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.
Напряжение генераторов постоянного и переменного тока зависит от частоты вращения ротора, значения отдаваемого тока, магнитного потока возбуждения, сопротивления обмотки якоря (у генератора постоянного тока) и полного сопротивления обмотки статора (у генераторов переменного тока).
Если учитывать (при грубом приближении) только основные факторы, то можно считать, что
Таким образом, для обеспечения постоянства напряжения генератора при изменении частоты вращения ротора необходимо обратно пропорционально частоте изменять магнитный поток. Так как магнитный поток определяется силой тока возбуждения, регулирование напряжения осуществляется периодическим включением в цепь возбуждения генератора и отключением из этой цепи добавочного резистора с постоянным сопротивлением. В настоящее время применяются вибрационные и полупроводниковые регуляторы напряжения.
Вибрационный регулятор напряжения . Вибрационный регулятор (рис. 18,а) имеет добавочный резистор Rд, который включается последовательно с обмоткой возбуждения ОВ. При замыкании контактов 4, один из которых неподвижен, а другой расположен на якорьке 3, добавочный резистор замкнут накоротко. Основная обмотка ОО регулятора, намотанная на сердечнике 5, включена на полное напряжение генератора. Пружина 2 оттягивает якорек вверх, удерживая контакты в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты, якорек и ярмо 1 подключена, минуя добавочный резистор.
При неработающем генераторе в основной обмотке 00 регулятора тока нет и контакты под действием пружины замкнуты. С увеличением частоты вращения сила тока возбуждения генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока основной обмотки 00 регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленной величины, силы магнитного притяжения якорька к сердечнику недостаточно для преодоления силы натяжения пружины и контакты регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.
При дальнейшем увеличении напряжения генератора наступает такой момент, когда сила магнитного притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора размыкаются. Вследствие этого в цепь обмотки возбуждения включается добавочный резистор, и напряжение генератора резко падает.
Уменьшение напряжения приводит к уменьшению тока в обмотке регулятора напряжения и, следовательно, силы притяжения якорька к сердечнику. В результате контакты регулятора вновь замыкаются, а затем при увеличении напряжения генератора размыкаются.
Описанный процесс периодически повторяется. В результате этого возникают пульсации напряжения (рис. 18, б). Среднее значение напряжения Uср, измеряемое вольтметром, определяет регулируемое напряжение генератора. С увеличением частоты вращения увеличивается время разомкнутого состояния t р и уменьшается время замкнутого состояния t 3 . Это приводит к уменьшению тока возбуждения I B (рис. 19).
Напряжение генератора, поддерживаемое регулятором, зависит от силы натяжения пружины. Изменением силы натяжения пружины осуществляется регулировка напряжения генераторной установки.
Уменьшение пульсаций напряжения происходит следующим образом. Пульсации напряжения генератора зависят от частоты колебаний якорька регулятора. Чтобы пульсации напряжения не оказывали влияния на работу потребителей, якорек регулятора должен колебаться с частотой не менее 30 Гц. Кроме того, с увеличением частоты колебаний якорька уменьшается износ контактов.
Частоту колебаний повышают применением специальных ускоряющих обмоток, которые наматывают на сердечник регулятора, или ускоряющих резисторов. Наиболее часто применяют схему вибрационного регулятора напряжения с ускоряющим резистором (рис. 20). Здесь основная обмотка 00 регулятора подключается к генератору через ускоряющий резистор Rу, который включен последовательно с резистором Rд. Резистор Rу также является добавочным в цепи обмотки возбуждения генератора. Таким образом, напряжение на обмотке регулятора равно разности между напряжением генератора и падением напряжения в ускоряющем резисторе.
Ускоряющее действие резистора Rу заключается в следующем.При замкнутых контактах регулятора через ускоряющий резистор походит ток только обмотки регулятора, величина которого составляет доли ампера. Напряжение, приложенное к обмотке регулятора, почти равно напряжению генератора, так как падение напряжения в ускоряющем резисторе очень незначительно.
При размыкании контактов ток возбуждения генератора, который вследствие явления самоиндукции не может изменяться скачком, в первый момент сохраняет свою величину и направление. Ток возбуждения проходит по ускоряющему резистору, что приводит к резкому увеличению падения напряжения на нем и резкому уменьшению напряжения на обмотке регулятора. Скачкообразное уменьшение напряжения в основной обмотке 00 регулятора в момент размыкания контактов резко уменьшает в ней ток, а следовательно, и силу притяжения якоря регулятора к сердечнику. Благодаря этому контакты быстро замыкаются вновь. В результате частота колебаний якоря увеличивается до 150-250 Гц и, следовательно, уменьшается пульсация напряжения. При применении ускоряющих устройств возникает отрицательное явление, связанное с увеличением напряжения генератора при увеличении частоты вращения ротора. Возрастание напряжения с увеличением частоты вращения ротора предотвращается при помощи выравнивающих обмоток или выравнивающих резисторов.
Для стабилизации напряжения наибольшее распространение получили схемы с выравнивающими обмотками (рис. 21).
Выравнивающую обмотку ВО включают в цепь через контакты регулятора последовательно с обмоткой возбуждения ОВ генератора. Ее наматывают на сердечник таким образом, чтобы ее магнитный поток противодействовал магнитному потоку основной обмотки 00 регулятора. Магнитный поток, создаваемый выравнивающей обмоткой, значительно меньше магнитного потока, создаваемого основной обмоткой регулятора.
При увеличении частоты вращения ротора в результате увеличения времени разомкнутого состояния контактов уменьшается сила тока не только в основной, но и в выравнивающей обмотке. Поэтому уменьшение магнитного потока, создаваемого основной обмоткой, сопровождается таким же по величине уменьшением магнитного потока, создаваемого выравнивающей обмоткой, и результирующий магнитный поток почти не изменяется. В результате размыкание контактов регулятора происходит независимо от частоты вращения ротора при напряжении, установленном регулировкой.
Рабочая температура регулятора меняется в значительных пределах (от -50 до +125 °С). Сопротивление основной обмотки регулятора напряжения, выполняемой из меди, изменяется от температуры (возрастает на 40% при нагреве обмотки на 100 °С). Поэтому при повышении температуры основной обмотки уменьшается ток в ней и, следовательно, магнитный поток. В результате регулятор начинает работать при напряжении, большем того, на которое он отрегулирован.
Температурная компенсация осуществляется следующим образом.
Для уменьшения влияния температуры на работу вибрационного регулятора последовательно основной обмотке регулятора, которую выполняют с меньшим сопротивлением, включают добавочный резистор из нихрома или константана. Сопротивление этих материалов практически не* меняется от температуры. В результате суммарное изменение сопротивления цепи основной обмотки регулятора от температуры в несколько раз уменьшится. Таким образом, возрастание регулируемого напряжения составит примерно 10% при нагреве на 100 °С. В ряде регуляторов роль термокомпенсационного резистора выполняет ускоряющий резистор.
Для более полной термокомпенсации вместе с резистором применяют биметаллическую пластину, на которой подвешивают якорек регулятора. Биметаллическая пластина имеет два слоя. Материалы слоев обладают резко отличающимися коэффициентами теплового расширения.
Биметаллическую пластину приклепывают к якорьку и закрепляют на ярме регулятора. При этом слой материала с малым коэффициентом температурного расширения обращен к сердечнику. При повышении температуры пластина изгибается и создает усилие, направленное против усилия пружины, и таким образом способствует вступлению регулятора в работу при меньшем напряжении. Таким образом и обеспечивается температурная компенсация.
Для термокомпенсации применяют также магнитные шунты. Магнитный шунт МШ (см. рис. 26) представляет собой пластину из железоникелевого или иного термомагнитного сплава с магнитным сопротивлением, увеличивающимся при повышении температуры. Пластина закреплена в верхней части регулятора между сердечником и ярмом параллельно якорьку.
При повышении температуры магнитное сопротивление шунта возрастает. При низких температурах магнитное сопротивление шунта мало, и часть магнитного потока сердечника, минуя якорек, замыкается через магнитный шунт. Таким образом компенсируется изменение магнитного потока, возникающее в результате изменения сопротивления основной обмотки регулятора от температуры. Применение магнитного шунта исключает необходимость в термокомпенсационном резисторе и биметаллической пластине.
Недостатки вибрационных регуляторов состоят в следующем. Вибрирующие контакты и пружины являются основным недостатком вибрационных регуляторов, затрудняющим их настройку и повышающим чувствительность к вибрации. В результате изменения характеристик пружин вибрационные устройства подвержены разрегулировкам.
Обычный вибрационный регулятор напряжения может применяться с генераторами, у которых сила тока возбуждения не более 1,5-1,8 А. При больших значениях силы тока значительно сокращается срок службы контактов.
Особенно сказываются недостатки вибрационных регуляторов при работе с генераторными установками переменного тока, у которых сила тока возбуждения значительно больше, чем у генераторов постоянного тока. Чтобы получить возможность использовать вибрационный регулятор с мощными генераторами, применяют следующие способы. Часто используют не один, а два регулятора напряжения. Для этого обмотку возбуждения генератора разделяют на две одинаковые по своим параметрам и параллельно включенные ветви. Сила тока каждой ветви регулируется своим регулятором. При этом сила тока, разрываемого контактами, уменьшается вдвое.
Для уменьшения силы тока разрыва применяют также двухступенчатое регулирование напряжения. Двухступенчатый регулятор напряжения имеет две пары контактов и добавочный резистор с меньшим сопротивлением. Подробно работа двухступенчатого регулятора рассмотрена на конкретном примере. Недостатки вибрационных регуляторов вызвали в последние годы применение с мощными генераторами полупроводниковых регуляторов напряжения.
Полупроводниковые регуляторы напряжения . В полупроводниковых регуляторах сила тока возбуждения регулируется при помощи транзисторов, эмиттерноколлекторная цепь которого включена последовательно с обмоткой возбуждения генератора.
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор переключается в закрытое состояние (разомкнутые контакты). При понижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние (замкнутые контакты). В состоянии «открыт» сопротивление транзистора составляет доли ома, в состоянии «закрыт» - бесконечно большое значение. Полупроводниковые регуляторы напряжения могут выполняться контактно-транзисторными и бесконтактными.
Контактно-транзисторный регулятор (рис. 22) содержит в своей схеме вибрационное реле, управляющее транзистором Т.
Работает регулятор следующим образом. До момента достижения генератором регулируемого значения напряжения U r силы тока обмотки вибрационного реле недостаточно, чтобы контакты замкнулись. При этом транзистор открыт, так как через него протекает ток базы по цепи: «плюс» генератора, переход эмиттер-база, резистор R б, корпус генератора.
Через обмотку возбуждения ОВ в этом случае протекает полный ток возбуждения, и напряжение генератора возрастает с возрастанием частоты вращения ротора. Полное отпирание транзистора осуществляется подбором сопротивления резистора R б.
При достижении напряжением генератора регулируемого значения ток в основной обмотке OO реле достигает значения, при котором реле срабатывает. При замкнутых контактах потенциалы базы и эмиттера становятся равными, так как контакты шунтируют переход эмиттер - база. Вследствие этого ток базы становится равным нулю, что приводит к запиранию транзистора.
В результате запирания транзистора ток возбуждения, поддерживаемый э.д.с. самоиндукции обмотки возбуждения, протекая через гасящий диод Д r , уменьшается. При этом уменьшается напряжение генератора U r , контакты реле размыкаются, и транзистор открывается. Затем процесс повторяется.
Гасящий контур, выполняемый обычно в виде диода Д r , является обязательным элементом любого транзисторного регулятора. Если бы его не было, э.д.с. самоиндукции обмотки возбуждения, возникающая в момент закрытого состояния транзистора и достигающая несколько сотен вольт, могла бы вызвать пробой коллекторного перехода и отказ транзистора в работе.
В контактно-транзисторном регуляторе напряжения через контакты протекает незначительный ток, благодаря чему увеличивается срок их службы. Однако надежность работы регулятора по-прежнему определяется усталостной прочностью и возможной разрегулировкой пружины. Указанный недостаток исключен в бесконтактных схемах регулирования напряжения.
Бесконтактный регулятор напряжения
(рис. 23) содержит транзистор T1, который выполняет функции контактов в контактно транзисторном регуляторе. Управление транзистором T1 осуществляется резисторами R1, R2 и стабилитроном Д1.
При напряжении генератора меньше регулируемого значения напряжение на резисторе R1, включенном параллельно стабилитрону Д1, меньше значения, соответствующего пробою стабилитрона. Стабилитрон при этом не проводит ток. следовательно, ток базы транзистора T1 равен нулю. Транзистор T1 при этом закрыт, что соответствует разомкнутому состоянию контактов, а транзистор Т2 открыт.
При достижении генератором уровня напряжения, соответствующего регулируемому значению, напряжение на резисторе R1 повышается до значения, при котором стабилитрон пробивается, т. е. его сопротивление в обратном направлении резко уменьшается. В результате возникает ток базы транзистора T1, протекающий по цепи: «плюс» генератора, переход эмиттер - база транзистора T1, стабилитрон Д1, резистор R2, «минус» генератора. Транзистор T1 при этом открывается, что соответствует замкнутому состоянию контактов, транзистор Т2 запирается, а ток возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого напряжение на стабилитроне снижается ниже напряжения стабилизации, и он запирается, прерывая ток базы транзистора T1. Транзистор T1 запирается, а транзистор Т2 переключается в открытое состояние и т. д. Соотношение сопротивлений резисторов R1 и R2 определяет уровень регулируемого напряжения.
Схемы бесконтактных регуляторов, применяемых на практике, имеют ряд дополнительных элементов, улучшающих рабочие характеристики. Назначение дополнительных элементов рассмотрено на примерах схем конкретных регуляторов.
Похожая информация.
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... | |||
Схемы генераторных установок
Генератор Г221 с регулятором напряжения РР380. Генераторная установка обеспечивает питание потребителей с номинальным напряжением 12В. Примененные в заводских схемах цифровые обозначения электрических выводов, отличающиеся от общепринятых, приведены на рисунке в скобках.
Для контроля заряда аккумуляторной батареи в схему включено реле RC702 и контрольная лампа Н, свечение которой при работе двигателя указывает на неисправность генераторной установки. Обмотка реле РС702 включена между нулевой точкой обмотки статора и положительным выводом генератора, т. е. питается от одной фазы генератора.
При неработающем двигателе и включенном выключателе зажигания S контрольная лампа светится. Она питается от батареи через замкнутые контакты реле РС702. Ток в обмотку реле от батареи проходить не будет, так как этому препятствует выпрямитель генератора.
При работающем генераторе контакты реле размыкаются, разрывая цепь питания контрольной лампы. Если лампа продолжает гореть при работе генератора, это свидетельствует о неисправности генераторной установки или реле РС702.
Регулятор напряжения РР380 двухступенчатый вибрационный. Он имеет две пары контактов К1 и К2. Контакты К1 включены между выводами « + » и Ш. Контакты К2 второй ступени включены между выводом Ш и корпусом.
Основная обмотка 00 регулятора включена между корпусом и через резистор RT выводом « + ». Добавочный резистор Ra составной - из двух параллельно соединенных резисторов. Последовательно резистору Я* включен дроссель Др. Вся цепочка включена параллельно контактам К1. Дроссель служит для уменьшения скорости нарастания тока через контакты К2 второй ступени, облегчая таким образом условия работы контактов.
Температурная компенсация регулятора осуществляется посредством подвески якорька на биметаллической пластине БП и включением в цепь основной обмотки регулятора резистора Ят-
Регулятор имеет два вывода: Ш (67) и « + » (15), которые соединены с соответствующими выводами генератора Г221.
При неработающем генераторе обмотка возбуждения через контакты выключателя зажигания питается от аккумуляторной батареи. Путь тока возбуждения: положительный вывод батареи-вывод « + » (15) регулятора - стойка неподвижного контакта первой ступени - контакты К1 и корпус реле - вывод Ш (67) регулятора - вывод Ш (67) генератора - обмотка возбуждения - корпус автомобиля - «-» батареи.
При напряжении генератора большем напряжения батареи обмотка возбуждения питается от генератора. Пока напряжение генератора меньше регулируемого значения, контакты К1 замкнуты, так как магнитный поток, создаваемый обмоткой 00 регулятора, недостаточен для притяжения якорька к сердечнику. Путь тока возбуждения через регу лятор тот же, что и при питании от батареи.
С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора возрастает. Когда оно достигает регулируемой величины, сила притяжения якорька к сердечнику станет достаточной для размыкания контактов К1. При разомкнутых контактах К1 ток возбуждения от вывода « + » (15) к выводу LL1 (67) регулятора проходит через дроссель Др и резистор. В результате ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора снизятся, и контакты К1 вновь замкнутся.
Рис. 1. Схема генератора Г221 с регулятором напряжения РР380
Работа первой ступени аналогична работе обычного регулятора напряжения. Отличие заключается в том, что величина сопротивления резистора Ra и дросселя Др, включаемых в цепь обмотки возбуждения при разомкнутых контактах К1, в несколько раз меньше, чем у одноступенчатых регуляторов. Таким образом обеспечивается уменьшение напряжения на контактах, т. е. улучшаются условия их работы.
Если при разомкнутых контактах К1 частота вращения ротора продолжает возрастать, будет возрастать и напряжение генератора. При этом увеличится ток обмотки 00 регулятора и сила притяжения якорька к сердечнику, что приведет к замыканию контактов К2. В результате вывод Ш (67) регулятора окажется замкнутым на массу, ток возбуждения снизится до нуля и резко уменьшится напряжение генератора. При уменьшении напряжения
уменьшится ток в обмотке 00 регулятора и под действием пружины контакты К2 разомкнутся. Затем процесс будет повторяться. При работе на второй ступени регулируемое напряжение немного повышается.
Таким образом, регулирование напряжения генератора на всем диапазоне изменения частоты вращения ротора обеспечивается попеременной работой первой и второй ступеней регулятора РР380.
Генератор 32.3701 с регулятором напряжения 201.3702 (рис. 2). Генераторная установка предназначена для бортовых сетей с номинальным напряжением 12 В.
Работает генераторная установка следующим образом. При включении выключателя зажигания S напряжение аккумуляторной батареи подается к выводам «4-» и «-» регулятора напряжения. Так как входной делитель, состоящий из резисторов Rl, R2, R3, R4, рассчитан таким образом, что напряжения аккумуляторной батареи недостаточно для отпирания транзистора VT1 (КТ315Б), указанный транзистор и транзистор VT3 (КТ3107В) находятся в закрытом состоянии, а транзисторы VT4, VT5 (составной транзистор КТ837Х) открываются током, протекающим по цепи: «) » - эмиттер-база VT5 - эмиттер-база VT4 - резистор R14 - резистор R13-резистор R12 - «-». Поскольку разность потенциалов на обкладках конденсатора С2 близка к нулю, тока в его цепи нет, что обусловливает закрытое состояние транзистора защиты VT2. В этом случае по цепи обмотки возбуждения генератора протекает ток, ограничиваемый только активным сопротивлением обмотки и падением напряжения между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора VT5. При пуске двигателя и увеличении частоты вращения ротора уровень напряжения на выводах « + », «-» генератора начинает возрастать. Так как выводы « + ». «-» генератора присоединены к соответствующим выводам регулятора, соответственно повышается напряжение, приложенное к входному делителю Rl, R2, R3, R4. При достижении уровня, достаточного для отпирания транзистора VT1, последний открывается и соответственно открывается транзистор VT3. Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT3 резко уменьшается, что вызывает запирание транзисторов VT4, VT5. При этом из-за резкого увеличения падения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT5 по цепи конденсатор С2 - резистор R9 - эмиттер-база транзистора VT2 (КТ361Б) протекает ток, который открывает транзистор защиты VT2 и обеспечивает форсированное отпирание управляющего транзистора VT3 и запирание транзисторов VT4, VT5. Ток в цепи обмотки возбуждения уменьшается и соответственно уменьшается напряжение, вырабатываемое генераторной установкой. При снижении регулируемого напряжения до уровня, при котором запирается транзистор VT1, происходит запирание управляющего транзистора VT3 и отпирание транзисторов VT4, VT5. Транзистор защиты VT2 запирается, а конденсатор С2 разряжается по цепи: диод VD2 - ограничительный резистор R1 - коллектор-эмиттер силового транзистора VT5. В этом случае к базе управляющего транзистора VT3 через резистор R10 прикладывается положительный потенциал, форсирующий процесс отпирания силового транзистора VT5. Далее процесс регулирования протекает аналогично описанному выше, в результате чего регулируемое напряженйе автоматически поддерживается на заданном уровне.
Рис. 2. Схема генератора 32.3701 с регулятором напряжения 201.3702
Для снижения влияния пульсаций напряжения генераторной установки на уровень регулируемого напряжения между точкой соединения резисторов R3, R4 и эмиттером измерительного транзистора VT1 включен конденсатор С1.
Резистор R6 предназначен для повышения частоты переключений пегулятопа.
В режиме замыкания обмотки возбуждения на корпус (вывод Ш соединен с выводом М) транзисторы VT2, VT3, VT4, VT5 образуют схему релаксационного генератора, работающего в автоколебательном режиме. Процесс возникновения автоколебаний состоит в следующем. При открытом силовом транзисторе VT5 и замкнутой обмотке возбуждения в первоначальный момент времени ток в цепи транзистора VT5 ограничивается индуктивным сопротивлением присоединительных проводов. В дальнейшем транзистор VT5 переходит в линейный режим усиления, в связи с чем напряжение между коллектором и эмиттером начинает возрастать, а в цепи конденсатор С2 - резистор R9 - переход база-эмиттер транзистора VT2 возникает ток, открывающий транзисторы VT2, VT3. Силовой транзистор VT5 при этом закрывается. В таком состоянии схема находится в течение времени, обусловленного в основном постоянной времени цепи, состоящей из конденсатора С2 и резистора R9. При завершении процесса заряда конденсатора С2 транзисторы VT2, VT3 закрываются, а силовой транзистор VT5 открывается. При этом конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD2, резистор R11 и открытый транзистор VT5. Далее процесс протекает аналогично вышеописанному, в результате чего в схеме регулятора возникают устойчивые автоколебания. В рассмотренном режиме через силовой транзистор VT5 протекает импульсный ток, среднее значение которого при выборе сопротивления резистора R9 значительно большим сопротивления резистора R11 пренебрежимо мало. После устранения короткого замыкания обмотки возбуждения регулятор включается в работу автоматически.
Основное назначение элементов схемы: VT1 - измерительный элемент; VT2 - транзистор защиты от замыкания вывода Ш на «-»; VT3 - управляющий элемент; VT4, VT5 - регулирующий элемент, выполненный в виде составного транзистора по схеме «Дарлингтон»; VD1 - опорный элемент; VD2 - диод схемы защиты; VD3 - гасящий диод; VD4 - диод, обеспечивающий защиту транзисторов регулятора от кратковременных импульсов напряжения обратной полярности; С/ - фильтрующий элемент; С2 - элемент цепи обратной связи; Rl-R4 - элементы входного делителя напряжения; R5 - резистор, обеспечивающий минимальный ток стабилитрона; R6 - резистор цепи отрицательной обратной связи; R7 - резистор, ограничивающий ток коллектора транзистора VT1; R8 - резистор цепи положительной обратной связи; R9-резистор, ограничивающий ток базы транзистора VT2; R10 - резистор базовой цепи транзистора VT3; R11 - резистор, ограничивающий ток диода VD2; R12-коллекторная нагрузка транзисторов VT2, VT3; R13 - резистор, обеспечивающий режим работы транзистора VT2; R14 - ограничительный резистор; R15 - резистор, обеспечивающий стабильность работы транзистора VT5.
Регулятор напряжения 201.3702 предназначен также для работы с генераторами Г284 и Г250. Точно такую же схему имеют регуляторы напряжения 22.3702 и 221.3702; отличаются они уровнем регулируемого напряжения и конструкцией выводов. У регулятора напряжения 201.3702 выводы штекерные, у регуляторов 22.3702 и 221.3702 - под винтовое соединение.
На многих современных автомобилях применяются генераторные установки со встроенными регуляторами напряжения. Схемы встроенных регуляторов напряжения подобны схемам обычных бесконтактных регуляторов. А так как интегральные регуляторы являются изделиями неремонтируемыми, не имеет смысла рассматривать особенности их схемного решения. Рассмотрим в целом схемы генераторных установок с учетом лишь тех особенностей схем интегральных регуляторов, которые влияют на схему в целом.
Генератор Г286А с интегральным регулятором напряжения Я112А (рис. 3). Интегральный регулятор Я112А применяется и с другими генераторами, предназначенными для питания потребителей с номинальным напряжением 12 В.
Питание обмотки возбуждения через регулятор Я112А осуществляется следующим образом. При замкнутых контактах выключателя зажигания S ток возбуждения протекает по цепи: вывод « + » аккумуляторной батареи - амперметр - контакты выключателя S - вывод В генераторной установки - вывод В регулятора напряжения - дублирующий вывод В регулятора напряжения - обмотка возбуждения - вывод Ш регулятора напряжения - переход коллектор-эмиттер выходного транзистора VT- корпус генератора и автомобиля - вывод «-» аккумуляторной батареи.
Рис. 3. Схема генератора Г286А с интегральным регулятором напряжения Я112А
Оба вывода В регулятора напряжения соединены проводником, по которому протекает ток возбуждения и от которого осуществляется питание схемы управления выходным транзистором VT (на рисунке схема управления не показана, а условно пунктиром показана связь базы транзистора с выводом В и гасящий диод VD). Таким образом, в регуляторе используется схема с объединенными входом и выходом, которая вместе с обмоткой возбуждения подключается на выводы « + » генератора и аккумуляторной батареи. Для контроля работы генератора и состояния зарядной цепи в схеме установлен амперметр.
На некоторых генераторных установках с интегральными регуляторами Я112А между выводами « + » и корпусом генератора устанавливается конденсатор С, назначение которого - уменьшение пульсаций напряжения в схеме электрооборудования и улучшение радиоприема.
Генератор Г222 с интегральным регулятором напряжения Я112В (рис. 2.16). Является генераторной установкой, предназначенной для питания потребителей с номинальным напряжением 12 В.
Отличительные особенности генераторной установки следующие. Во-первых, интегральный регулятор Я112В имеет разделенные вход и выход. Управление силовым транзистором VT осуществляется от отдельного вывода Б регулятора, который является выводом генераторной установки и соединен через контакты выключателя S с положительными выводами генератора и аккумуляторной батареи. Вывод В регулятора, через который подается питание на обмотку возбуждения, непосредственно соединен с положительным выводом генератора.
Рис. 4 Схема генератора Г222 с интегральным регулятором напряжения Я112В
Рис. 5. Схема генератора Г273 с интегральным регулятором напряжения Я120М
При такой схеме значительно уменьшена величина тока в цепи управления регулятором, что уменьшает колебания падения напряжения. В конечном счете это приводит к повышению стабильности регулируемого напряжения генераторной установки. Разгружаются также контакты выключателя S.
Для контроля состояния генераторной установки и в целом работы системы электроснабжения в схеме установлены уже известное реле РС702 с контрольной лампой Н и вольтметр.
Генератор Г273 (Г273А) с интегральным регулятором напряжения Я120М. Генераторная установка предназначена для питания потребителей с номинальным напряжением 24В.
В отличие от рассмотренных схем в генераторной установке применена принципиально отличающаяся схема включения цепи питания обмотки возбуждения и регулятора напряжения. Обмотка возбуждения и выходной транзистор VT вместе с гасящим диодом VD 1 выключены между нулевой точкой обмотки статора и корпусом. Питание обмотки возбуждения от аккумуляторной батареи при замкнутых контактах выключателя и неработающем двигателе осуществляется через подпиточный резистор R„oa. Ток при этом не превышает 0,3 А. При разомкнутых контактах выключателя S выходной транзистор закрыт и ток в обмотку возбуждения не поступает.
Применение такой схемы питания обмотки возбуждения позволило применить такой же ротор, как у 14-вольтовых генераторов.
Кроме того, такая схема включения обеспечивает:
— уменьшение перенапряжения на выходном транзисторе, когда он находится в закрытом состоянии, за счет уменьшения более чем в 2 раза напряжения питания;
— устранение разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе и включенном выключателе S полным током возбуждения;
— исключение прохождения полного тока возбуждения через выходной транзистор регулятора напряжения при неработающем двигателе и включенном выключателе S;
— уменьшение тока через контакты выключателя S в цепи управления регулятором напряжения, что способствует повышению стабильности регулируемого напряжения генераторной установки.
Кроме того, регулятор напряжения Я120М позволяет осуществлять регулирование напряжения на двух уровнях. Для этой цели в делитель напряжения, состоящий из резисторов Rl, R2, включен резистор R3. Второй конец резистора R3 соединен с выводом Р регулятора, который посредством выключателя Snp (выключатель посезонной регулировки) может подключаться к корпусу генератора. При разомкнутых контактах выключателя Snp соотношение между величинами сопротивлений резисторов R1, R2 таково, что рабочий пробой стабилитрона VD2 будет обеспечивать регулируемое напряжение 27,2 - 27,8 В. При замыкании контактов выключателя Snp параллельно резистору R2 включается резистор R3. При этом напряжение на резисторе R1 уменьшается, что обеспечивает пробой стабилитрона при большом входном напряжении. Регулируемое напряжение при этом обеспечивается в пределах 29 - 30В.
Генератор 37.3701 с интегральным регулятором напряжения 17.3702 (рис. 6). Генераторная установка предназначена для питания потребителей с номинальным напряжением 12 В.
Основной отличительной особенностью схемы генераторной установки является наличие встроенных в силовой выпрямитель трех дополнительных диодов VDa, которые при работающем двигателе вместе с минусовой группой силовых диодов VD образуют мостовую схему полного выпрямителя, от которой питается обмотка возбуждения.
Рис. 6. Схема генератора с интегральным регулятором напряжения 37.3701 17.3702
Питание обмотки возбуждения при замкнутых контактах выключателя S и неработающем двигателе осуществляется через параллельно включенные два дополнительных резистора Rr сопротивлением по 100 Ом каждый и лампу контроля исправности генераторной установки Н мощностью 1,2 Вт. Ток, протекающий по этой цепи, не превышает 0,4 А. Таким образом обеспечивается предварительное возбуждение генератора, позволяющее получить необходимую начальную частоту вращения ротора.
Интегральный регулятор выполнен с разделенными входом и выходом. Обмотка питается через вывод В. Схема управления регулятором постоянно подключена выводом Б к положительным выводам генераторной установки и аккумуляторной батареи. Поэтому при разомкнутых контактах выключателя S и неработающем двигателе происходит непрерывный разряд аккумуляторной батареи на входную цепь регулятора напряжения, что является недостатком схемы. Ток потребления входной цепи составляет 10 мА, что при длительных стоянках автомобиля (более месяца) может вызвать значительный разряд аккумуляторной батареи. Однако при такой схеме получены и значительные преимущества.
Например, регулирование напряжения осуществляется непосредственно на выводах « + » и «-», что исключает влияние падения напряжения на контактах выключателя S на стабильность напряжения в системе электроснабжения.
Контрольная лампа Н, включенная в цепь между аккумуляторной батареей и выводом дополнительных диодов, должна при замкнутых контактах выключателя S гореть при неработающем и гаснуть при работающем двигателе.
Если при неработающем двигателе лампа не горит, то: неисправна контрольная лампа; неисправен генератор (обрыв в цепи возбуждения); неисправен регулятор напряжения (разрыв выходной цепи); имеются разрывы в соединительных цепях между генератором и регулятором напряжения, а также во внешних цепях лампы.
Если при работающем двигателе контрольная лампа продолжает гореть, это может быть вызвано:
— обрывом приводного ремня вентилятора или его большим проскальзыванием;
—- неисправностями генераторной установки.
В случае чрезмерно большого напряжения генераторной установки лампа не горит и не сигнализирует о перезаряде аккумуляторной батареи. Поэтому в схему установлен вольтметр V, позволяющий, помимо лампы, контролировать напряжение генератора.
К атегория: - Электрооборудование автомобилей
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.