1.4.2. Регуляторы напряжения

С переходом на систе­мы электроснабжения с генератором переменного тока регуляторы электронного и смешанного типов практически вытеснили электро­магнитные регуляторы, которые широко применялись в основном с генераторами постоянного тока. Причиной этому явились следую­щие обстоятельства:

- ток возбуждения генераторов переменного тока в 1,5 ... 2,0 раза выше, чем генераторов постоянного тока. Контакты электромагнит­ного регулятора напряжения при таких токах имеют низкую надеж­ность и небольшой срок службы;

- одной из основных за­дач, решаемых при переходе на генераторы переменного тока, является повышение срока службы генераторной установки. Электронный ре­гулятор имеет ресурс до 200 ... 250 тыс. км пробега, в то время как средний срок службы электромагнитного

регулятора 120 ... 150 тыс. км пробега;

- электронный регулятор не содержит подвижных частей, подго­рающих контактных поверхностей и пружин и поэтому не подвер­жен разрегулировкам в процессе эксплуатации, что характерно для электромагнитного регулятора.

Однако на некоторых моделях автомобилей еще устанавливают электромагнитные регуляторы, учитывая их невысокую стоимость.

На рис. 1.24 представлена принципиальная схема регулирова­ния напряжения генератора электромагнитным регулятором.

Рис. 1.24.

В качестве примера двухступенчатого регулятора напряжения электромагнитного типа может быть представлен реле - регулятор РР380 (рис.1.25)

Рис. 1.25.

Регулировочная характери­стика регулятора напряжения РР380 представлена на рис. 1.26.

Рис. 1.26.

Для увеличения тока возбуждения и срока службы регулятора напряжения были разработаны регуляторы смешанного типа. На рис. 1.27. изображена принципиальная схема кон­тактно-транзисторного регулятора смешанного типа, в котором основной ток - ток воз­буждения - проходит через силовой транзистор, а роль контактов сводится к коммутированию небольшого тока управления транзи­стором. Транзистор VT1 работает в режиме ключа. Управляющим органом являются контакты, включенные в цепь базы. Чувстви­тельный элемент - обмотка электромагнита, включенная на напряже­ние генератора.

Рис. 1.27.

При напряжении генератора, меньшем регулируемого, транзи­стор VT1 открыт, так как имеется его ток базы. Сопротивление цепи возбуждения определяется лишь сопротивлением обмотки и с уве­личением частоты вращения ротора напряжение генератора воз­растает. При напряжении генератора выше регулируемого усилие электромагнита преодолевает сопротивление пружины и контакты замыкаются. В результате этого шунтируется переход «эмиттер-база», транзистор закрывается и сопротивление цепи возбуждения увеличивается, так как ток возбуждения проходит по добавочному резистору R_д. Уменьшение тока возбуждения вызывает уменьше­ние магнитного потока, ЭДС напряжения, что в свою очередь при­водит к ослаблению усилия электромагнита, и контакты разомкнут­ся. Этот процесс повторяется периодически и напряжение генера­тора колеблется около регулируемого значения.

Регулятора напряжения смешанного типа имеет регулятор на­пряжения РН с германиевым транзистором VT1 и реле защи­ты РЗ.

Рис. 1.28

Чувствительным элементам является обмотка РН, которая включена по схеме с ускоряющим резистором R1. Эмиттерная цепь включает диод VD2, служащий для обес­печения необходимого закрывающего напряжения на входе транзи­стора.

После включения замка зажигания ВЗ до момента срабатывания регулятора напряжения, ток возбуждения проходит по следующим цепям:

клемма «ВЗ» -> диод VD2 -> «эмиттер-коллектор» VT1 —> клемма «Ш» -> обмотка возбуждения -> «масса». Помимо указанных цепей, ток идет по обмотке РН: клемма «ВЗ» —> диод VD2 —> ускоряющий резистор R1 —> обмотка HP -> термоком­пенсационный резистор R-, -> клемма «М» -> «масса».

При достижении регулируемого напряжения контакты РН2 замк­нутся. При этом на базу транзистора будет подан потенциал бата­реи (положительный). Потенциал эмиттера становится несколько ниже потенциала базы за счет падения напряжения на диоде VD2. Транзистор закрывается. В этом случае ток возбуждения, протекая по последовательно соединенным резисторам R1 и R_д, уменьшает­ся, что приводит к уменьшению магнитного потока обмотки возбуж­дения и напряжения генератора. При этом контакты РН2 размыка­ются, транзистор открывается и описанный процесс повторяется, обеспечивая постоянство регулируемого напряжения. При измене­нии тока в обмотке возбуждения индуцируется ЭДС самоиндукции, достигающая нескольких сотен вольт. Для устранения перенапря­жения применяется гасящий диод VD3. Ток самоиндукции замыка­ется по цепи: «-» обмотки возбуждения —> гасящий диод VD3 -> клемма «М» —> «+» обмотки возбуждения.

При малой частоте вращения ротора генератора потенциал точ­ки а выше потенциала точки б и ток идет от а к б по обмотке реле защиты РЗ и резистору обратной связи R2. С увеличением частоты вращения разность потенциалов между точками а и б уменьшается, а затем меняется на противоположную. Однако сила тока, проте­кающего по РЗ как в прямом, так и в обратном направлении, незна­чительна, поэтому контакты РЗ остаются разомкнутыми. При корот­ком замыкании обмотки возбуждения на «массу» напряжение гене­ратора падает и замыкаются контакты РН1. При этом обмотка РЗ попадает под полное напряжение батареи, что приводит к замыка­нию контактов РЗ. В этом случае на базу транзистора подается «+» батареи и транзистор закрывается, что предохраняет его от пере­грузки током.

Преимущество контактно-транзисторных регуляторов заключается в том, что контакты, будучи нагружены малым током, работают в гораз­до более легких условиях - не подгорают и не изнашиваются. Кроме того, сила тока возбуждения определяется лишь характеристиками транзистора и не влияет на работоспособность контактов.

Недостатком регулятора смешанного типа является нестабиль­ность регулируемого напряжения, так как вследствие старения из­меняются характеристики возвратной пружины регулятора. Поэтому в эксплуатации данный регулятор, так же как и электромагнитный, должен периодически проверяться.

Эти недостатки полностью ис­ключены в электронных регуляторах напряжения, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.29, где в цепь возбуждения также включен транзистор, работающий в режи­ме ключа. Функцию чувствительного элемента выполняет стабили­трон VD3. Задающими элементами являются резисторы R1 и R3.

При напряжении генератора ниже регулируемого стабилитрон VD3 закрыт, закрыт транзистор VT2, а транзистор VT1 открыт. Со­противление цепи возбуждения минимально и с увеличением час­тоты вращения ротора напряжение генератора увеличивается.

Рис.1.29.

При напряжении генера­тора выше регулируемого стабилитрон пробивается, транзистор VT2 открывается, что приводит к закрытию транзистора VT1, так как на его базу подается положи­тельный потенциал. В цепь возбуждения включается до­бавочный резистор и напря­жение генератора падает. Уменьшение напряжения вызывает закры­вание стабилитрона, закрытие транзистора VT2 и открытие транзисто­ра VT1. Этот процесс повторяется с большой частотой, в результате напряжение генератора колеблется около регулируемого значения.

Электронные регуляторы обладают более высокой надежностью и стабильностью регулируемого напряжения, чем электромагнитные и смешанные. Недостатком является сложность из­менения регулируемого напряжения в условиях эксплуатации.

Выходная цепь регулятора регулятора напряжения Я112-А (рис. 131)

состоит из транзистора VT5, переключающегося с помощью управляющего транзистора VT2 и промежуточного транзистора VT4. Роль чувствительного элемента выполняет стабили­трон VD1, подключенный к входному высокоомному дели­телю напряжения R1, R2.

Рис. 1.31.

Схема содержит цепочку обратной связи R4, С1 для повышения четкости переключения транзисторов и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое. Конденсатор С2 служит для фильтрации вход­ного напряжения, поступающего на транзистор VT2.

При напряжении в бортовой сети ниже регулируемого транзисторы VT5 и VT4 открыты, так как имеется ток их баз, протекающий по следующей цепи: клемма «В» —> резистор R5—> диод VD3—> ба­за-эмиттер транзистора VT4 —> база-эмиттер транзистора VT5 —> клемма «-» —> «масса». При этом ток возбуждения приходит по сле­дующей цепи: клемма «В» —> клемма «В'» —> обмотка возбуждения генератора —> клемма «Ш» —> коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT5—> клемма «-» —> «масса».

Как только напряжение достигает заданного уровня, стабили­трон VD1 пробивается и транзистор VT2 открывается. Сопротивле­ние этого транзистора становится минимальным и шунтирует эмиттерно-базовый переход транзисторов VT5 и VT4, что приводит к их закрыванию. Схема регулятора напряжения переключается в со­стояние, при котором транзистор VT2 открыт, а VT5 и VT4 заперты. Ток возбуждения генератора и выпрямленное напряжение начина­ют падать. При этом стабилитрон и транзистор VT2 закрываются, транзисторы VT5 и VT4 открываются и процесс повторяется.

Диод VD3 служит для улучшения закрывания основного транзи­стора при открытом транзисторе VT2 благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде.

Диод VD6 служит для гашения ЭДС самоиндукции обмотки воз­буждения генератора и защиты транзистора от перенапряжения в момент его закрывания.