Схема простейшего бесконтактного регулятора напряжения

Генератор переменного тока

      Питание потребителей электрической энергии в автомобилях осуществляется от аккумуляторной батареи и генератора со встроенным регулятором напряжения.

              Генератор представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину переменного тока с электромагнитным возбуждением и встроенным кремниевым выпрямителем. Конструкция генераторов содержит следующие основные элементы: неподвижный статор, вращающийся ротор, крышку со стороны контактных колец, интегральный регулятор напряжения с щеткодержателем, выпрямительный блок, крышку со стороны привода и шкив. Статор набран из отдельных пластин, соединенных в пакет, и имеет 36 пазов, в которых заложены трехфазные обмотки, соединенные в звезду.

              Ротор генератора состоит из обмотки возбуждения, намотанной на отдельную втулку. К торцам втулки примыкают два клювообразных полюсных наконечника, образующих двенадцатиполюсную магнитную систему. Концы обмотки возбуждения припаяны к двум контактным кольцам. Втулка, полюсные наконечники и контактные кольца напрессованы на вал. К алюминиевой крышке со стороны контактных колец прикреплены выпрямительный блок и регулятор напряжения с щеткодержателем. Выпрямитель представляет собой две алюминиевые пластины-держатели с запрессованными в них диодами. Для упрощения конструкции выпрямителя применены диоды разной полярности. У положительных диодов на корпусе создается “плюс” выпрямленного напряжения, а у отрицательных - “минус”. Положительные диоды запрессованы в один держатель выпрямительного блока, а отрицательные диоды в другой.

              Выпрямительный блок крепится к крышке четырьмя винтами, изолированными вместе с держателем от крышки пластмассовыми втулками. Этими винтами одновременно зажимаются выводы диодов и выводы обмотки статора. С пластиной соединен, вывод В+ генератора, являющийся выводом “плюс” выпрямителя. Выводом “минус” служит масса генератора.

              На одном из держателей выпрямительного блока установлёны еще три дополнительных диода. Напряжение, снимаемое с этих диодов, питает обмотку возбуждения и схему контроля исправности генератора (с помощью контрольной лампы заряда аккумуляторной батареи).

              Напряжение генератора регулируется микроэлектронным бесконтактным регулятором напряжения. В один узел с регулятором объединен пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками, чёрез которые питается обмотка возбуждения генератора. Регулятор приклепан к щеткодержателю, а его выводы приварены к выводам щеток.

Крышка со стороны привода также изготовлена из алюминия. В обеих крышках имеются вентиляционные отверстия, а лапы для крепления генератора на двигателе выполнены в крышке со стороны привода. Шкив крепится к валу ротора гайкой. Со стороны контактных колец элементы генератора закрываются кожухом.

 

Выводы генератора могут иметь следующие обозначения:

«+» силового выпрямителя: «+», В, 30, В+, ВАТ;

 «масса»: -, D-, 31, В-, М, Е, GRD

  вывод обмотки возбуждения: Ш, 67, DF, F, ЕХС, Е, FLD;

вывод для соединения с лампой контроля исправности (обычно плюс дополнительного выпрямителя, там, где он есть): D, D+, 61, L, WL, IND.

вывод фазы:, ~‚ W, R, STA

вывод нулевой точки обмотки статора: О, М_р;

вывод регулятора напряжения для подсоединения его в бортовую сеть, обычно к + аккумуляторной батареи: Б, 15, S;

вывод регулятора напряжения для питания его от выключателя зажигания: IG;

вывод регулятора напряжения для соединения его с бортовым компьютером: FR, F.

 

 

Работа генераторной установки

 

 

Электрическая схема генератора

 

 

      Принцип действия генератора основан на явлении магнитной индукции. При пуске двигателя на обмотку ротора от аккумуляторной батареи подается ток, создающий магнитное поле возбуждения. При вращении ротора это магнитное поле пересекает проводники обмоток статора, в результате чего в обмотках статора индуцируется переменная электродвижущая сила. Поскольку обмотки сдвинуты относительно друг друга, их ЭДС также сдвинуты на 120^о. Таким образом, на выходе обмоток статора при вращении ротора появляется трехфазный переменный ток. Но все используемые в автомобиле потребители работают на постоянном токе. Чтобы его получить, в генератор встроен выпрямительный блок, содержащий шесть диодов. Ток, поступающий к потребителю Rн (например, к лампам фар), проходит в каждый момент времени только через два диода. действительно, в течение промежутка времени 0- t₁. наибольшее значение напряжения индуцируется в обмотке 1, а наименьшее - в обмотке 2. В результате ток нагрузки идет по цепи черным цветом: обмотка 1 генератора, диод 1, нагрузка Rн, диод 5, обмотка 2.  

              Таким образом, в промежутке 0- t₁ работают диоды 1 и 5. В следующий промежуток времени t₁- t₂ наибольшее значение напряжения индуцируется в обмотке 3, наименьшее - в обмотке 2. Теперь ток нагрузки (обозначен белым цветом) проходит по цепи: обмотка 3, диод 3, нагрузка Rн, диод 5, обмотка 2. В этом промежутке времени работают диоды 3 и 5. Эти же диоды работают в промежутке времени t₂- t₃ (рис. б). В промежутках времени t₃- t₄ и t₄- t₅ работают диоды 3 и 4, а в промежутке

t₅- t₆ - диоды 2 и 4. Аналогичным образом происходит чередование работы диодов выпрямительного блока и при дальнейшем изменении напряжений в обмотках статора генератора. Но какие бы пары диодов выпрямителя ни работали, направление тока нагрузки остается неизменным, т.е. с выхода генератора на потребители поступает постоянный ток. Три дополнительных диода предназначены для питания обмотки возбуждения генератора при работающем двигателе.

 

                              

 

         Для поддержания постоянства вырабатываемого напряжения все генераторы снабжены встроенными регуляторами напряжения. Регулятор поддерживает напряжение постоянным в результате изменения силы тока в обмотке возбуждения. С повышением частоты вращения ротора генератора регулятор, стабилизируя напряжение, уменьшает силу тока возбуждения, а с ростом силы тока нагрузки он ее увеличивает. Регулятор выполнен бесконтактным.

              Принцип действия бесконтактного регулятора напряжения состоит в следующем. Пока напряжение генератора мало, стабилитрон VD1 регулятора закрыт, ток через него не протекает, поэтому транзистор VТ1 тоже закрыт, а выходной транзистор VТ2 открыт. Как только напряжение генератора становится больше номинального, стабилитрон “пробивается”, проходящий через него ток открывает транзистор VТ1 и закрывает транзистор VТ2. При этом ток в обмотке возбуждения, а значит, и напряжение генератора уменьшаются, стабилитрон снова закрывается, а выходной транзистор открывается. Процесс повторяется, обеспечивая поддержание напряжения генератора постоянным при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

 

 

Изменение напряжения генератора в зависимости от силы тока

и частоты вращения коленчатого вала

 

         Автомобильные генераторы работают в условиях постоянно изменяющейся частоты вращения и силы тока нагрузки. При этом должно обеспечиваться в определенных пределах постоянство напряжения генератора.

 

Генератор переменного тока

      Питание потребителей электрической энергии в автомобилях осуществляется от аккумуляторной батареи и генератора со встроенным регулятором напряжения.

              Генератор представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину переменного тока с электромагнитным возбуждением и встроенным кремниевым выпрямителем. Конструкция генераторов содержит следующие основные элементы: неподвижный статор, вращающийся ротор, крышку со стороны контактных колец, интегральный регулятор напряжения с щеткодержателем, выпрямительный блок, крышку со стороны привода и шкив. Статор набран из отдельных пластин, соединенных в пакет, и имеет 36 пазов, в которых заложены трехфазные обмотки, соединенные в звезду.

              Ротор генератора состоит из обмотки возбуждения, намотанной на отдельную втулку. К торцам втулки примыкают два клювообразных полюсных наконечника, образующих двенадцатиполюсную магнитную систему. Концы обмотки возбуждения припаяны к двум контактным кольцам. Втулка, полюсные наконечники и контактные кольца напрессованы на вал. К алюминиевой крышке со стороны контактных колец прикреплены выпрямительный блок и регулятор напряжения с щеткодержателем. Выпрямитель представляет собой две алюминиевые пластины-держатели с запрессованными в них диодами. Для упрощения конструкции выпрямителя применены диоды разной полярности. У положительных диодов на корпусе создается “плюс” выпрямленного напряжения, а у отрицательных - “минус”. Положительные диоды запрессованы в один держатель выпрямительного блока, а отрицательные диоды в другой.

              Выпрямительный блок крепится к крышке четырьмя винтами, изолированными вместе с держателем от крышки пластмассовыми втулками. Этими винтами одновременно зажимаются выводы диодов и выводы обмотки статора. С пластиной соединен, вывод В+ генератора, являющийся выводом “плюс” выпрямителя. Выводом “минус” служит масса генератора.

              На одном из держателей выпрямительного блока установлёны еще три дополнительных диода. Напряжение, снимаемое с этих диодов, питает обмотку возбуждения и схему контроля исправности генератора (с помощью контрольной лампы заряда аккумуляторной батареи).

              Напряжение генератора регулируется микроэлектронным бесконтактным регулятором напряжения. В один узел с регулятором объединен пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками, чёрез которые питается обмотка возбуждения генератора. Регулятор приклепан к щеткодержателю, а его выводы приварены к выводам щеток.

Крышка со стороны привода также изготовлена из алюминия. В обеих крышках имеются вентиляционные отверстия, а лапы для крепления генератора на двигателе выполнены в крышке со стороны привода. Шкив крепится к валу ротора гайкой. Со стороны контактных колец элементы генератора закрываются кожухом.

 

Выводы генератора могут иметь следующие обозначения:

«+» силового выпрямителя: «+», В, 30, В+, ВАТ;

 «масса»: -, D-, 31, В-, М, Е, GRD

  вывод обмотки возбуждения: Ш, 67, DF, F, ЕХС, Е, FLD;

вывод для соединения с лампой контроля исправности (обычно плюс дополнительного выпрямителя, там, где он есть): D, D+, 61, L, WL, IND.

вывод фазы:, ~‚ W, R, STA

вывод нулевой точки обмотки статора: О, М_р;

вывод регулятора напряжения для подсоединения его в бортовую сеть, обычно к + аккумуляторной батареи: Б, 15, S;

вывод регулятора напряжения для питания его от выключателя зажигания: IG;

вывод регулятора напряжения для соединения его с бортовым компьютером: FR, F.

 

 

Работа генераторной установки

 

 

Электрическая схема генератора

 

 

      Принцип действия генератора основан на явлении магнитной индукции. При пуске двигателя на обмотку ротора от аккумуляторной батареи подается ток, создающий магнитное поле возбуждения. При вращении ротора это магнитное поле пересекает проводники обмоток статора, в результате чего в обмотках статора индуцируется переменная электродвижущая сила. Поскольку обмотки сдвинуты относительно друг друга, их ЭДС также сдвинуты на 120^о. Таким образом, на выходе обмоток статора при вращении ротора появляется трехфазный переменный ток. Но все используемые в автомобиле потребители работают на постоянном токе. Чтобы его получить, в генератор встроен выпрямительный блок, содержащий шесть диодов. Ток, поступающий к потребителю Rн (например, к лампам фар), проходит в каждый момент времени только через два диода. действительно, в течение промежутка времени 0- t₁. наибольшее значение напряжения индуцируется в обмотке 1, а наименьшее - в обмотке 2. В результате ток нагрузки идет по цепи черным цветом: обмотка 1 генератора, диод 1, нагрузка Rн, диод 5, обмотка 2.  

              Таким образом, в промежутке 0- t₁ работают диоды 1 и 5. В следующий промежуток времени t₁- t₂ наибольшее значение напряжения индуцируется в обмотке 3, наименьшее - в обмотке 2. Теперь ток нагрузки (обозначен белым цветом) проходит по цепи: обмотка 3, диод 3, нагрузка Rн, диод 5, обмотка 2. В этом промежутке времени работают диоды 3 и 5. Эти же диоды работают в промежутке времени t₂- t₃ (рис. б). В промежутках времени t₃- t₄ и t₄- t₅ работают диоды 3 и 4, а в промежутке

t₅- t₆ - диоды 2 и 4. Аналогичным образом происходит чередование работы диодов выпрямительного блока и при дальнейшем изменении напряжений в обмотках статора генератора. Но какие бы пары диодов выпрямителя ни работали, направление тока нагрузки остается неизменным, т.е. с выхода генератора на потребители поступает постоянный ток. Три дополнительных диода предназначены для питания обмотки возбуждения генератора при работающем двигателе.

 

                              

 

         Для поддержания постоянства вырабатываемого напряжения все генераторы снабжены встроенными регуляторами напряжения. Регулятор поддерживает напряжение постоянным в результате изменения силы тока в обмотке возбуждения. С повышением частоты вращения ротора генератора регулятор, стабилизируя напряжение, уменьшает силу тока возбуждения, а с ростом силы тока нагрузки он ее увеличивает. Регулятор выполнен бесконтактным.

              Принцип действия бесконтактного регулятора напряжения состоит в следующем. Пока напряжение генератора мало, стабилитрон VD1 регулятора закрыт, ток через него не протекает, поэтому транзистор VТ1 тоже закрыт, а выходной транзистор VТ2 открыт. Как только напряжение генератора становится больше номинального, стабилитрон “пробивается”, проходящий через него ток открывает транзистор VТ1 и закрывает транзистор VТ2. При этом ток в обмотке возбуждения, а значит, и напряжение генератора уменьшаются, стабилитрон снова закрывается, а выходной транзистор открывается. Процесс повторяется, обеспечивая поддержание напряжения генератора постоянным при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

 

 

Изменение напряжения генератора в зависимости от силы тока

и частоты вращения коленчатого вала

 

         Автомобильные генераторы работают в условиях постоянно изменяющейся частоты вращения и силы тока нагрузки. При этом должно обеспечиваться в определенных пределах постоянство напряжения генератора.

 

Схема простейшего бесконтактного регулятора напряжения

 

 

Основные параметры генератора: номинальное напряжение, сила тока, мощность.

              Номинальное напряжение генераторов работающих в схемах электрооборудования с номинальным напряжением 12 В, принято 14 В, а с 24 В — 28 В. номинальный ток генератора — это максимальный ток нагрузки, который может отдать генератор при частоте вращения ротора 5000 мин^-1 и номинальном напряжении. Значения номинального напряжения и номинальной силы тока наносятся на крышке генератора. Номинальная мощность определяется произведением номинального напряжения и номинальной силы тока.

              Основной показатель генератора — токоскоростная характеристика: зависимость тока, Отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора данная характеристика снимается при номинальном напряжении генератора и постоянном, обычно номинальном, напряжении на обмотке возбуждения. Она показывает возможности генератора при различной частоте вращения ротора.

              Без нагрузки генератора достигает номинальной величины при частоте вращения n₀ которая у различных генераторов колеблется от 900 до 1200 мин^-1.

              Кривая токоскоростной характеристики имеет форму кривой насыщения, когда при больших значениях частоты вращения значения силы тока асимптотически приближаются к определенному постоянному значению.

              Форма кривой свидетельствует о свойстве генераторов к самоограничению по силе тока. Это происходит по двум причинам. Первая причина — увеличение реакции якоря при увеличении нагрузки. Вторая увеличение полного сопротивления обмотки статора при увеличении частоты вращения ротора.

              Якорем в синхронной машине является статор. При возникновении в обмотке статора напряжения возникает магнитное поле статора, которое направлено против основного магнитного поля ротора и размагничивает его. При увеличении силы тока нагрузки возрастает сила тока обмотки статора, усиливается его магнитное поле, что приводит к увеличению размагничивания магнитного поля ротора. В результате в катушках статора наводится меньшая по величине ЭДС и ограничивается максимальная сила тока, отдаваемого генератором.

 

Проверка регулятора напряжения

 

Работа регулятора напряжения заключается в непрерывном и автоматическом изменении силы тока возбуждения генератора таким образом, чтобы напряжение генератора поддерживалось в заданных пределах при изменении частоты вращения и тока нагрузки генератора.

 

 

Токоскоростная характеристика генераторов переменного тока

 

Проверка на автомобиле

 

для проверки необходимо иметь вольтметр постоянного тока со шкалой до 15—30 в класса точности не хуже 1,0.

              После 15 мин работы двигателя на средних оборотах при включенных фарах замерьте напряжение между клеммой «В+» и массой генератора. Напряжение должно находиться в пределах 13,2—14,7 В.

              В том случае, если наблюдается систематический недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи и регулируемое напряжение не укладывается в указанные пределы регулятор напряжения необходимо заменить.

 

Проверка снятого регулятора

      Регулятор в сборе с щеткодержателем, снятый с генератора, проверяется по схеме, приведенной на рис.

Между щетками включите лампу 1—3 Вт, 12 В. К выводам D+ и «масса» регулятора присоедините источник питания, который должен обеспечивать изменение напряжения до 15 В. После подключения регулятора к источнику питания установите напряжение питания 12 В - лампа при этом должна гореть. Увеличьте напряжение до угасания лампы. Затем плавно уменьшайте напряжение питания и в момент загорания лампы зафиксируйте по вольтметру напряжение источника питания. Оно должно быть в пределах 13,2 - 14,7 В. Если лампа при изменении напряжения не загорается, то в регуляторе есть внутренний обрыв, а если она не гаснет - пробой. Регулятор нужно заменить и тогда, когда напряжение, измеренное при загорании лампы, меньше 13 В или больше 14,9 В.

              Кроме того если лампа не горит при изменении напряжения, то возможно отсутствие контакта между щетками и выводами регулятора напряжения. Последнее можно проверить, присоединяя провода от лампы не к щеткам, а непосредственно к выводам D+ и DF регулятора напряжения.

Схема для проверки регулятора напряжения: 1 — контрольная лампа;

2 — вывод на ‘массу’ регулятора напряжения; 3 — ВЫВОД «DF» регулятора напряжения; 4 — регулятор напряжения; 5 — вывод «D+» регулятора напряжения.

 

 

Схема соединений генератора 943701:

1 - аккумуляторная батарея; 2- генератор; 3 - блок реле и предохранителей (монтажный блок); 4- выключатель зажигания; 5-контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи; 6 - комбинация приборов

 

 

Чаще всего реле-регулятор выходит из строя по следующим причинам:

1. При исправном АКБ отсутствует ток зарядки, из-за чего он не заряжается. Это происходит при плохом присоединении проводов к зажимам реле или при обрыве цепи от генератора к батарее. Устраняется закреплением провода в цепи, проверкой и регулировкой регулятора напряжения и реле-регулятора.

2. Недостаточный ток зарядки при разряженной АКБ или большой при полностью заряженном аккумуляторе вызваны нарушением регулировки регулятора напряжения. Устраняется регулировкой устройства или его заменой.

3. Горение и перегорание ламп с чрезмерным накалом происходит при нарушении регулировки реле-регулятора или замыкании контактов. Устраняется разъединением и зачисткой замкнувших контактов, регулировкой или заменой регулятора напряжения.

4. Большой ток разряда после остановки мотора. Происходит при замыкании контактов реле-регулятора (спекании контактов, поломке пружины якоря) или коротком замыкании электропровода. Ремонтируется нахождением и устранением короткого замыкания при отключенном аккумуляторе, проверкой и регулировкой ограничителя тока, размыканием и зачисткой контактов, заменой пружины с регулировкой ее зазора и натяжения.