I в = I max . При отсечке тока возбуждения напряжение генератора сразу не падает, так как имеет место инерционность размагничивания ротора. Оно может даже несколько увеличиться при мгновенном уменьшении тока нагрузки генератора. Инерционность магнитных процессов в роторе и ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения исключают скачкообразное изменение напряжение генератора как при включении тока возбуждения, так и при его выключении. Таким образом, пилообразная пульсация напряжения U г генератора остается и при электронном регулировании.

Логика построения принципиальной схемы электронного регулятора следующая. V1 - стабилитрон с делителем R1, R2 образуют входную цепь отсечки тока I в при U г > 14,5 В; транзистор V2 управляет выходным каскадом; V3 - запирающий диод на входе выходного каскада; V4, V5 - мощные транзисторы выходного каскада (составной транзистор), включенные последовательно с обмоткой возбуждения (коммутирующий элемент КЭ для тока I в); V6 шунтирующий диод для ограничения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения; R4, C1, R3 цепочка обратной связи, ускоряющая процесс отсечки тока I в возбуждения.

Еще более совершенным регулятором напряжения является электронный регулятор в интегральном исполнении. Это такое исполнение, при котором все его компоненты, кроме мощного выходного каскада (обычно это составной транзистор), реализованы с помощью тонкопленочной микроэлектронной технологии. Эти регуляторы настолько миниатюрны, что практически не занимают никакого объема и могут устанавливаться непосредственно на корпусе генератора в щеткодержателе.

Примером конструктивного исполнения ИРН может служить регулятор фирмы BOSCH-EL14V4C, который устанавливается на генераторах переменного тока мощностью до 1 кВт (рис. 6).

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор - устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.

Что такое регулятор напряжения генератора?

Поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции - защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийной работы генераторной установки.

Принцип действия регулятора напряжения

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки - тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить увеличивается.

Проверка регулятора напряжения

Прежде чем проверить регулятор напряжения, нужно убедиться, что проблема кроется именно в нём, а не в других элементах генератора (слабо натянут ремень, окислилась масса и т.д.), для этого нужно проверить сам генератор (Как проверить генератор?). После этого вам нужно снять регулятор напряжения. Процесс демонтажа регулятора описан в статье «как снять регулятор напряжения?». В двух словах скажу, что сначала нужно снять минусовую клемму, снять все провода с генератора, снять пластиковый кожух с генератора, затем открутить и вынуть регулятор напряжения в сборе вместе с щётками.

Давайте перейдём непосредственно к проверке регулятора напряжения. Проверять регулятор напряжения нужно обязательно в сборе с щёткодержателями – т.к. в случае обрыва цепи щёток и регулятора напряжения, мы сразу это заметим. Перед проверкой, обратите внимание на состояние щёток: если они обломаны или их длина короче 5мм, неподвижны и не пружинят, – то их нужно заменить. Для проверки нам понадобится:

– провода;

– аккумулятор автомобильный;

– лампочка на 12в 1-3Вт;

– две обычные пальчиковые батарейки.

Чтобы проверить регулятор напряжения, нам нужно будет построить две схемы: К щёткам подключаем лампочку, К выводам Б и В подключаем «+» от аккумулятора, «-» аккумулятора закрепляем на массу регулятора. Делаем ту же схему, но добавляем последовательно две пальчиковые батарейки. Вывод из всего вышесказанного таков. Исправный регулятор напряжения: в первой схеме лампа горит, во второй схеме лампа не горит, т.к. напряжение выше 14,7в и подача напряжения на щётки должна быть прекращена. Неисправный регулятор напряжения: в обоих случая лампа горит, значит в регуляторе пробой. Лампа не горит вообще – значит, отсутствует контакт между щётками и регулятором или обрыв цепи в регуляторе.

Трехуровневые регуляторы напряжения

Сначала узнаем, для чего нужен этот регулятор. Автомобильный генератор во время движения и работы двигателя должен подпитывать аккумуляторную батарею. Тем самым восстанавливается ёмкость аккумулятора, когда он разряжается во время стоянки. Если мы ездим каждый день, то аккумулятор почти не разряжается, если он в исправном состоянии.

Хуже приходиться аккумулятору, когда машина долго стоит без движения, ведь его энергия постепенно уходит на поддержание работы авто сигнализации. Ещё хуже дела обстоят зимой, когда при отрицательных температурах аккумуляторная батарея разряжается очень быстро. А если вы ездите помалу и не часто, то аккумулятор не заряжается полностью во время движения и может полностью разрядится как-то утром.

Справиться с вышеуказанной проблемой, призван трехуровневый регулятор напряжения. У него три положения работы: это максимальное (выдаёт напряжение на генераторе 14,0-14,2 В), нормальное (13,6-13,8 В) и минимальное (13,0-13,2 В). Как мы знаем из статьи про проверку работоспособности аккумулятора, нормальное напряжение при заведённом двигателе должно быть от 13,2-13,6 В. Это означает, что генератор работает в нормальном режиме и АКБ заряжается в полном объёме.

Это соответствует среднему (нормальному) положению регулятора напряжения. А вот зимой, желательно повысить напряжение до 13,8-14,0 В, т.к. аккумулятор быстрее разряжается при отрицательных температурах. Это делается простым переводом рычажка на регуляторе напряжения. Так будет обеспечена лучшая зарядка АКБ зимой при работающем двигателе.

Летом, особенно когда жара превышает +25 градусов и выше - желательно понизить напряжение генератора до 13,0-13,2 В. Зарядка от этого не пострадает, но генератор не будет “выкипать”, т.е. не будет терять свою номинальную ёмкость и не сокращать ресурс.

Как снять или заменить регулятор напряжения?

Перед заменой регулятора напряжения, обязательно проверьте генератор в целом (Как проверить генератор?). Регулятор напряжения нужно менять, если напряжение под нагрузкой бортовой сети (включены дальний, обогрев зеркал, печка) меньше 13в. Так же регулятор напряжения может стать причиной высокого напряжения (выше 14,7в). Но, как писалось выше, перед снятием регулятора нужно проверить сам генератор, ознакомиться с другими возможными неисправностями (например слабо натянут ремень генератора), и только потом приступать к замене регулятора напряжения. Так же данная статья вам понадобится для замены щёток генератора, т.к. щётки и регулятор напряжения устанавливаются на генератор в сборе.

Итак, как же снять регулятор напряжения? Открываем капот, снимаем минусовую клемму аккумулятора, находим генератор, отсоединяем колодку проводов «D».

- Снимаем защитный резиновый колпачок с наконечников проводов вывода «+». Откручиваем гайку крепления этих проводов, снимаем их с блока генератора.

Находим регулятор напряжения, и крестовой отверткой откручиваем его крепления.

Вынимаем регулятор напряжения в сборе с щётками, и отключаем от него колодку проводов.

Устанавливаем регулятор напряжения строго в обратной последовательности. Стоит отметить, что в последнее время, многие автолюбители стали пользоваться трёхуровневым регулятором напряжения, для того, чтобы избавиться от просадок напряжения в бортовой сети.

Подписывайтесь на наши ленты в

Многие знают о таком устройстве, как регулятор напряжения генератора, но не каждый способен сказать, какие принципы лежат в основе его работы и как можно осуществить диагностику. Стоит отметить, что этот прибор крайне важен, ведь с его помощью происходит стабилизация напряжения на выходе генератора. Представьте, как работает двигатель в процессе движения. Обороты его постоянно изменяются, причем в широком диапазоне, начиная от 700-900 об/мин, а заканчивая пятью, семью либо даже десятью тысячами. Как следствие - частота вращения ротора генератора также изменяется в широком диапазоне. И при любом значении оборотов должно поддерживаться стабильное напряжение, которого будет достаточно для зарядки аккумуляторной батареи. Если имеются какие-либо дефекты, то требуется тщательная проверка регулятора напряжения генератора.

Механические регуляторы напряжения

История автомобилестроения насчитывает уже более сотни лет, за это время было изобретено и внедрено множество конструкций, которые улучшают показатели всех агрегатов. Среди них и реле-регулятор, так как современная машина не сможет без него нормально работать. Изначально использовались механические устройства, в основе которых лежало электромагнитное реле. Например, регулятор напряжения генератора ВАЗ первых моделей был именно таким.

У него, как оказалось позднее, нет никаких плюсов, сплошь и рядом недостатки. Причем основной минус - это низкая надежность вследствие того, что присутствуют подвижные контакты. Они со временем стираются, так как прибор работает постоянно, без остановок. Кроме того, иногда требуется проводить регулировочные работы, что не очень хорошо сказывается на эксплуатации автомобиля. Современность диктует правило, по которому машина должна проходить техобслуживание своевременно в сервисных центрах. И водитель не должен уметь проводить сложный ремонт, от него требуется только умение управлять автомобилем и менять колесо (это максимум).

Электронные реле-регуляторы

По причинам, указанным выше, широкое распространение получили регуляторы напряжения электронного типа. Прогресс не стоит на одном месте, поэтому на смену электромагнитным реле пришли ключевые транзисторы, симисторы, тиристоры. У них очень высокая надежность, так как отсутствуют механические контакты, вместо которых имеется кристалл полупроводника. Конечно, технология производства таких устройств должна быть продумана. В противном случае возможен выход из строя полупроводника. Осуществляется проверка регулятора напряжения генератора такого типа достаточно просто, нужно только учесть его особенности.

Если сравнивать с предыдущим, механическим типом реле-регуляторов, можно увидеть одну особенность - электронные выпускаются в одном корпусе с щетками. Это позволяет сэкономить место, а самое главное - облегчить процедуру замены и диагностики. Особая черта электронных типов - это точность регулирования напряжения. Свойства полупроводника не изменяются в процессе работы. Поэтому напряжение на выходе генератора всегда будет одинаковым. Но стоит поговорить и о способе регулирования, о том, как происходит весь процесс. А он достаточно интересный, придется рассмотреть в общих чертах конструкцию генератора.

Из каких элементов состоит автомобильный генератор

Основа - это корпус, иначе он называется статором. Это неподвижная часть любой электрической машины. В статоре имеется обмотка. В автомобильных генераторах она состоит из трех частей. Все дело в том, что на выходе генерируется трехфазное переменное напряжение, значение его - около 30 Вольт. Причина использования такой конструкции - уменьшение пульсаций, так как фазы перекрывают друг друга, в результате появляется после выпрямителя постоянный ток. Для преобразования напряжения используются шесть полупроводниковых диодов. Они имеют одностороннюю проводимость. Если произойдет пробой, то определить это при помощи тестера достаточно просто.

Но не будет на выходе статорной обмотки напряжения, если не учесть одно условие - необходимо магнитное поле, причем движущееся. Сделать его несложно, достаточно на металлическом якоре намотать обмотку и подать на нее питание. Но теперь возникает вопрос о стабилизации напряжения. Делать это на выходе нет смысла, так как элементы потребуются очень мощные, ведь токи большие. Но тут приходит на помощь конструкторам одна особенность электрических машин - если на роторную обмотку подать стабилизированное напряжение, то магнитное поле не будет изменяться. Следовательно, на выходе генератора также стабилизируется напряжение. Так же работает и генератор ВАЗ 2107, регулятор напряжения которого функционирует на тех же принципах, что и у "десяток".

Компоненты регулятора напряжения

Современные автомобили оснащаются довольно простыми конструкциями. Они неразборные, совмещены в одном корпусе два элемента - непосредственно регулятор и графитовые щетки, передающие напряжение питания на роторную обмотку генератора. Причем электронные типы устройств могут быть двух видов. Например, регулятор напряжения генератора ВАЗ-2110 выпуска конца 90-х годов был изготовлен на монтажной плате небольшого размера. Современные же устройства делаются с использованием одного кристалла полупроводника, в котором находятся все элементы. Можно даже сказать, что это небольшая микросхема.

Графитовые щетки подключаются к выводам монтажной платы или полупроводникового элемента. Напряжение к ним подается от аккумуляторной батареи через лампу, которая необходима для диагностики генератора. Обратите внимание на то, что нельзя ставить вместо нее светодиодные элементы, так как у них нет внутреннего сопротивления. Грубо говоря, лампа накаливания работает и в качестве предохранителя. Если нить перегорает, то прекращается подача напряжения на роторную обмотку, генератор перестает работать. Если же загорается лампа, то имеется поломка. Либо щетки стерлись, либо ремень порвался, но иногда случается и так, что выходят из строя полупроводниковые диоды в выпрямителе. В таком случае необходима замена регулятора напряжения генератора на новый.

Как снять регулятор

Если неисправность только лишь в регуляторе напряжения, то работ по его замене немного. Инструмента тоже особого потребуется - хватит одной отвертки. Полностью разбирать генератор не нужно, так как щетки с регулятором напряжения находятся на задней его крышке.

Не потребуется даже ослаблять ремень. Снимать регулятор напряжения генератора 2110 нужно в двух случаях:

1. Стерлись полностью щетки.
2. В полупроводнике произошел пробой.

Варианты проверки прибора будут представлены ниже. Для начала отключите аккумуляторную батарею. Дело в том, что от нее идет к генератору силовой провод, на нем нет никакой защиты, потому как с его помощью происходит зарядка АКБ. А ток потребления этой цепи очень высокий. На корпусе регулятора имеется один разъем, от него отсоедините провод. Теперь можно выкрутить два болта крепления. После этого регулятор напряжения генератора без труда извлекается из задней крышки. Настало время проверить его.

Диагностика регулятора напряжения

Первым делом обратите внимание на состояние щеток - если их длина меньше 0,5 см, то необходимо менять узел в сборе. Не стоит заниматься изобретением велосипеда. Припаивать новые щетки нет смысла, так как надежность от этого только пострадает. Так как проверить регулятор напряжения генератора можно несколькими способами, начать стоит с самого сложного - со снятием прибора. Для диагностики вам потребуется блок питания, на выходе которого напряжение можно изменять в пределах 10-18 Вольт.

Также вам необходима лампа накаливания. Ее электрические параметры следующие: напряжение питания - 12 Вольт, мощность - 2-3 Ватта. Подаете питание следующим образом:

1. Плюсовой вывод на разъем в корпусе регулятора (он на новых образцах единственный).
2. Минус на общую пластину.

Лампа накаливания включается между двумя щетками. Порядок действий следующий:

1. При подаче напряжения 12-12,5 Вольт лампа накаливания должна гореть.
2. При напряжении свыше 15 Вольт она должна гаснуть.

Если она горит при любом напряжении питания, либо не горит ни в одном из этих случаев, то имеется поломка регулятора и его требуется заменить.

Как сделать диагностику без снятия?

Не рекомендуется проводить такую проверку, так как нет возможности оценить состояние щеточного узла. Но случаи бывают разные, поэтому даже такая диагностика может дать свои плоды. Для работы вам потребуется мультиметр или, если такового нет, лампа накаливания. Для вас главное - это провести замер напряжения в бортовой сети автомобиля, определить, нет ли скачков. Но их можно заметить и при езде. Например, мигание света при изменении оборотов коленчатого вала двигателя.

Но точнее окажутся измерения, проведенные с использованием мультиметра или вольтметра с растянутой шкалой. Заведите двигатель и включите ближний свет. Подключите мультиметр к клеммам аккумуляторной батареи. Напряжение не должно превышать 14,8 Вольт. Но и нельзя, чтобы оно опускалось ниже 12. Если оно находится не в дозволенном интервале, то имеется поломка регулятора напряжения. Не исключено, что нарушены контакты в местах соединения прибора с генератором, либо окислены контакты проводов.

Модернизация схемы регулятора

То, насколько полной будет зарядка аккумулятора, напрямую зависит от регулятора напряжения. К сожалению, простые конструкции, описанные выше, имеют большой разброс параметров. Поэтому, купив в одном магазине три экземпляра одинаковых устройств, вы получите различное напряжение на выходе. И это факт, никто и спорить не будет. Если не хватает аккумулятору зарядки, то он будет за короткое время терять свою емкость. И завести двигатель не сможет. Потребуется его восстанавливать только стационарным зарядным устройством.

Но ведь можно установить регулятор напряжения генератора трехуровневый, который позволяет изменять характеристики простым переключением тумблера. В его схеме находятся два полупроводника, у которых характеристики немного отличаются. За счет этого появляется возможность регулировки выходного напряжения. При включении одного полупроводника на выходе появляется 14,5 Вольт, а если другой пустить в цепь, то будет несколько выше. Использование такого устройства актуально в зимний период времени, когда емкость АКБ снижается и требуется дополнительная зарядка.

Как установить трехуровневый регулятор?

Для этой процедуры вам потребуется небольшой набор инструментов. Нужна отвертка, термоусадочная изоляция, саморезы, возможно, что необходима будет дрель со сверлом 2-4 мм. Итак, все по порядку. Первым делом нужно выкрутить два болта, которыми крепится щеточный узел и регулятор. На его место нужно поставить новый, который идет в комплекте. Отличие его от простого в том, что там только стоят щетки, полупроводники расположены в отдельном блоке. Второй узел вам нужно расположить недалеко от генератора, на кузове автомобиля.

Для этого сделайте небольшие отверстия для крепления. Стоит заметить, что блок с полупроводниками нуждается в дополнительном охлаждении. Поэтому потребуется его устанавливать на радиатор из алюминия, только после этого производить крепеж к элементам кузова. Если не обеспечить достаточное охлаждение, то возможен выход из строя прибора, а также нарушение его работы - регулирование будет происходить неправильно. После окончания крепежных работ соединяете два узла проводами, проводите изоляцию. Желательно соединительные провода крепить с помощью хомутов-стяжек к имеющимся жгутам.

Можно ли самостоятельно изготовить трехуровневый регулятор?

Если вы знакомы с радиотехникой, можете найти на диоде катод и анод, то для вас не составит труда самому сделать такое устройство. Вопрос в том, есть ли в этом смысл. Вам потребуется для изготовления два диода Шоттки. Если они у вас имеются, то цена конструкции окажется мизерной. Но если же их придется покупать (причем неизвестно, по какой цене), то можно сравнить затраты со стоимостью готового трехуровневого регулятора. Схема регулятора напряжения генератора трехуровневого типа несложная, повторить ее сможет любой человек, который умеет обращаться с паяльником.

Для реализации вашей задумки потребуется еще пластиковый корпус. Можно использовать и алюминий, это даже будет лучше, так как охлаждение будет происходить эффективнее. Только желательно покрыть все поверхности слоем изоляции, чтобы при езде не произошло замыкание контактов на корпус. Также вам потребуется установить переключатель, который будет коммутировать полупроводниковые элементы. Работы по установке прибора на автомобиль аналогичны тем, что были описаны в прошлом пункте. Стоит также заметить, что вам необходимо все равно приобретать щеточный узел.

Выводы

Не нужно пренебрегать таким прибором, как регулятор напряжения автомобильного генератора. От его качества и состояния зависит срок службы аккумуляторной батареи. И если имеются какие-либо дефекты в приборе, то его необходимо заменить. Следите за состоянием этого элемента, при необходимости зачищайте контакты, чтобы не появлялись сбои. Генератор находится в нижней части моторного отсека, а если нет грязезащитного щитка, то на него попадает очень много воды и грязи в плохую погоду. А это приводит к появлению дефектов, причем не только в регуляторе напряжения, но даже в обмотках статора и ротора. Поэтому для нормального функционирования всех систем необходим уход за автомобилем. И перед тем как проверить регулятор напряжения генератора, проведите тщательный осмотр и очистите от загрязнений все элементы конструкции.