Важно заметить что цепь обмотки возбуждения включает транзистор регулятора напряжения который позволяет изменять образуемый катушкой магнитный поток с целью обеспечения стабильности выходного напряжения генератора. Напряжение настройки регулятора напряжения выбирается исходя из величины номинального напряжения сети автомобиля и имеющихся потребителей электроэнергии. Превышение напряжения настройки регулятора над величиной номинального напряжения сети автомобиля выбрано для компенсации падения напряжения в проводах чтобы для нормальной...
Поделитесь работой в социальных сетях
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
Автомобильная генератор ная установка
Л е к ц и я
Автомобильная генераторная установка представляет собой синхронную электрическую машину собственно генератор со встроенным полупроводниковым выпрямителем и регулятором напряжения. Она предназначена для питания потребителей электроэнергии в автомобиле и заряда аккумуляторной батареи.
Синхронной называется электрическая машина, частота вращения которой пропорциональна частоте переменного тока в ее обмотке статора.
1.Принцип работы генератора
Принцип работы генератора заключается в следующем.
При включенном зажигании и работающем двигателе через обмотку возбуждения протекает ток и ротор представляет собой вращающуюся внутри статора систему из 12 магнитных полюсов чередующейся полярности. Важно заметить, что цепь обмотки возбуждения включает транзистор регулятора напряжения, который позволяет изменять образуемый катушкой магнитный поток с целью обеспечения стабильности выходного напряжения генератора. То есть, чтобы при увеличении частоты вращения ротора не увеличивалось выходное напряжение, достаточно убавлять соответствующим образом ток в катушке возбуждения.
Обмотки статора соединены в «звезду» (иногда в «треугольник), образуя типовую трехфазную систему, в которой наводится ЭДС. Обратите внимание, что в автомобиле, ЭО которого рассчитано на постоянное напряжение 12 В, генератор является генератором переменного тока. Постоянным он становится после выпрямления диодным мостом. Из-за больших токов (десятки ампер) диоды выпрямительного моста сильно нагреваются и для защиты от повреждения они прикреплены к радиатору из теплопроводящего алюминиевого сплава и обдуваются вентилятором.
Кроме 6 диодов выпрямителя в генераторе есть еще три дополнительных диода, с которых снимается напряжение для питания обмотки возбуждения в установившемся режиме (в начале используется АКБ). Они работают на малых токах и в радиаторах не нуждаются.
На выводе этих диодов при увеличении частоты вращения ротора генератора нарастает напряжение и разность потенциалов между ним и плюсовым выводом от силовых диодов, который подключен непосредственно к плюсу батареи, уменьшается. Напряжение на контрольной лампе стремится к нулю, и она гаснет. Этим самым контролируется работа генератора.
Обороты ротора, при которых происходит самовозбуждение генератора, оговариваются в его технических условиях (для генератора автомобиля 2110 эти обороты составляют 1400 об/мин). С целью снижения оборотов самовозбуждения увеличивают проходящий по обмотке ротора ток путем включения параллельно контрольной лампе резистора 50 Ом.
Напряжение настройки регулятора напряжения выбирается исходя из величины номинального напряжения сети автомобиля и имеющихся потребителей электроэнергии. Его величина для двенадцативольтовой системы колеблется от 14,1 В до 14,75 В. Превышение напряжения настройки регулятора над величиной номинального напряжения сети автомобиля выбрано для компенсации падения напряжения в проводах, чтобы для нормальной работы напряжение у потребителей электроэнергии не снижалось ниже 12 В.
Основной характеристикой автомобильных генераторов является токоскоростная характеристика, представляющая собой зависимость выпрямленного тока на выходе генератора от скорости вращения ротора. Исходя из определения токоскоростной характеристики, при данной скорости вращения генератор не может дать больший ток, чем ограничено токоскоростной характеристикой. Следовательно, автомобильный генератор работает в режиме короткого замыкания, и величина тока ограничивается активным и индуктивным сопротивлением статорной обмотки генератора.
Чем выше частота вращения генератора, тем выше индуктивное сопротивление его обмотки статора. Поэтому скорость нарастания тока, отдаваемого генератором, с ростом частоты вращения ротора и, соответственно, индуктивного сопротивления обмотки статора уменьшается и генератор приобретает свойство самоограничения силы тока. Таким образом, увеличение частоты вращения генератора не приведет к сгоранию обмотки статора и выходу его из строя.
- Конструкция автомобильных генераторов
Современный трехфазный генератор с когтеобразными полюсами состоит из следующих узлов:
- статора, выполненного в виде пакета листовой стали, с вложенной в его пазы трехфазной обмоткой;
- ротора с когтеобразными полюсами, обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
- выпрямительного блока;
- щеткодержателя футлярного типа с навесным регулятором напряжения;
- крышек со стороны привода и со стороны контактных колец;
- шкива.
Статор генератора состоит из пакета статора, набранного из стальных пластин, толщиной 0,5 мм или 1,0 мм каждая. Пластины соединены между собой по наружной поверхности сваркой. Внутренняя поверхность пакета имеет трапецеидальные пазы, равномерно расположенные по окружности, в которые уложена трехфазная катушечная обмотка. Каждая фаза состоит из шести непрерывно намотанных катушек. Статор является якорем синхронного генератора.
Когтеобразные полюсные половины изготавливают обычно методом холодной штамповки из полосовой стали толщиной около 12 мм с последующим отжигом для улучшения магнитных свойств, так как при штамповке меняется структура внутренних слоев стали, что ухудшает кривую намагничивания материала. Втулка и полюсные половины закрепляются посредством прессовой посадки на валу ротора. Обмотка возбуждения намотана рядами на пластмассовый каркас и закреплена на втулке. Выводы обмотки возбуждения припаяны к медным контактным кольцам, изолированным друг от друга. На современных генераторах (компактгенераторы) к полюсным половинам ротора с двух сторон привариваются центробежные вентиляторы, которые всасывают воздух с торцов генератора и выбрасывают его через радиальные отверстия в крышках, охлаждая лобовые части обмотки статора и выпрямительный блок с регулятором напряжения.
Так как ротор генератора вращается с большой скоростью (до 18000 об/мин), для снижения вибрации осуществляют динамическую балансировку ротора. Для этого у ротора после сборки проверяют на специальном оборудовании динамически (при вращении) дисбаланс, т.е. насколько отклоняется центр тяжести ротора от его оси. Допустимый дисбаланс ротора 0,02 г м (0,02 грамм на метр). Для получения необходимого дисбаланса производится балансировка ротора, т.е путем высверливания отверстий в полюсных половинах убирается лишний материал для приближения центра тяжести ротора к его оси.
Установка генератора на автомобиле производится путем крепления его к нижнему кронштейну и планке, закрепленных на блоке ДВС. Натяжение ремня привода генератора осуществляется перемещением генератора вокруг оси нижнего кронштейна и затяжки гайки крепления на планке. Привод осуществляется клиновым ремнем; передаточное отношение от 2 до 3. Натяжение ремня контролируется величиной прогиба ремня, под действием прилагаемого к ремню усилия.
В вариантах для легковых автомобилей номинальное напряжение 14 В, а для грузовиков и автобусов в большинстве случаев 28 В.
Внешние факторы, влияющие на генератор:
- значительная вибрация с ускорением от 50g до 80 g;
- высокие, вблизи двигателя от 100 °С до 120 °С температуры.
- коррозия под действием воды, грязи, масел, соли;
- значительные нагрузки изза неравномерности частоты вращения коленчатого вала ДВС.
- Токоскоростная характеристика генератора
Основная характеристика автомобильного трехфазного генератора это токоскоростная характеристика при U = const. На ней отмечаются три характерные точки:
1. Точка включения генератор, работая на холостом ходу, именно при этой частоте вращения достигает номинального напряжения и начинает отдавать ток.
2. Точка максимального тока генератор работает практически в режиме короткого замыкания и отдает свою максимальную мощность. Максимальный ток зависит исключительно от реактивного сопротивления.
3. Расчетная точка. Степень использования генератора максимальна.
Для вентильных (с выпрямительным блоком) генераторов с самоограничением понятие номинальной мощности не имеет смысла. Поэтому расчетные (номинальные) значения мощности, тока, частоты вращения устанавливают по режиму, соответствующему максимальному значению отношения выпрямленной мощности к частоте вращения.
Токоскоростная характеристика с достаточной степенью точности аппроксимируется уравнением
при, тогда расчетные значения можно определить, если из начала координат провести касательную к токоскоростной характеристике. Точка касания определяет расчетные величины, .
- Принцип действия регулятора напряжения
Регулятор напряжения поддерживает напряжение в бортовой сети автомобиля 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 генератора от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийной работы генератора.
Все автомобильные регуляторы напряжения работают по одному принципу. Напряжение генератора определяется тремя факторами частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, создаваемого током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора; снижение тока возбуждения уменьшает напряжение. Все регуляторы напряжения стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор, соответственно, уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.
Блок схема регулятора напряжения представлена на рисунке.
1 регулятор; 2 генератор; 3 элемент сравнения;
4 регулирующий элемент; 5 измерительный элемент
Блоксхема регулятора напряжения
Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора 2 и преобразует его в сигнал, который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением напряжения.
Если величина напряжения отличается от эталонной величины, на выходе измерительного элемента появляется сигнал, который активирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.
Таким образом , измерительная цепь регулятора напряжения обязательно должна быть подсоединена к плюсовому зажиму генератора или аккумуляторной батареи. Если функции регулятора расширены, то и число подсоединений его в схему растет, например, для температурной компенсации регулируемого напряжения он подключен к датчику температуры, встроенному в аккумуляторной батареи.
Чувствительным элементом электронных регуляторов напряжения является входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение поступает на элемент сравнения, где роль эталонной величины играет обычно напряжение стабилизации стабилитрона. Стабилитрон (диод Зенера) не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и «пробивается», т.е. начинает пропускать через себя ток, если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Напряжение же на стабилитроне остается при этом практически неизменным. Ток через стабилитрон включает электронное реле (транзисторный ключ), которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибрационных и контактнотранзисторных регуляторах чувствительный элемент представлен в виде обмотки электромагнитного реле, напряжение к которой, впрочем, тоже может подводиться через входной делитель, а эталонная величина это сила натяжения пружины, противодействующей силе притяжения электромагнита. Коммутацию в цепи обмотки возбуждения осуществляют контакты реле или, в контактнотранзисторном регуляторе, полупроводниковая схема, управляемая этими контактами. Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то, что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и выключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и контактнотранзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжительность включения обмотки или дополнительного резистора.
В настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы.
Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1, имеющим дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается и по нему начинает протекать ток.
Транзисторы же пропускают ток между коллектором и эмиттером, т.е. открыты, если в цепи базаэмиттер ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты , если базовый ток прерывается.
Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от выхода генератора Д через делитель напряжения на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора невелико, и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вывода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2, он открывается, через его переход эмиттерколлектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттерколлектор VT3 подключена к цепи питания. Соединение транзисторов VT2, VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния. Если напряжение генератора возросло, например, изза увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD1.
При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттерколлектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VT3 на «массу». Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VD1, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VT3, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т.д., процесс повторяется.
1 генератор; 2 регулятор
Схема электронного транзисторного регулятора напряжения
Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется. Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла увеличивается.
В схеме регулятора имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие изза обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью.
В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD2 носит название гасящего. Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обратной связи. При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD1 резко уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения. Это благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки. Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе.
Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо ускоряют переключения транзисторов.
В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери мощности в нем и его нагрев.
Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора, если при работающем двигателе автомобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбуждения, то лампа HL загорится. Недостатком такого решения является то, что по резистору R всегда протекает ток, нагревающий резистор, изза чего мощность его должна быть достаточной для исключения перегрева резистора. Постоянный нагрев резистора R также приводит к нежелательному нагреву находящихся рядом элементов конструкции панели приборов.
Конструкция регулятора напряжения
t вкл и t выкл соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения генератора; n 1 и n 2 частоты вращения ротора генератора, причем n 2 больше n 1 ;
I В1 и I В2 среднее значение тока в обмотке возбуждения
Изменение силы тока в обмотке возбуждения I в по времени t
В рассмотренной схеме регулятора напряжения, как и во всех регуляторах аналогичного типа, частота переключений в цепи обмотки возбуждения изменяется по мере изменения режима работы генератора. Нижний предел этой частоты составляет 2550 Гц.
В настоящее время описанная выше схема регулятора напряжения применяется на автомобилях разработанных ранее и заменяется другой разновидностью схем электронных регуляторов, в которых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудованы широтноимпульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает заданную частоту переключения. Применение ШИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т.п.
При этом выпрямительный блок генераторных установок не имеет дополнительных диодов для питания обмотки возбуждения и предотвращения разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Для работы схемы в этом случае регулятор такого типа подключается к одной из фаз обмотки статора генератора. В регуляторах такого типа, ШИМ при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера. Поэтому генератор во время запуска двигателя не возбуждается, что позволяет снизить момент сопротивления прокрутки коленчатого вала двигателя и облегчить его запуск. После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы.
Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.
Наличие дополнительных функций регулятора кроме обычной функции регулирования напряжения (задержка возбуждения генератора при запуске, управление контрольной лампой или светодиодом и т.д.) позволяет называть его многофункциональным.
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм> |
|||
| 5532. | Установка гидроочистки У-1.732 | 33.57 KB | |
| Автоматизация технологического процесса это совокупность методов и средств предназначенная для реализации системы или систем позволяющих осуществлять управление производственным процессом без непосредственного участия человека но под его контролем. Одной из важнейших задач автоматизации технологических процессов является автоматическое регулирование имеющее целью поддержание постоянства стабилизацию заданного значения регулируемых переменных или их изменение по заданному во времени... | |||
| 4583. | Установка электроцентробежных насосов | 114.22 KB | |
| Установки погружных центробежных насосов предназначены для откачки из нефтяных скважин, в том числе и наклонных пластовой жидкости, содержащей нефть, воду и газ, и механические примеси. В зависимости от количества различных компонентов, содержащихся в откачиваемой жидкости, насосы установок имеют исполнение обычное и повышенной корозионно-износостойкости. | |||
| 4902. | Судовая энергетическая установка (СЭУ) | 300.7 KB | |
| Допускаемое напряжение на изгиб для чугунных поршней. Напряжение изгиба возникающее в момент действия силы. Напряжение среза. Допускаемое напряжение изгиба и среза: Допускаемое напряжение изгиба для легированной стали: Допускаемое напряжение среза. | |||
| 19230. | Индукционная закалочная установка | 2.47 MB | |
| Приведены результаты исследований и дано краткое описание наиболее существенных изобретений. Приведены тепловой и электрические расчеты. Разработаны принципиальная электрическая схема и схема управления сигнализации и защиты установки. Особое внимание в дипломном проекте обращено на потери электроэнергии при закалке заготовок в индукторах предназначенных для закалки заготовок большего диаметра. | |||
| 3518. | Установка и настройка службы SAMBA | 442.51 KB | |
| Служба каталогов в контексте компьютерных сетей - программный комплекс, позволяющий администратору работать с упорядоченным по ряду признаков массивом информации о сетевых ресурсах | |||
| 12450. | Установка вентиляторов. Борьба с шумом и вибрацией | 308.25 KB | |
| Борьба с шумом и вибрацией При установке вентиляторов необходимо выполнить определённые требования общие для разных типов этих машин. При установке вентиляторов других конструктивных исполнений очень важно тщательно центрировать геометрические оси валов вентилятора и электродвигателя если они соединяются с помощью муфт. При наличии ременной передачи необходимо тщательно контролировать установку шкивов вентилятора и двигателя в одной плоскости степень натяжения ремней их целостность. Всасывающие и выхлопные отверстия вентиляторов не... | |||
| 11992. | Установка плазменного уничтожения опасных медицинских отходов | 17.39 KB | |
| В установке реализован метод высокотемпературного плазменного окисления отходов с соблюдением следующих современных принципов организации процесса: двухстадийное окисление в печи при температуре 10001200 С и в камере дожигания при температуре 12001300 С со временем пребывания дымовых газов не менее 2 с; обязательная закалка быстрое охлаждение дымовых газов; многоступенчатая очистка дымовых газов от летучей золы паров тяжелых металлов кислых газов и при необходимости диоксинов и фуранов; автоматизированный контроль режимных... | |||
| 5615. | Трехкорпусная выпарная установка для концентрирования водного раствора | 89.34 KB | |
| Предварительный подогрев раствора повышает интенсивность кипения в выпарном аппарате. Вторичный пар образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе направляется в качестве греющего во второй корпус. Аналогично третий корпус обогревается вторичным паром второго и в нем производится концентрирование раствора. Самопроизвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в... | |||
| 1031. | АВТОМАТИЗРОВАННАЯ УСТАНОВКА МАГНИТОПОРОШКОВОГО КОНТРОЛЯ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ | 6.05 MB | |
| Ось колесной пары, магнитопорошковый вид неразрушающего контроля, седлообразный соленоид, автоматизированная установка магнитопорошкового контроля оси колёсной пары вагона, программируемый логический контроллер. | |||
| 19857. | Буровая установка глубокого бурения на Заполярном месторождени | 658.96 KB | |
| В комплект буровой установки входят: вышка для подвешивания талевой системы и размещения бурильных труб оборудование для спуска и подъема инструмента оборудование для подачи и вращения инструмента насосы для прокачивания промывочной жидкости силовой привод механизмы для приготовления и очитки промывочной жидкости механизмы для автоматизации и механизации спускоподъемных операций СПО контрольно-измерительные приборы и вспомогательные устройства. ОАО Уралмаш выпускает комплектные буровые установки и наборы бурового оборудования... | |||
Одним из основных требований потребителей к качеству электроэнергии является стабильность напряжения на шинах ДЭС в условиях изменения значения и характера (cosφ) нагрузки станции. При переходе от одного режима нагрузки ДЭС к другому напряжение на шинах ДЭС будет оставаться неизменным, если ток возбуждения генератора будет изменяться в соответствии с изменением нагрузки.
Поддержание стабильного напряжения генераторов дизельной электростанции (ДЭС) осуществляется устройствами (блоками) регулирования напряжения. Автоматические регуляторы напряжения по конструкции регулирующего органа подразделяются на два типа: электромеханические и электромагнитные.
Электромеханические регуляторы состоят из подвижных частей (электромагнитов с подвижными якорями, пружин и др.) и воздействуют на ток возбуждения с помощью изменения активного сопротивления цепи обмотки возбуждения. К этому виду относятся угольные регуляторы, которые совместно с другой аппаратурой (трансформаторами, выпрямителями и другими деталями) входят в блок регулирования напряжения (БРН). На генераторах с машинным возбуждением серий ДГС и ПС-93-4 устанавливаются блоки БРН с угольными регуляторами возбуждения.
Электромагнитные регуляторы состоят из статических (неподвижных) частей (трансформаторов, магнитных усилителей, конденсаторов, реакторов и др.) и изменяют ток возбуждения генератора с помощью дополнительного тока от регулятора обмотки возбуждения. К этому виду регуляторов относятся компаундирующие устройства с электромагнитной коррекцией, с магнитными усилителями и др.
На генераторах серии ЕСС устанавливают БРН, выполненные на принципе компаундирования, а для увеличения точности регулирования используется электромагнитный корректор напряжения.
На генераторах серий ДГФ и ГСФ БРН выполнен на принципе фазового компаундирования с полупроводниковым корректором напряжения.
На генераторах серии СГД устанавливают регуляторы напряжения типа РНА-60, работающие на принципе фазового компаундирования с управлением от электромагнитного корректора напряжения.
Блок БРН с угольным регулятором имеет четыре исполнения: 412, 421, 422, 423. Устройство и принцип работы всех блоков БРН одинаков.
Блок БРН состоит из угольного регулятора УРН, трансформатора регулятора напряжения Тр2, стабилизующего трансформатора Тр1, селеновых выпрямителей ВС1 и ВС2, конденсаторов С1, С2 и резисторов R3, R4, R5. Все элементы БРН укреплены на каркасе и закрыты съемным кожухом.
Угольный регулятор напряжения типа УРН представляет собой прямоходовой электромеханический регулятор реостатного типа.
Рис.1. Угольный регулятор напряжения типа УРН-423.
а - общий вид; б - продольный разрез;
1 - слюдяные прокладки; 2 - фарфоровая втулка; 3,12,22,29 - винты;
4 - скоба; 5 - нажимный винт; 6 - стопорный винт;
7 - неподвижный угольный контакт; 8 - корпус регулятора;
9 - керамическая (фарфоровая) трубка; 10 - угольный столб;
11 - подвижный угольный контакт; 13 - колпак;
14 - контактная пластина; 15 - пластина для магнитопровода;
19 - стопорный винт сердечника; 20 - сердечник;
21 - основание магнитопровода; 23 - обмотка электромагнита;
24 - диамагнитная шайба; 25 - опорное коническое кольцо;
26 - пакеты пружин; 27 - якорь; 28 - пластина для крепления пружин;
30 - плунжер; 31 - амортизатор.
Регулятор типа УРН (рис.1) состоит из электромагнита с сердечником, якоря подвижной системы регулятора, над которым расположены пакеты пружин, угольных столбов, помещенных в фарфоровую трубку, расположенную на корпусе регулятора, неподвижного и подвижного угольных контактов, к которым подключены проводники.
Угольный столб 10, набранный из шероховатых отдельных шайб, включен с помощью контактов 7 и 11 в цепь обмотки возбуждения возбудителя. На угольный столб действует пружина 26, сжимающая угольные шайбы столба, и якорь 27, противодействующий сжатию пружины. Общая площадь соприкосновения угольных шайб столба, а следовательно, и его сопротивление зависят от давления, поэтому разность этих двух сил определяет сопротивление цепи обмотки возбуждения возбудителя.
При номинальном напряжении генератора подвижная система угольного регулятора находится в равновесии (усилия якоря электромагнита и пружины, сжимающей шайбы угольного столба УРН, равны). При увеличении нагрузки генератора напряжение на его выводах уменьшится, в связи с этим уменьшится ток в обмотке электромагнита УРН. Под действием пружины 26 подвижная система УРН сместится, что вызовет сжатие угольного столба и изменение (уменьшение) его сопротивления.
Уменьшение сопротивления приведет к увеличению тока в обмотках возбуждения возбудителя и генератора, напряжение на выводах генератора увеличится. При повышении напряжения генератора, вызванного сбросом нагрузки, сопротивление угольного столба Ур увеличится, а напряжение на выводах генератора уменьшится.
Рис.2. Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН.
Г - генератор; В - возбудитель;
ОВГ - обмотка возбуждения генератора;
ОВВ - обмотка возбуждения возбудителя.
Обмотка электромагнита УРН (рис.2) включена на напряжение генератора через понижающий трансформатор Тр2 и выпрямитель ВС1. Конденсаторы C1 и С2 установлены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя ВС1.
Последовательно с первичной обмоткой Тр2 включен резистор R5, служащий для компенсации температурного изменения сопротивления обмотки Тр2.
Реостат установки РУ включен в цепь вторичной обмотки Тр2 для установки уровня автоматического peгулирования напряжения. Угольный столб УРН и резистор R3 включены последовательно в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Резистор R3 служит для уменьшения мощности рассеивания в угольном столбе УРН. Стабилизирующий трансформатор Тр1 служит для устранения неустановившихся колебаний напряжения генератора, возникающих при работе УРН. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включена через сопротивление R4 на напряжение якоря возбудителя, а вторичная - последовательно в цепь электромагнита УРН. Параллельно обмотке возбуждения возбудителя подключен выпрямитель ВС2 для предохранения угольного столба УРН от подгара при перенапряжениях на зажимах обмотки возбуждения возбудителя.
При уменьшении напряжения генератора напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора Тр2 понизится, что вызовет уменьшение тока в цепи электромагнита УРН и сопротивления угольного столба УРН.
Использование схемы компаундирования обеспечивает точность поддержания напряжения ±5%, а применение электромагнитного корректора увеличивает точное поддержания напряжения до ±2%.
Блок регулирования напряжения с электромагнитным корректором состоит из блока компаундирования, установленного на генераторе, и блока электромагнитного корректора.
Рис.3. Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М
На рис.3 изображена принципиальная схема регулятора напряжения с электромагнитным корректором.
В регуляторе использован принцип фазовою компаундирования и применены три однофазных четырехобмоточных трансформатора ТТП с подмагничиванием от корректора напряжения. Одна из первичных обмоток ТТП включена последовательно с нагрузкой генератора, а другая - через линейный реактор Р параллельно нагрузке. Вторичная обмотка ТТП через выпрямитель СВ1 соединена с обмоткой возбудителя генератора.
Корректор напряжения состоит из автотрансформатора АТН, магнитного усилителя МУ и измерительного органа, имеющего нелинейный реактор НР, линейный реактор ЛP и конденсатор С2.
Небольшое увеличение напряжения на выводах генератора приводит к резкому увеличению тока реактора НР, который увеличивает ток в обмотке управления МУ. Возросший выходной ток МУ проходит через выпрямитель СВ2 и подается на обмотку подмагничивания трансформатора ТТП. Увеличение тока в обмотке подмагничивания вызовет уменьшение тока во вторичной обмотке ТТП и в обмотке возбуждения генератора, что приведет к уменьшению напряжения на выводах генератора.
При уменьшении напряжения на зажимах генератора наблюдается обратная картина. На дизель-генераторах кроме напряжения часто меняется и частота, поэтому в корректоре предусмотрена частотная компенсация.
В схеме корректора частотная компенсация осуществляется реактором ЛР и конденсатором С2, которые изменяют напряжение на реакторе ИР пропорционально изменению частоты генератора и оставляют ток HP неизменным. Эта схема обеспечивает независимость тока HP от изменения частоты и позволяет при изменении частоты от 48 до 52 Гц обеспечить изменение напряжения генератора в пределах ±2%.
Блок регулирования напряжения с полупроводниковым корректором напряжения. Полупроводниковый корректор напряжения в БРН предназначен для поддержания стабильного напряжения на выводах генератора в пределах ±2%.
Рис.4. Принципиальная схема полупроводникового корректора напряжения
Корректор напряжения (рис.4) собран на полупроводниковых элементах и работает в импульсном режиме. Он состоит из измерительного органа и усилителя.
Измерительный орган корректора измеряет напряжение на зажимах генератора и сравнивает его с заданным. Разность между действительным и заданным напряжениями служит сигналом, который управляет полупроводниковым усилителем, соединенным с обмоткой управления трансформатора компаундирования.
Измерительный орган состоит из трансформатора ТИ, первичная обмотка которого подключена на линейное напряжение генератора через резистор R15 и регулируемый резистор РУН, выпрямителя В1, кремниевого опорного диода В2, конденсаторов С1-С2, резисторов R1, R2, R3, R5, R6, терморезисторов R7-R9, транзистора Т1.
Напряжение генератора после выпрямителя В2 и сглаживающего фильтра R8-С1 поступает на вход транзистора Т1. Входной сигнал Т1 будет тем больше, чем больше напряжение генератора превышает опорное напряжение диода В2, т.е. измерительный орган корректора преобразует превышение напряжения генератора над опорным напряжением В2 в выходной ток транзистора Т1, поступающий на вход усилителя. Если U г
Резистор R2 смещает диапазон регулирования уставки напряжения. Цепочка С2-R5 служит для устранения автоколебаний при регулировании напряжения генератора, а регулирование чувствительности корректора производится резистором R*.
Схема усилителя состоит из транзисторов Т2, ТЗ, Т4, конденсатора С3, делителей напряжения R11, R12 и резистора R10. Напряжение подается на зажимы усилителя «+» и «-» от обмотки Wn через выпрямитель ВПУ.
Параметры элементов схемы выбраны так, что при отсутствии сигнала с измерительного органа транзисторы Т2 и ТЗ усилителя полностью открыты (режим насыщения), транзистор Т4 закрыт, т.е. обмотка управления, соединенная с коллектором транзистора Т4, отключена от выпрямителя питания корректора и в ней отсутствует подмагничивающий ток.
При появлении импульса выходного тока измерительного органа конденсатор СЗ заряжается этим импульсом и разряжается на сопротивление резистора R10. Образующееся на резисторе R10 падение напряжения закрывает транзистор Т2, так как оно приложено своим минусом к базе транзистора, а плюсом - к эмиттеру. Исчезновение тока через транзистор Т2, являющегося одновременно током смещения транзистора ТЗ, приводит к закрытию транзистора ТЗ и открытию транзистора Т4, так как по его переходу база - эмиттер будет протекать ток, ранее протекавший через транзистор ТЗ.
С открытием транзистора Т4 напряжение питания корректора целиком прикладывается к обмотке управления. С появлением нового импульса от измерительного органа процесс повторяется. Напряжение генератора на входе измерительного органа выпрямляется двухполупериодным выпрямителем и сглаживается фильтром C1-R8 только частично, поэтому выходной ток измерительного органа будет иметь вид узких импульсов, следующих с частотой 100 Гц. Частота импульса выходного напряжения транзистора Т4 будет также 100 Гц.
Выходное напряжение будет иметь вид прямоугольников, ширина которых зависит от напряжения на входе корректора. При большем напряжении на входе корректора растут импульсы выходного тока измерительного органа, т.е. до большего напряжения будет заряжаться емкость СЗ. Соответственно увеличивается время, в течение которого конденсатор, разряжаясь на резистор R10, удерживает транзистор Т2 в закрытом состоянии, а транзистор Т4 - в открытом. Время воздействия напряжения питания корректора на обмотку управления увеличивается, среднее значение тока управления возрастает; напряжение генератора поддерживается на заданном уровне.
Для термокомпенсации режимов работы транзисторов Т2-Т4 в цепь усилителя включены резисторы R14, R13 и выпрямитель В4, а для предупреждения ложного срабатывания корректора от пульсаций выпрямленного напряжения в цепь СЗ - база Т2 - эмиттер Т2 включен диод ВЗ.
Все элементы, входящие в состав корректора напряжения, смонтированы в алюминиевом корпусе и закрыты крышкой. Корректор имеет доску с зажимами, к которой с внутренней стороны подключены соответствующие элементы корректора.
Условия работы и классификация генераторных установок. Генераторная установка (генератор с реле-регулятором) является основным источником электрической энергии на автомобиле. Она предназначена для питания приемников (потребителей) и заряда аккумуляторной батареи. Генератор преобразует механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в электрическую. Реле-регулятор автоматически управляет работой генератора.
Генератор механически связан с коленчатым валом двигателя. Это, в основном, определяет те специфические условия, в которых работает генераторная установка: переменная частота вращения ротора, пропорциональная частоте вращения коленчатого вала двигателя; широкий диапазон изменения нагрузки (в пять-шесть раз), пропорциональный мощности включенных приемников; большой диапазон изменения температуры (от минус 40 до плюс 80°С); запыленность и влажность воздуха; возможность полного погружения в воду при преодолении водной преграды.
Назначение и условия работы определяют следующие требования к генераторным установкам:
Обеспечить положительный баланс электрической энергии в бортовой сети, т.е. вырабатывать ее столько, сколько необходимо приемникам и аккумуляторной батарее;
Масса и габариты генераторной установки должны быть
минимальными;
Напряжение питания должно быть постоянным во всем диапазоне рабочих режимов частоты вращения и нагрузки;
Ресурс работы должен быть равен или больше ресурса работы двигателя.
Генераторы классифицируют по напряжению, роду тока, возбуждению, наличию щеток, степени защиты от внешних воздействий, способу подавления радиопомех.
Номинальные напряжения генераторов и генераторных установок могут быть 7, 12 и 28В. Имеются генераторные установки с двумя различными уровнями напряжения, предназначенные для питания различных приемников. Независимо от уровня напряжения генераторы могут быть постоянного и переменного тока. К генераторам постоянного тока относятся такие, у которых переменный ток преобразуется в постоянный щеточно-коллекторным узлом. Все остальные генераторы относятся условно к генераторам переменного тока, в том числе и генераторы, у которых вырабатываемый ими ток полностью выпрямляется встроенными в корпус генератора специальными устройствами-выпрямителями.
Возбуждение генераторов может осуществляться от электромагнитов и постоянных магнитов.
Генераторы с постоянными магнитами имеют целый ряд преимуществ по сравнению с генераторами, имеющими электромагнитное возбуждение. Основные из них: более высокая надежность в работе и простота конструкции. Однако наряду с указанными преимуществами генераторы переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют и недостатки, которые ограничивают их широкое применение. Это трудности регулирования напряжения и низкий предел мощности.
Генераторы с электромагнитным возбуждением классифицируются в зависимости от схемы включения обмотки возбуждения. Если обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, генератор называется генератором с последовательным возбуждением, а если параллельно-с параллельным возбуждением. Генераторы со смешанным возбуждением имеют параллельную и последовательную обмотки.
Если обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока, такой генератор называется генератором с независимым возбуждением. Если же обмотка возбуждения питается от зажимов якоря, такой генератор называется генератором с самовозбуждением
Генераторы могут быть с щетками и без щеток. Щетки применяются для обеспечения электрического контакта между подвижными и неподвижными деталями. Поскольку в этом узле имеет место трение скольжения, щетки истираются, имеют ограниченный ресурс и низкую надежность. Поэтому разработаны конструкции безщеточных генераторов, лишенных указанных недостатков.
Государственным стандартом предусмотрено шесть степеней защиты электротехнических изделий от случайного соприкосновения человека с токоведущими и движущимися частями, а также от проникновения посторонних твердых тел внутрь корпуса. Кроме того, предусматривается восемь степеней защиты от проникновения воды внутрь корпуса.
По способу подавления радиопомех генераторы могут быть: неэкранированные, с частичной экранировкой и экранированные.
Технические характеристики генераторов оцениваются следующими основными параметрами:
Номинальной или максимальной силой тока;
Мощностью и удельной мощностью;
Напряжением;
Частотой вращения в режиме холостого хода, при которой генератор развивает номинальное напряжение (начало отдачи);
Максимальной частотой вращения, при которой генератор развивает номинальную мощность (полной отдачей);
Коэффициентом полезного действия.
Устройство генераторов постоянного тока. На автомобилях ЗИЛ-131 первых выпусков устанавливался генератор Г51 (рис. 11.6) постоянного тока, четырехполюсный, защищенного исполнения, экранированный, параллельного возбуждения, с внутренним обдувом от вентилятора, выполненного совместно со шкивом 11. Работает совместно с контактным реле-регулятором РР51.
В крышках 4 и 12 находятся два подшипника 2 и 10 с резиновыми уплотнителями, в которых вращается якорь 8. На крышке со стороны коллектора расположены четыре щеткодержателя реактивного типа. Номинальное напряжение генератора 12 В, мощность 450 Вт.
Генератор допускает погружение в воду, но работать в воде не должен из-за сильного износа щеток.
Минусовые щетки установлены в неизолированных щеткодержателях и соединены с корпусом генератора. Плюсовые щетки установлены в изолированных щеткодержателях и присоединены к выводу Я. Два конца двух пар катушек обмотки возбуждения генератора присоединены к выводам Ш1 и Ш2, а другие два конца этих катушек соединены с корпусом. Выводы Ш1 и Ш2 и вывод Я находятся внутри специальной экранирующей коробки, прикрепленной к корпусу генератора. Вращение генератора правое, если смотреть со стороны привода Генератор двумя лапами прикреплен к кронштейнам, в свою очередь закрепленным на основании компрессора. На заднем кронштейне предусмотрены овальные отверстия, позволяющие сдвигать его, чтобы выбирать зазор между кронштейнами и лапами. Третья лапа предназначена для крепления генератора к натяжной планке, с помощью которой регулируют натяжение приводного ремня.
Наблюдать за работой генератора можно по показанию амперметра, установленного на щитке приборов. При вращении двигателя со средней частотой вращения генератор должен давать зарядный ток, величина которого падает по мере заряда аккумуляторной батареи. При исправной и полностью заряженной аккумуляторной батарее и отключенных потребителях отсутствие зарядного тока не свидетельствует о неисправности генератора.
Рис.11.6.Генератор Г-51:
1-крышка подшипника; 2-подшипник со стороны коллектора; 3-коллектор; 4-крышка генератора со стороны коллектора; 5-экранированный вывод параллельной обмотки (Ш); 6-вывод обмотки якоря (Я); 7-корпус генератора; 8-якорь; 9-обмотка возбуждения; 10 подшипник со стороны привода; 11 -шкив с вентилятором; 12-крышка со стороны привода; 13-пружина щеткодержателя; 14-щеткодержатель; 15-щетка; 16-защитная лента; 17-винт защитной ленты
В настоящее время наибольшее применение находят генераторы постоянного тока Г74; Г6,5; СГ10-1С (стартер-генератор), которые не имеют принципиальных отличий от выше рассмотренной электрической машины, но являются более мощными и используются чаще на гусеничных машинах и большегрузных автомобилях или специальных колесных шасси.
Устройство генераторов переменного тока. На военной автомобильной технике последних поколений устанавливаются генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно увеличены. На режиме холостого хода двигателя они развивают до 40% номинальной мощности.
Генераторная установка переменного тока состоит из генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора или регулятора напряжения.
Генераторы (рис.11.7) типа Г-250 устанавливаются на автомобилях семейства КАМАЗ. Они имеют одинаковую конструктивную схему и представляют собой трехфазную синхронную электрическую машину, состоящую из статора, ротора, передней и задней крышек, вентилятора и приводного шкива.
Статор 4 (рис. 11.7,а) собран из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности статора имеется 18 равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной обмотки. В каждой фазе имеется шесть катушек, соединенных последовательно, базовые обмотки статора соединены звездой, т.е. начало обмоток соединено вместе, а их концы присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.
Ротор 6 состоит из двух клювообразных стальных наконечников и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, которые жестко закреплены на его валу 5. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам 7, напрессованным на изоляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых подшипниках, помещенных в передней 3 и задней 8 крышках.
Внутри задней крышки 8 расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель 9 с щетками и пружинами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив 1 и вентилятор 2 для обдува и охлаждения генератора.
При включенном зажигании ток от аккумуляторной батареи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюса, индуктируя в обмотках статора переменную по величине и направлению э.д.с. Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, при помощи которого он преобразуется в постоянный, и направляется к потребителям и на подзарядку аккумуляторной батареи.
Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения максимальной силы тока при увеличении числа подключенных потребителей и возрастании частоты вращения ротора. Это обстоятельство обусловлено следующими причинами. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки статора, что приводит к усилению магнитного поля статора. Магнитное поле статора направлено против магнитного поля ротора, поэтому суммарный магнитный поток уменьшается. Благодаря этому в катушках статора наводится меньшая э.д.с. и максимальная сила тока, создаваемая генератором, ограничивается При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота переменного тока в обмотке статора. В результате этого возникает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также приводит к ограничению максимальной силы тока, отдаваемой генератором.
На военной автомобильной технике широкое распространение получили генераторы с кремниевыми полупроводниковыми выпрямителями, которые обладают высокой теплостойкостью, долговечностью и приемлемыми габаритами.
Кремниевый выпрямитель (рис. 11.7,6) состоит из блока 15 кремниевых диодов (трех прямой проводимости и трех обратной), включенных по трехфазной мостовой схеме в общую электрическую схему трехфазного генератора переменного тока. Каждая фаза обмотки статора соединена с двумя диодами разной полярности. Диоды соединены с контактными пластинами 13 и 16 и с зажимами 14, к которым подключаются фазы обмотки 12 статора. Контактные пластины 13 и 16 вместе с секциями блока 15 диодов смонтированы на пластмассовой колодке, которая болтами 11 и 17 крепится к крышке 10 генератора.
Устройство и действие реле-регуляторов. Поддержание постоянного напряжения в сети электрооборудования, а также защита генератора от перегрузок (ограничение максимальной силы тока) и обратных токов осуществляется автоматически. Для этих целей генераторные установки снабжаются специальными автоматическими устройствами: регуляторами напряжения, ограничителями тока и автоматами обратного тока. Необходимость в том или ином регуляторе зависит от типа и конструкции генератора.
Контактный реле -регулятор РР51 работает совместно с генератором Г51 и состоит из четырех электромагнитных приборов (рис. 11.8), смонтированных на общей панели и заключенных в общий кожух: реле обратного тока, замыкающего и размыкающего цепь между генератором и аккумуляторной батареей; двух регуляторов напряжения, поддерживающих в определенных пределах напряжение генератора при изменении частоты вращения и нагрузки (каждый из регуляторов напряжения обслуживает одну из двух обмоток возбуждения генератора); ограничителя тока, предохраняющего генератор от перегрузок.
Реле-регулятор имеет пять зажимов для подключения его к генератору и к схеме электрооборудования: Я-якорь, два зажима Ш-шунт, Б-батарея и С-стартер (цепь блокировки стартера). Электрическая схема совместной работы генератора Г51 и реле-регулятора РР51 показана на рис. 11.9.
С увеличением мощности генератора растет и ток его возбуждения, цепь которого должна разрываться контактами реле-регулятора. Возникающее при этом искрение вызывает подгорание и износ контактов, что приводит к уменьшению напряжения и мощности генератора. В целях уменьшения последствий этого явления на современных автомобилях применяются контактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные реле-регуляторы, работающие с генераторами переменного тока.
На многих образцах военной автомобильной техники устанавливается бесконтактный транзисторный реле-регулятор РР- 350 (рис. 11.10), который выполнен на трех германиевых транзисторах и работает совместно с генератором Г-250-И1, рассчитанном на номинальное напряжение 12В.
Рис, 11.8. Реле-регулятор РР-51:
1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-регулятор напряжения; 4-крышка; 5-резиновый шнур; 6-зажим С (стартер); 7-основание; 8-экраниро-ванные зажимы Ш, и Ш 2 (обмотки возбуждения); 9-экранированный зажим Я (якорь); 10-экранированный зажим Б (батарея); 11-провод «массы»; 12-регулировочная пружина; 13-сердечник; 14-якорь ограничителя тока с подвижным контактом; 15-стойка с неподвижным контактом; 16-обмотка ограничителя тока; 17-резиновый амортизатор
При напряжении генератора меньше 13,9-14,6 В стабилитрон Д, закрыт, в результате чего транзистор Т, тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т 2 и Т 3 проходит ток базы транзистора Т 3 и ток обмотки возбуждения генератора, который не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора
Рис. 11.9. Электрическая схема реле-регулятора РР-51 и генератора Г-51:
1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-первый регулятор напряжения; 4-второй регулятор напряжения; 5-сопротивления; 6-обмотка возбуждения генератора; 7-генератор; а-параллельная обмотка; б-ускоряющая обмотка; в-последовательная обмотка; г-компенсирующая обмотка
С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает 13,9-14,6 В, стабилитрон Д ] пробивается, транзистор Т, открывается, а транзисторы Т 2 и Т 3 закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения генератора поступает только через добавочный резистор R 8 , и, естественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д,. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор Т 3 .
Напряжение генератора начнет возрастать до следующего открытия стабилитрона Д,
Таким образом напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).
Рис. 11.10. Схема бесконтактного транзисторного реле-регулятора РР-350
а) общий вид б) электрическая схема
Остальные элементы схемы выполняют вспомогательные функции, необходимые для более четкой и надежной работы прибора.
Принцип действия остальных бесконтактных транзисторных реле-регуляторов аналогичен описанному. Например, реле-регулятор РР-356 рассчитан на работу с генератором номинальным напряжением 24 В и имеет два стабилитрона и два более мощных транзистора.
В последние годы получили широкое распространение генераторы с встроенными транзисторными регуляторами напряжения на интегральных схемах (Я П2А, Я 120, 11.3702) которые имеют значительно меньшие габариты и вес (38x58x12 мм, масса 50 г). Эти регуляторы монтируют на задней крышке генератора.
Принцип работы этих регуляторов аналогичен работе регулятора РР-350 А. При напряжении на клеммах генератора меньше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения. Если напряжение превышает предельное значе-
ние, то транзистор закрывается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения генератора. Этот процесс происходит с большой частотой и практически напряжение генератора остается постоянным.
Интегральный регулятор напряжения-изделие неразборное и неремонтируемое. Напряжение регулятора регулируют на заводе-изготовителе.
Регулятор такого типа 11.3702, работающий совместно с генератором Г 288Е, установлен на автомобиле КАМАЗ-4310, поэтому при его эксплуатации запрещается:
Работа генераторной установки с отключенной аккумуляторной батареей (отключенной «массе»);
Пуск двигателя при отключенном плюсовом проводе генератора;
Проверка исправности генераторной установки на «искру» замыканием любых зажимов генератора и щеткодержателя;
Соединение зажима «Ш» с зажимами «+» и «В» генератора (это ведет к мгновенному отказу в работе генератора);
Проверка исправности схемы электрооборудования с номинальным напряжением 12 В от источника тока с напряжением выше 16 В, а для схем с напряжением 24 В выше 36 В.
Совместная работа генераторной установки и аккумуляторной батареи. Генераторная установка и батарея включены параллельно (рис. 11,И) и дополняют друг друга, обеспечивая приемники электрической энергией. При неработающем генераторе 6 или когда его напряжение меньше э.д.с. батареи 2 все приемники 5 питаются только от батареи 2, ток которой регистрируется амперметром 4. Ток стартера 3 амперметр не регистрирует так же, как и не регистрирует ток генератора, идущий на приемники.
Когда напряжение генератора превысит э.д.с. батареи, происходит перераспределение электрической энергии, отдаваемой генератором, он начинает питать приемники и заряжать батарею.
где: 1 6 - ток аккумуляторной батареи.
В этом случае генератор загружается на полную мощность, а недостаток мощности компенсирует батарея. Происходит это следующим образом. С увеличением нагрузки увеличивается падение напряжения внутри генератора, а напряжение на его выходе уменьшается и становится меньше напряжения батареи. После этого ток батареи возрастает, увеличится падение напряжения внутри батареи, а на выходе ее напряжение уменьшится и произойдет выравнивание напряжения батареи и генератора.
Режим, при котором мощность генератора больше мощности включенных приемников. Избыток мощности генераторной установки реализуется на заряд батареи.
Режим, при котором мощность генератора равна мощности включенных приемников. На этом режиме ток батареи равен нулю. Все приемники питаются от генератора.
Начальник _____________ АШ (СТК)
«__»_______________200__ г
ПЛАН-КОНСПЕКТ
ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ
Тема 3.3.Генератор и реле-регулятор.
Вопросы: Назначение, принцип действия и устройство генератора. Привод генератора. Выпрямители, их назначение, установка и действие в цепи генератора.
Неисправности генератора, их причины, способы обнаружения и устранения.
Назначение, общее устройство и принцип действия реле-регулятора. Реле-регуляторы, применяемые на изучаемых автомобилях, особенности их устройства и работы.
Возможные неисправности реле-регулятора, их причины, способы выявления и устранения
Метод занятия: рассказ, беседа.
Время: 2 часа
ХОД ЗАНЯТИЯ
1ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Проверяю наличие личного состава
Довожу тему и учебные вопросы
2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.
Генераторные установки
Условия работы и классификация генераторных установок. Генераторная установка (генератор с реле-регулятором) является основным источником электрической энергии на автомобиле. Она предназначена для питания приемников (потребителей) и заряда аккумуляторной батареи. Генератор преобразует механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в электрическую. Реле-регулятор автоматически управляет работой генератора.
Генератор механически связан с коленчатым валом двигателя. Это, в основном, определяет те специфические условия, в которых работает генераторная установка: переменная частота вращения ротора, пропорциональная частоте вращения коленчатого вала двигателя; широкий диапазон изменения нагрузки (в пять-шесть раз), пропорциональный мощности включенных приемников; большой диапазон изменения температуры (от минус 40 до плюс 80°С); запыленность и влажность воздуха; возможность полного погружения в воду при преодолении водной преграды.
Назначение и условия работы определяют следующие требования к генераторным установкам:
Обеспечить положительный баланс электрической энергии в бортовой сети, т.е. вырабатывать ее столько, сколько необходимо приемникам и аккумуляторной батарее;
Масса и габариты генераторной установки должны быть
минимальными;
Напряжение питания должно быть постоянным во всем диапазоне рабочих режимов частоты вращения и нагрузки;
Ресурс работы должен быть равен или больше ресурса работы двигателя.
Генераторы классифицируют по напряжению, роду тока, возбуждению, наличию щеток, степени защиты от внешних воздействий, способу подавления радиопомех.
Номинальные напряжения генераторов и генераторных установок могут быть 7, 12 и 28В. Имеются генераторные установки с двумя различными уровнями напряжения, предназначенные для питания различных приемников. Независимо от уровня напряжения генераторы могут быть постоянного и переменного тока. К генераторам постоянного тока относятся такие, у которых переменный ток преобразуется в постоянный щеточно-коллекторным узлом. Все остальные генераторы относятся условно к генераторам переменного тока, в том числе и генераторы, у которых вырабатываемый ими ток полностью выпрямляется встроенными в корпус генератора специальными устройствами-выпрямителями.
Возбуждение генераторов может осуществляться от электромагнитов и постоянных магнитов.
Генераторы с постоянными магнитами имеют целый ряд преимуществ по сравнению с генераторами, имеющими электромагнитное возбуждение. Основные из них: более высокая надежность в работе и простота конструкции. Однако наряду с указанными преимуществами генераторы переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют и недостатки, которые ограничивают их широкое применение. Это трудности регулирования напряжения и низкий предел мощности.
Генераторы с электромагнитным возбуждением классифицируются в зависимости от схемы включения обмотки возбуждения. Если обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, генератор называется генератором с последовательным возбуждением, а если параллельно-с параллельным возбуждением. Генераторы со смешанным возбуждением имеют параллельную и последовательную обмотки.
Если обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока, такой генератор называется генератором с независимым возбуждением. Если же обмотка возбуждения питается от зажимов якоря, такой генератор называется генератором с самовозбуждением
Генераторы могут быть с щетками и без щеток. Щетки применяются для обеспечения электрического контакта между подвижными и неподвижными деталями. Поскольку в этом узле имеет место трение скольжения, щетки истираются, имеют ограниченный ресурс и низкую надежность. Поэтому разработаны конструкции безщеточных генераторов, лишенных указанных недостатков.
Государственным стандартом предусмотрено шесть степеней защиты электротехнических изделий от случайного соприкосновения человека с токоведущими и движущимися частями, а также от проникновения посторонних твердых тел внутрь корпуса. Кроме того, предусматривается восемь степеней защиты от проникновения воды внутрь корпуса.
По способу подавления радиопомех генераторы могут быть: неэкранированные, с частичной экранировкой и экранированные.
Технические характеристики генераторов оцениваются следующими основными параметрами:
Номинальной или максимальной силой тока;
Мощностью и удельной мощностью;
Напряжением;
Частотой вращения в режиме холостого хода, при которой генератор развивает номинальное напряжение (начало отдачи);
Максимальной частотой вращения, при которой генератор развивает номинальную мощность (полной отдачей);
Коэффициентом полезного действия.
Устройство генераторов постоянного тока. На автомобилях ЗИЛ-131 первых выпусков устанавливался генератор Г51 (рис. 11.6) постоянного тока, четырехполюсный, защищенного исполнения, экранированный, параллельного возбуждения, с внутренним обдувом от вентилятора, выполненного совместно со шкивом 11. Работает совместно с контактным реле-регулятором РР51.
В крышках 4 и 12 находятся два подшипника 2 и 10 с резиновыми уплотнителями, в которых вращается якорь 8. На крышке со стороны коллектора расположены четыре щеткодержателя реактивного типа. Номинальное напряжение генератора 12 В, мощность 450 Вт.
Генератор допускает погружение в воду, но работать в воде не должен из-за сильного износа щеток.
Минусовые щетки установлены в неизолированных щеткодержателях и соединены с корпусом генератора. Плюсовые щетки установлены в изолированных щеткодержателях и присоединены к выводу Я. Два конца двух пар катушек обмотки возбуждения генератора присоединены к выводам Ш1 и Ш2, а другие два конца этих катушек соединены с корпусом. Выводы Ш1 и Ш2 и вывод Я находятся внутри специальной экранирующей коробки, прикрепленной к корпусу генератора. Вращение генератора правое, если смотреть со стороны привода Генератор двумя лапами прикреплен к кронштейнам, в свою очередь закрепленным на основании компрессора. На заднем кронштейне предусмотрены овальные отверстия, позволяющие сдвигать его, чтобы выбирать зазор между кронштейнами и лапами. Третья лапа предназначена для крепления генератора к натяжной планке, с помощью которой регулируют натяжение приводного ремня.
Наблюдать за работой генератора можно по показанию амперметра, установленного на щитке приборов. При вращении двигателя со средней частотой вращения генератор должен давать зарядный ток, величина которого падает по мере заряда аккумуляторной батареи. При исправной и полностью заряженной аккумуляторной батарее и отключенных потребителях отсутствие зарядного тока не свидетельствует о неисправности генератора.
Рис.11.6.Генератор Г-51:
1-крышка подшипника; 2-подшипник со стороны коллектора; 3-коллектор; 4-крышка генератора со стороны коллектора; 5-экранированный вывод параллельной обмотки (Ш); 6-вывод обмотки якоря (Я); 7-корпус генератора; 8-якорь; 9-обмотка возбуждения; 10 подшипник со стороны привода; 11 -шкив с вентилятором; 12-крышка со стороны привода; 13-пружина щеткодержателя; 14-щеткодержатель; 15-щетка; 16-защитная лента; 17-винт защитной ленты
В настоящее время наибольшее применение находят генераторы постоянного тока Г74; Г6,5; СГ10-1С (стартер-генератор), которые не имеют принципиальных отличий от выше рассмотренной электрической машины, но являются более мощными и используются чаще на гусеничных машинах и большегрузных автомобилях или специальных колесных шасси.
Устройство генераторов переменного тока. На военной автомобильной технике последних поколений устанавливаются генераторы переменного тока. Мощность и срок службы таких генераторов значительно увеличены. На режиме холостого хода двигателя они развивают до 40% номинальной мощности.
Генераторная установка переменного тока состоит из генератора с электромагнитным возбуждением, выпрямителя и реле-регулятора или регулятора напряжения.
Генераторы (рис.11.7) типа Г-250 устанавливаются на автомобилях семейства КАМАЗ. Они имеют одинаковую конструктивную схему и представляют собой трехфазную синхронную электрическую машину, состоящую из статора, ротора, передней и задней крышек, вентилятора и приводного шкива.
Статор 4 (рис. 11.7,а) собран из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком для уменьшения вихревых токов. На внутренней поверхности статора имеется 18 равномерно расположенных по окружности пазов, в которые уложены отдельные катушки трехфазной обмотки. В каждой фазе имеется шесть катушек, соединенных последовательно, базовые обмотки статора соединены звездой, т.е. начало обмоток соединено вместе, а их концы присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.
Ротор 6 состоит из двух клювообразных стальных наконечников и катушки возбуждения, помещенной на стальной втулке, которые жестко закреплены на его валу 5. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам 7, напрессованным на изоляционную втулку вала ротора. Вал вращается в шариковых подшипниках, помещенных в передней 3 и задней 8 крышках.
Внутри задней крышки 8 расположен полупроводниковый выпрямитель и щеткодержатель 9 с щетками и пружинами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив 1 и вентилятор 2 для обдува и охлаждения генератора.
При включенном зажигании ток от аккумуляторной батареи через щетки и кольца поступает в обмотку возбуждения ротора и создает магнитное поле. При вращении ротора под катушками статора попеременно проходят его полюса, индуктируя в обмотках статора переменную по величине и направлению э.д.с. Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, при помощи которого он преобразуется в постоянный, и направляется к потребителям и на подзарядку аккумуляторной батареи.
Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения максимальной силы тока при увеличении числа подключенных потребителей и возрастании частоты вращения ротора. Это обстоятельство обусловлено следующими причинами. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки статора, что приводит к усилению магнитного поля статора. Магнитное поле статора направлено против магнитного поля ротора, поэтому суммарный магнитный поток уменьшается. Благодаря этому в катушках статора наводится меньшая э.д.с. и максимальная сила тока, создаваемая генератором, ограничивается При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота переменного тока в обмотке статора. В результате этого возникает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также приводит к ограничению максимальной силы тока, отдаваемой генератором.
На военной автомобильной технике широкое распространение получили генераторы с кремниевыми полупроводниковыми выпрямителями, которые обладают высокой теплостойкостью, долговечностью и приемлемыми габаритами.
Кремниевый выпрямитель (рис. 11.7,6) состоит из блока 15 кремниевых диодов (трех прямой проводимости и трех обратной), включенных по трехфазной мостовой схеме в общую электрическую схему трехфазного генератора переменного тока. Каждая фаза обмотки статора соединена с двумя диодами разной полярности. Диоды соединены с контактными пластинами 13 и 16 и с зажимами 14, к которым подключаются фазы обмотки 12 статора. Контактные пластины 13 и 16 вместе с секциями блока 15 диодов смонтированы на пластмассовой колодке, которая болтами 11 и 17 крепится к крышке 10 генератора.
Устройство и действие реле-регуляторов. Поддержание постоянного напряжения в сети электрооборудования, а также защита генератора от перегрузок (ограничение максимальной силы тока) и обратных токов осуществляется автоматически. Для этих целей генераторные установки снабжаются специальными автоматическими устройствами: регуляторами напряжения, ограничителями тока и автоматами обратного тока. Необходимость в том или ином регуляторе зависит от типа и конструкции генератора.
Контактный реле -регулятор РР51 работает совместно с генератором Г51 и состоит из четырех электромагнитных приборов (рис. 11.8), смонтированных на общей панели и заключенных в общий кожух: реле обратного тока, замыкающего и размыкающего цепь между генератором и аккумуляторной батареей; двух регуляторов напряжения, поддерживающих в определенных пределах напряжение генератора при изменении частоты вращения и нагрузки (каждый из регуляторов напряжения обслуживает одну из двух обмоток возбуждения генератора); ограничителя тока, предохраняющего генератор от перегрузок.
Реле-регулятор имеет пять зажимов для подключения его к генератору и к схеме электрооборудования: Я-якорь, два зажима Ш-шунт, Б-батарея и С-стартер (цепь блокировки стартера). Электрическая схема совместной работы генератора Г51 и реле-регулятора РР51 показана на рис. 11.9.
С увеличением мощности генератора растет и ток его возбуждения, цепь которого должна разрываться контактами реле-регулятора. Возникающее при этом искрение вызывает подгорание и износ контактов, что приводит к уменьшению напряжения и мощности генератора. В целях уменьшения последствий этого явления на современных автомобилях применяются контактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные реле-регуляторы, работающие с генераторами переменного тока.
На многих образцах военной автомобильной техники устанавливается бесконтактный транзисторный реле-регулятор РР- 350 (рис. 11.10), который выполнен на трех германиевых транзисторах и работает совместно с генератором Г-250-И1, рассчитанном на номинальное напряжение 12В.
Рис, 11.8. Реле-регулятор РР-51:
1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-регулятор напряжения; 4-крышка; 5-резиновый шнур; 6-зажим С (стартер); 7-основание; 8-экраниро-ванные зажимы Ш, и Ш 2 (обмотки возбуждения); 9-экранированный зажим Я (якорь); 10-экранированный зажим Б (батарея); 11-провод «массы»; 12-регулировочная пружина; 13-сердечник; 14-якорь ограничителя тока с подвижным контактом; 15-стойка с неподвижным контактом; 16-обмотка ограничителя тока; 17-резиновый амортизатор
При напряжении генератора меньше 13,9-14,6 В стабилитрон Д, закрыт, в результате чего транзистор Т, тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т 2 и Т 3 проходит ток базы транзистора Т 3 и ток обмотки возбуждения генератора, который не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора
Рис. 11.9. Электрическая схема реле-регулятора РР-51 и генератора Г-51:
1-реле обратного тока; 2-ограничитель тока; 3-первый регулятор напряжения; 4-второй регулятор напряжения; 5-сопротивления; 6-обмотка возбуждения генератора; 7-генератор; а-параллельная обмотка; б-ускоряющая обмотка; в-последовательная обмотка; г-компенсирующая обмотка
С увеличением частоты вращения ротора генератора, когда напряжение генератора достигает 13,9-14,6 В, стабилитрон Д ] пробивается, транзистор Т, открывается, а транзисторы Т 2 и Т 3 закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения генератора поступает только через добавочный резистор R 8 , и, естественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д,. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения поступает через открытый транзистор Т 3 .
Напряжение генератора начнет возрастать до следующего открытия стабилитрона Д,
Таким образом напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).
Рис. 11.10. Схема бесконтактного транзисторного реле-регулятора РР-350
а) общий вид б) электрическая схема
Остальные элементы схемы выполняют вспомогательные функции, необходимые для более четкой и надежной работы прибора.
Принцип действия остальных бесконтактных транзисторных реле-регуляторов аналогичен описанному. Например, реле-регулятор РР-356 рассчитан на работу с генератором номинальным напряжением 24 В и имеет два стабилитрона и два более мощных транзистора.
В последние годы получили широкое распространение генераторы с встроенными транзисторными регуляторами напряжения на интегральных схемах (Я П2А, Я 120, 11.3702) которые имеют значительно меньшие габариты и вес (38x58x12 мм, масса 50 г). Эти регуляторы монтируют на задней крышке генератора.
Принцип работы этих регуляторов аналогичен работе регулятора РР-350 А. При напряжении на клеммах генератора меньше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения. Если напряжение превышает предельное значе-
ние, то транзистор закрывается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения генератора. Этот процесс происходит с большой частотой и практически напряжение генератора остается постоянным.
Интегральный регулятор напряжения-изделие неразборное и неремонтируемое. Напряжение регулятора регулируют на заводе-изготовителе.
Регулятор такого типа 11.3702, работающий совместно с генератором Г 288Е, установлен на автомобиле КАМАЗ-4310, поэтому при его эксплуатации запрещается:
Работа генераторной установки с отключенной аккумуляторной батареей (отключенной «массе»);
Пуск двигателя при отключенном плюсовом проводе генератора;
Проверка исправности генераторной установки на «искру» замыканием любых зажимов генератора и щеткодержателя;
Соединение зажима «Ш» с зажимами «+» и «В» генератора (это ведет к мгновенному отказу в работе генератора);
Проверка исправности схемы электрооборудования с номинальным напряжением 12 В от источника тока с напряжением выше 16 В, а для схем с напряжением 24 В выше 36 В.
Совместная работа генераторной установки и аккумуляторной батареи. Генераторная установка и батарея включены параллельно (рис. 11,И) и дополняют друг друга, обеспечивая приемники электрической энергией. При неработающем генераторе 6 или когда его напряжение меньше э.д.с. батареи 2 все приемники 5 питаются только от батареи 2, ток которой регистрируется амперметром 4. Ток стартера 3 амперметр не регистрирует так же, как и не регистрирует ток генератора, идущий на приемники.
Когда напряжение генератора превысит э.д.с. батареи, происходит перераспределение электрической энергии, отдаваемой генератором, он начинает питать приемники и заряжать батарею.
где: 1 6 - ток аккумуляторной батареи.
В этом случае генератор загружается на полную мощность, а недостаток мощности компенсирует батарея. Происходит это следующим образом. С увеличением нагрузки увеличивается падение напряжения внутри генератора, а напряжение на его выходе уменьшается и становится меньше напряжения батареи. После этого ток батареи возрастает, увеличится падение напряжения внутри батареи, а на выходе ее напряжение уменьшится и произойдет выравнивание напряжения батареи и генератора.
Режим, при котором мощность генератора больше мощности включенных приемников. Избыток мощности генераторной установки реализуется на заряд батареи.
Режим, при котором мощность генератора равна мощности включенных приемников. На этом режиме ток батареи равен нулю. Все приемники питаются от генератора.
11. 4.Возможные неисправности генераторных установок, причины, признаки и пути их устранения.
Генераторная установка считается исправной, если в бортовой сети автомобиля обеспечивается положительный баланс электроэнергии, а уровень регулируемого напряжения не превышает нормы.
Для контроля за зарядным режимом на машинах устанавливают контрольно-измерительные приборы: амперметр, вольтамперметр или сигнальную лампу. В генераторной установке возможны три вида неисправности: отсутствует напряжение на выходе, напряжение на выходе меньше нормы и напряжение на выходе больше нормы.
Характерным признаком неисправности генераторной установки являются большая сила зарядного тока при заряженной аккумуляторной батарее, отсутствие зарядного тока при разряженной аккумуляторной батарее и недостаточная сила зарядного тока.
Рассмотрим методику поиска неисправностей в генераторных установках переменного тока при наличии выше перечисленных признаков.
Признак первый: амперметр (вольтамперметр) регистрирует зарядный ток большой силы при средних и больших частотах вращения коленчатого вала двигателя. Известно, что сила зарядного тока пропорциональна разности между напряжением генератора и э.д.с. аккумуляторной батареи. Эта разность,; значит, и сила зарядного тока увеличивается при повышении напряжения генератора или при уменьшении э.д.с. аккумуляторной батареи. Таким образом, по силе зарядного тока можно судить лишь о разности между напряжением генератора и э.д.с. батареи и нельзя судить о напряжении генератора или батареи отдельно.
Для проверки исправности генераторной установки необходимо измерить напряжение бортовой сети при работе двигателя на средних и максимальных частотах вращения. Оно не должно превышать уровень регулируемого напряжения.
Признак второй: зарядного тока нет. Как и в первом случае, сила зарядного тока свидетельствует лишь о величине разности между напряжением генератора и батареи. В данном случае эта разность близка к нулю. Поэтому амперметр не регистрирует силу тока.
Известно, что по мере заряда аккумуляторной батареи э.д.с. ее возрастает и приближается к напряжению генераторной установки. Поэтому даже при исправной генераторной установке и батарее зарядный ток может отсутствовать. В этом случае батарея полностью заряжена и заряд не принимает. Зарядный ток отсутствует и при исправной генераторной установке.
Алгоритм проверки исправности генераторной установки может быть представлен следующей схемой (рис.11.12).
При наличии признаков, указывающих на неисправность генераторной установки, требуется определить отказавший элемент: генератор, регулятор напряжения, соединительные провода. Поскольку число элементов системы невелико, поиск сводится к поэлементной проверки их исправности.
Рис. 11.12. Структурная схема проверки исправности генераторной установки при отсутствии зарядного тока
Сущность методики поиска состоит в том, что на генераторную установку подается допустимое воздействие и по реакции системы или ее элементов делается соответствующий вывод. В генераторных установках переменного тока поиск неисправного элемента рекомендуется начинать с проверки исправности генератора. Регулятор напряжения необходимо исключить из цепи путем подачи от аккумуляторной батареи напряжения на обмотку возбуждения генератора. У генераторов типа Г250 эта операция выполняется соединением вывода «Ш» с выводом «+» аккумуляторной батареи. При диагностировании генераторов типа Г250-П1, имеющих два вывода «Ш» и изолированную от корпуса обмотку возбуждения, необходимо один из выводов соединить с выводом «+» аккумуляторной батареи, а второй с выводом «-» аккумуляторной батареи или с корпусом автомобиля. Пустить двигатель. Если при работе двигателя на средних частотах появится зарядный ток, неисправность находится в цепи возбуждения до генератора, в том числе неисправность может быть и в регуляторе напряжения, поскольку он включен в цепь возбуждения генератора. Если же приборы покажут отсутствие зарядного тока то неисправен генератор или имеется обрыв в проводе, подключающем генератор к бортовой сети.
Алгоритм поиска неисправностей, составленный по выше изложенной методике, представлен на рис.11.13
Рис. 11.13. Структурная схема поиска неисправностей в генераторной установке переменного тока
Сущность методики поиска неисправностей генераторной установки постоянного тока состоит в том, что последовательно исключая (шунтируя или отсоединяя) отдельные элементы, делают вывод об их исправности.
Первоначально необходимо проверить состояние предохранителя при его наличии в зарядной цепи. Если предохранитель сработал, его необходимо заменить. Повторное срабатывание предохранителя указывает на то, что в зарядной цепи имеется короткое замыкание. Для поиска места короткого замыкания необходимо включить.последовательно в цепь контрольную лампу и, поочередно отсоединяя элементы цепи, установить короткозамкнутый участок.
Рис. 11.14. Структурная схема локализации зарядной цепи генераторной установки постоянного тока.
При отсутствии в зарядной цепи предохранителя и наличии короткого замыкания провода, соединяющие реле-регулятор и батарею сгорят. Если предохранитель, а генераторная установка неисправна, необходимо проверить исправность генератора и проводов, соединяющих генератор с реле-регулятором. С этой целью отсоединяются провода от выводов "Я" и "Ш" реле-регулятора и соединяются между собой. Параллельно генератору подключается контрольная лампа. При работе двигателя на холостом ходу и исправных проводах и генераторе контрольная лампа должна гореть. Неисправность следует искать в реле-регуляторе и проводе, соединяющем реле-регулятор с амперметром. При получении отрицательного исхода проверки (лампа не горит) необходимо проверить исправность отсоединенных от реле-регулятора проводов. Алгоритм поиска неисправности может быть представлен структурной схемой (рис. И. 14).
Устраняют неисправности и восстанавливают работоспособность генераторной установки, как правило, в мастерских с использованием специального оборудования. При необходимости в исключительных случаях, когда нет возможности устранить неисправность генераторной установки, допускается продолжить движение, используя батарею. Для экономного расходования энергии батареи необходимо выключить лишние приемники (потребители), оставив включенными лишь те из них, которые обеспечивают работоспособность машины и безопасность движения. Пускать двигатель стартером в этой ситуации нельзя, так как стартер потребляет ток большой силы и быстро разряжает батарею. При кратковременных стоянках лучше двигатель не останавливать.
При неисправном реле-регуляторе имеется возможность использовать исправный генератор для подзаряда батареи, исключив реле-регулятор из цепи. Так, при неисправном реле обратного тока рекомендуется отсоединить провода от выводов "Б", "Я" и "Ш" реле-регулятора и соединить их между собой при работающем двигателе, а перед остановкой - разъединить. Однако этим действием исключается не только реле обратного тока, но и ограничитель тока и регулятор напряжения. Во избежании перезаряда аккумуляторной батареи не следует допускать большой частоты вращения двигателя. Надо также надежно изолировать от корпуса отсоединенные провода, исключив возможность короткого замыкания в цепи.
При неисправных регуляторе напряжения и ограничителе тока их необходимо отключить, отсоединив провод от вывода "Ш" реле-регулятора. Отсоединенный провод подключить к положительному выводу источника через лампу в 15 кД (например, переносную лампу). Она будет служить сопротивлением в цепи возбуждения генератора. Благодаря этому напряжение и сила тока генератора не.будут достигать опасных для приемников значений, хотя регулироваться не будут. Лампу большой мощности применять нецелесообразно, так как ее сопротивление недостаточно и напряжение генератора может стать большим. Лампу меньшей мощности применять можно, но сила зарядного тока уменьшится.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3. Подвожу итоги занятия, даю задание на самоподготовку.
Руководитель занятия _______________________
Реле-регулятор напряжения генератора — это неотъемлемая часть системы электрооборудования любого автомобиля. С его помощью производится поддержка напряжения в определенном диапазоне значений. В данной статье вы узнаете о том, какие конструкции регуляторов существуют на данный момент, в том числе будут рассмотрены механизмы, давно не используемые.
Основные процессы автоматического регулирования
Совершенно неважно, какой тип генераторной установки используется в автомобиле. В любом случае он имеет в своей конструкции регулятор. Система автоматического регулирования напряжения позволяет поддерживать определенное значение параметра, независимо от того, с какой частотой вращается ротор генератора. На рисунке представлен реле-регулятор напряжения генератора, схема его и внешний вид.
Анализируя физические основы, с использованием которых работает генераторная установка, можно прийти к выводу, что напряжение на выходе увеличивается, если скорость вращения ротора становится выше. Также можно сделать вывод о том, что регулирование напряжения осуществляется путем уменьшения силы тока, подаваемого на обмотку ротора, при повышении скорости вращения.
Что такое генератор
Любой автомобильный генератор состоит из нескольких частей:
1. Ротор с обмоткой возбуждения, вокруг которой при работе создается электромагнитное поле.
2. Статор с тремя обмотками, соединенными по схеме "звезда" (с них снимается переменное напряжение в интервале от 12 до 30 Вольт).
3. Кроме того, в конструкции присутствует трехфазный выпрямитель, состоящий из шести полупроводниковых диодов. Стоит заметить, что реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 в системе впрыска) одинаков.
Но работать генератор без устройства регулирования напряжения не сможет. Причина тому — изменение напряжения в очень большом диапазоне. Поэтому необходимо использовать систему автоматического регулирования. Она состоит из устройства сравнения, управления, исполнительного, задающего и специального датчика. Основной элемент — это орган регулирования. Он может быть как электрическим, так и механическим.
Работа генератора
Когда начинается вращение ротора, на выходе генератора появляется некоторое напряжение. А подается оно на обмотку возбуждения посредством органа регулировки. Стоит также отметить, что выход генераторной установки соединен напрямую с аккумуляторной батареей. Поэтому на обмотке возбуждения напряжение присутствует постоянно. Когда увеличивается скорость ротора, начинает изменяться напряжение на выходе генераторной установки. Подключается реле-регулятор напряжения генератора Valeo или любого другого производителя к выходу генератора.
При этом датчик улавливает изменение, подает сигнал на сравнивающее устройство, которое анализирует его, сопоставляя с заданным параметром. Далее сигнал идет к устройству управления, от которого производится подача на Регулирующий орган способен уменьшить значение силы тока, который поступает к обмотке ротора. Вследствие этого на выходе генераторной установки производится уменьшение напряжения. Аналогичным образом производится повышение упомянутого параметра в случае снижения скорости ротора.
Двухуровневые регуляторы
Двухуровневая система автоматического регулирования состоит из генератора, выпрямительного элемента, аккумуляторной батареи. В основе лежит электрический магнит, его обмотка соединена с датчиком. Задающие устройства в таких типах механизмов очень простые. Это обычные пружины. В качестве сравнивающего устройства применяется небольшой рычаг. Он подвижен и производит коммутацию. Исполнительным устройством является контактная группа. Орган регулировки — это постоянное сопротивление. Такой реле-регулятор напряжения генератора, схема которого приведена в статье, очень часто используется в технике, хоть и является морально устаревшим.
Работа двухуровневого регулятора
При работе генератора на выходе появляется напряжение, которое поступает на обмотку электромагнитного реле. При этом возникает магнитное поле, с его помощью притягивается плечо рычага. На последний действует пружина, она используется как сравнивающее устройство. Если напряжение становится выше, чем положено, контакты электромагнитного реле размыкаются. При этом в цепь включается постоянное сопротивление. На обмотку возбуждения подается меньший ток. По подобному принципу работает реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 и других автомобилей отечественного и импортного производства. Если же на выходе уменьшается напряжение, то производится замыкание контактов, при этом изменяется сила тока в большую сторону.
Электронный регулятор
У двухуровневых механических регуляторов напряжения имеется большой недостаток — чрезмерный износ элементов. По этой причине вместо электромагнитного реле стали использовать полупроводниковые элементы, работающие в ключевом режиме. Принцип работы аналогичен, только механические элементы заменены электронными. Чувствительный элемент выполнен на который состоит из постоянных резисторов. В качестве задающего устройства используется стабилитрон.
Современный реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 является более совершенным устройством, надежным и долговечным. На транзисторах функционирует исполнительная часть устройства управления. По мере того как изменяется напряжение на выходе генератора, электронный ключ замыкает или размыкает цепь, при необходимости подключают добавочное сопротивление. Стоит отметить, что двухуровневые регуляторы являются несовершенными устройствами. Вместо них лучше использовать более современные разработки.
Трехуровневая система регулирования
Качество регулирования у таких конструкций намного выше, нежели у рассмотренных ранее. Ранее использовались механические конструкции, но сегодня чаще встречаются бесконтактные устройства. Все элементы, используемые в данной системе, такие же, как и у рассмотренных выше. Но отличается немного принцип работы. Сначала подается напряжение посредством делителя на специальную схему, в которой происходит обработка информации. Установить такой реле-регулятор напряжения генератора ("Форд Сиерра" также может оснащаться подобным оборудованием) допустимо на любой автомобиль, если знать устройство и схему подключения.
Здесь происходит сравнение действительного значения с минимальным и максимальным. Если напряжение отклоняется от того значения, которое задано, то появляется определенный сигнал. Называется он сигналом рассогласования. С его помощью производится регулирование силы тока, поступающего на обмотку возбуждения. Отличие от двухуровневой системы в том, что имеется несколько добавочных сопротивлений.
Современные системы регулирования напряжения
Если реле-регулятор напряжения генератора китайского скутера двухуровневый, то на дорогих автомобилях используются более совершенные устройства. Многоуровневые системы управления могут содержать 3, 4, 5 и более добавочных сопротивлений. Существуют также следящие системы автоматического регулирования. В некоторых конструкциях можно отказаться от использования добавочных сопротивлений.
Вместо них увеличивается частота срабатывания электронного ключа. Использовать схемы с электромагнитным реле попросту невозможно в следящих системах управления. Одна из последних разработок — это многоуровневая система управления, которая использует частотную модуляцию. В таких конструкциях необходимы добавочные сопротивления, которые служат для управления логическими элементами.
Как снимать реле-регулятор
Снять реле-регулятор напряжения генератора ("Ланос" или отечественная "девятка" у вас - не суть важно) довольно просто. Стоит заметить, что при замене регулятора напряжения потребуется всего один инструмент — плоская или крестовая отвертка. Снимать генератор или ремень и его привод не нужно. Большинство устройств находится на задней крышке генератора, причем объединены в единый узел с щеточным механизмом. Наиболее частые поломки происходят в нескольких случаях.
Во-первых, при полном стирании графитовых щёток. Во-вторых, при пробое полупроводникового элемента. О том, как провести проверку регулятора, будет рассказано ниже. При снятии вам потребуется отключить аккумуляторную батарею. Отсоедините провод, который соединяет регулятор напряжения с выходом генератора. Выкрутив оба крепежных болта, можно вытянуть корпус устройства. А вот реле-регулятор напряжения имеет устаревшую конструкцию - он монтируется в подкапотном пространстве, отдельно от щеточного узла.
Проверка устройства
Проверяется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2106, "копеек", иномарок одинаково. Как только произведете снятие, посмотрите на щетки - у них должна быть длина более 5 миллиметров. В том случае, если этот параметр отличается, нужно проводить замену устройства. Чтобы осуществить диагностику, потребуется источник постоянного напряжения. Желательно, чтобы можно было изменить выходную характеристику. В качестве источника питания можно использовать аккумулятор и пару пальчиковых батареек. Еще вам необходима лампа, она должна работать от 12 Вольт. Вместо нее можно использовать вольтметр. Подключаете плюс от питания к разъему регулятора напряжения.
Соответственно, минусовой контакт соединяете с общей пластиной устройства. Лампочку или вольтметр соединяете со щетками. В таком состоянии между щетками должно присутствовать напряжение, если на вход подается 12-13 Вольт. Но если вы будете подавать на вход больше, чем 15 Вольт, между щетками напряжения не должно быть. Это признак исправности устройства. И совершенно не имеет значения, диагностируется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 или другого автомобиля. Если же контрольная лампа горит при любом значении напряжения или вовсе не загорается, значит, присутствует неисправность узла.
Выводы
В системе электрооборудования автомобиля реле-регулятор напряжения генератора "Бош" (как, впрочем, и любой иной фирмы) играет очень большую роль. Как можно чаще следите за его состоянием, проверяйте на наличие повреждений и дефектов. Случаи выхода из строя такого устройства нередки. При этом в лучшем случае разрядится аккумуляторная батарея. А в худшем может повыситься напряжение питания в бортовой сети. Это приведет к выходу из строя большей части потребителей электроэнергии. Кроме того, может выйти из строя и сам генератор. А его ремонт обойдется в кругленькую сумму, а если учесть, что АКБ очень быстро выйдет из строя, расходы и вовсе космические. Стоит также отметить, что реле-регулятор напряжения генератора Bosch является одним из лидеров по продажам. У него высокая надежность и долговечность, а характеристики максимально стабильны.
