Меню

Как работает транзисторный регулятор

Как работает транзисторный регулятор

Рейтинг 2.6/5 (121 голосов)

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

Все регуляторы напряжения работают по единому принципу. Напряжение генератора определяется тремя факторами — частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.

Все регуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Active Image

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 1.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий

элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора 2 Ud и преобразует его в сигнал Uизм., который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением Uэт.

Если величина Uизм. отличается от эталонной величины Uэт, на выходе измерительного элемента появляется сигнал Uo, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

Таким образом, к регулятору напряжения обязательно должно быть подведено напряжение генератора или напряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбуждения генератора. Если функции регулятора расширены, то и число подсоединений его в схему растет.

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 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, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибрационных и контактно-транзисторных 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 контактно-транзисторном 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 контактно- транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжительность включения обмотки или дополнительного резистора.

Поскольку вибрационные и контактно-транзисторные регуляторы представляют лишь исторический интерес, а в отечественных и зарубежных генераторных установках в настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы, близкой к отечественному регулятору напряжения Я112А1 и регулятору EE14V3 фирмы BOSCH (рис. 2).

Active Image

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 база-эмиттер 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 эмиттер-коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттер-коллектор 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.

Читайте также:  Регулятор давления воздуха для компрессора 380 вольт

Если напряжение генератора возросло, например, из-за 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 эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VТЗ на «массу». Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VD2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VТЗ, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т.д., процесс повторяется.

Active Image

Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис. 3.

Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается.

В схеме регулятора по рис. 2имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за 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 называется гасящим.

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 VD2 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.

Из рис. 2 хорошо видна роль лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки НL. При неработающем двигателе внутреннего сгорания замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва.

После запуска двигателя, на выводах генератора Д и «+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генераторная установка при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генераторной установки или обрыве приводного ремня.

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.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — понижалось.

Для автоматизации процессов изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включаемый в схему регулятора напряжения. В простейшем случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах.

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 25-50 Гц. Однако имеется и другая разновидность схем электронных регуляторов, в которых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудованы широтно-импульсным 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.

В настоящее время все больше зарубежных фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя. Для автоматического предотвращения разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля в регулятор такого типа заводится фаза генератора.

Регуляторы, как правило, оборудованы ШИМ, который, например, при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера.

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.

Читайте также:  Схема регулятора для мотора печки

Источник



Устройство контактно-транзисторных реле-регуля­торов

Изучение устройства и принципа действия автотранс­портного контактно-транзисторного реле-регулятора (на примере реле-ре­гулятора РР 362).

2. Краткие сведения

Контактно-транспортный реле-регулятор РР 362 пред­назна­чен для регулирования напряжения генератора пере­менного тока в 12-вольтовой системе электрооборудования и состоит из сле­дующих основных функциональных элементов:

— регулирующего элемента — полупроводникового герма­ниевого транзистора;

— управляющего электромагнитного регулятора напря­жения;

— электромагнитного реле защиты транзистора от корот­ких замыканий в цепи возбуждения генератора.

Принципиальная схема контактно-транзисторного реле-регу­лятора РР 362 представлена на рис. 4.1. Регулятор напря­жения и реле защиты имеют аналогичную конструкцию и представляют собой электромагнитное реле клапанного типа.

Магнитная система регулятора напряжения и реле за­щиты включает в себя П-образное ярмо, сердечник с обмот­кой и яко­рей. Сердечник, якорек и ярмо изготовлены из ма­лоуглеродистой стали и являются магнитопроводом.

Электромагнитный регулятор напряжения имеет две пары контактов KV1:1 и KV1:2. Верхняя пара контактов KV1:1 в нерабочем состоянии, постоянно замкнута. Подвиж­ной контакт регулятора напряжения и реле защиты (контакт якоря) электрически соединен с корпусом (магнитопроводом) реле. Обмотка ре­гулятора напряжения KV1, выполненная из провода марки ПЭТВ, диаметром 0,29 мм имеет 1240 витков, сопротивление 17 Ом. Для повышения частоты переключения транзистора VT в схему вве­дено сопротивление обратной связи R4=240 Ом. Для компен­сации влияния температуры окружающей среды на уровень регули­руемого напряжения генератора обмотка регулятора напряжения KV1включена через термокомпенсирующее сопротивление RK=15 Ом намо­танное проводом диаметром 0,3 мм, содержащее 82 витка, к общей точке ускоряющего сопротивления R1 и добавочного со­противления R2. Ускоряющее сопротивление R1, равное 4,5 Ома, выполнено из провода марки ПЭК, диаметром 0,3 мм, содер­жит 23 витка.

Рис. 4.1. Электрическая схема контактно-транзисторного реле-регулятора РР 362:

KV1 – обмотка регулятора напряжения; RK – сопротивление термокомпенсирующее; R1 – сопротивление ускоряющее; R2 – сопротивление добавочное; KV1:1, KV1:2 – контакты регулятора напряжения; KV2:1 — контакты реле защиты; VT – транзистор; VD1 — диод смещения; VD2 – диод гасящий; КV2 – обмотка реле защиты; R3 – сопротивление базы; R4 — сопротивление обратной связи; В3, Ш, М – клеммы реле-регулятора.

Добавочное сопротивление представлено резистором типа МЛТ-2 и составляет 62 Ома. На сердечнике электромаг­нита реле защиты расположена обмотка KV2, которая вклю­чена через нормально-замкнутые контакты KV1:1 и диод смещения VD1параллельно транзистору VT. Обмотка реле защиты KV2, как и обмотка регулятора напряжения KV1, на­матывается проводом марки ПЭТВ, диаметром 0,29 мм, имеет 1240 витков и сопротивле­ние 17 Ом.

В отсеке, отделенном от блока электромагнитных реле пере­городкой, имеющейся на внутренней части крышки, вы­полненной литьем из цинкового сплава, расположены транзи­стор VTтипа П 217 и два диода — диод смещения VD1 типа Д 242 и гасящий диод VD2типа КД 202. Транзистор VT, кото­рый для лучшего охлаждения крепится на теплоотводе, рабо­тает в режиме ключа и управляется нормально-разомкнутнми серебряными контактами ре­гулятора напряжения KV1:2.

В цепь базы транзистора для обеспечения необходимой сте­пени его насыщения включено сопротивление R3 величи­ной 40 Ом.

Диод смещения VD1 служит для обеспечения необхо­димой величины запирающего напряжения на входе транзи­стора и момен­ты его запертого состояния, когда контакты КV1:2 замыкаются.

Защита транзистора VT от перенапряжений, обуслов­ленных индуктивностью обмотки возбуждения генератора, обеспечивается гасящим диодом VD2, включенным парал­лельно обмотке воз­буждения.

Регулятор напряжения, реле защиты и теплоотвод тран­зистора крепятся на текстолитовой панели, устанавливаются в корпусе ре­ле-регулятора, выполненном методом литья из цинкового сплава ЦАМЧ-1, и сверху закрываются крышкой. В блоке электромагнитных реле под панелью расположены сопротивления. Крышка над блоком полупроводниковых элементов имеет отверстия (жалюзи) для улуч­шения условий отвода тепла от транзистора.

Между крышкой и основанием расположена уплотни­тельная резиновая прокладка.

На реле-регуляторе РР 362 имеются две клеммы: клемма Ш, которая соединяется с обмоткой возбуждения ге­нератора через клемму Ш на генераторе, и клемма В3 (плю­совой вывод реле-ре­гулятора), соединяющаяся через кон­такты включателя зажигания с плюсовой клеммой генера­тора. Это сделано для того, чтобы при не работающем двига­теле (при отключенном включателе за­жигания) не было бы разряда аккумуляторной батареи через реле-регулятор на об­мотку возбуждения генератора.

Масса М (минусовой вывод, выполненный в виде винта) реле-регулятора соединена с массой (минусовым выводом) генератора.

Принцип действия регулятора напряжения и реле за­щиты заключается в следующем:

В нерабочем состоянии нижняя пара контактов регуля­тора напряжения KV1:2 и контактная пара реле защиты KV2:1 за счет усилия пружин находятся в разомкнутом состоянии. При малой частоте вращения ротора генератора, когда на­пряжение его ниже величины регулируемого напряжения (13,8…14,6 В), германиевый транзистор VT открыт и сопро­тивление его перехода эмиттер-коллектор осень мало. Через обмотку возбуждения генератора протекает ток возбуждения, который замыкается по цепи: клемма В3, диод смещения VD1, переход эмиттер-коллектор транзистора VT, клемма Ш, обмотка возбуждения генератора и масса. В этом случае ве­личина тока возбуждения определяется в основном только сопротивлением обмотки возбуждения генератора.

Читайте также:  Регулировка маски хамелеон с тремя регуляторами

Одновременно ток протекает и по цепи обмотки регуля­тора напряжения и по цепи реле защиты. После диода смеще­ния VD1 часть тока ответвляется по пути: ускоряющее сопро­тивление R1, обмотка регулятора напряжения KV1, термо­компенсирующее сопротивление RK, масса, а также ток про­текает через замкнутые контакты KV1:1 регулятора напряже­ния на обмотку реле защиты KV2. однако контакты реле за­щиты остаются в разомкнутом состоянии, так как величина тока в обмотке KV2 ограничена сопротивлением обмотки возбуждения и недостаточна для необходимого намагничива­ния сердечника реле-защиты и притяжения его якорька.

При достижении генератором напряжения, равного ре­гулируе­мому напряжению, электромагнитное усилие, созда­ваемое ампервитками обмотки регулятора напряжения KV1, преодолевает уси­лие пружины. Якорек реле притягивается к сердечнику и контакты КV1:2 замыкаются. При этом на базу транзистора подается положительный потенциал, превы­шающий потенциал эмиттера на ве­личину падения напряже­ния на диоде смещения VD1 за счет протекания через него тока, и транзистор VT надежно запи­рается.

При запирания транзистора в цепь обмотки возбужде­ния после­довательно включается ускоряющее сопротивление R1 и добавочное сопротивление R2, ток возбуждения генера­тора резко уменьшается и напряжения генератора снижается. Последнее приводит к размыканию контактов KV1:2регуля­тора напряжения и транзистор VT снова открывается.

В дальнейшем вес процесс замыкания и размыкания контактов KV1:2 электромагнитного регулятора напряжения периодически повторяется, что и обеспечивает регулирование напряжения гене­ратора в необходимых пределах 13,8. 14,6 В.

В случае короткого замыкания клеммы Ш массу об­мотка воз­буждения обесточивается. Напряжение генератора снижается прак­тически до нуля и под действием усилия пру­жины контактная пара регулятора напряжения KV1:1 замыка­ется, включая обмотку реле защиты KV2 под напряжение ак­кумуляторной батареи. Реле заши­ты срабатывает, замыкая контакты KV2:1.

Транзистор VT переключается в состояние отсечки. Кон­такты реле защиты KV2:1будут оставаться в замкнутом состоя­нии до тех пор, пока не будет устранено короткое за­мыкание в цепи обмотки возбуждения генератора. После уст­ранения короткого замыкания ток в обмотке реле защиты KV2, замыкающийся теперь через обмотку возбуждения, резко снижается, контакты KV2:1 размыкаются и реле за­щиты возвращается в исходное состоя­ние.

Контактно-транзисторный регулятор напряжения по сравнению с контактно-вибрационным обеспечивает повы­шенную надежность и долговечность работы при больших значениях тока возбуждения генератора, так как через кон­такты проходит ток управления транзистора (0,1. 0,2 А) и практически отсутствует износ кон­тактов. Недостатком кон­тактно-транзисторного регулятора напря­жения является раз­регулировка — изменение величины регулируе­мого напряже­ния и эксплуатации из-за старения упругих элемен­тов элек­тромагнитного регулятора (якорька, пружины и др.).

3. Учебные пособия, приспособления и инструменты.

3.1. Реле-регуляторы, отдельные узлы и детали реле-регу­ляторов, учебные плакаты.

3.2. Приспособления и инструменты — отвертка, торцо­вый ключ, пинцет, паяльник, лгун, тестер.

4. Порядок проведения работы

4.1. Изучить устройство регулятора напряжения, реле защи­ты и реле-регулятора в сборе.

4.2. Изучить принцип работы регулятора напряжения и реле защиты.

4.3. Произвести разборку реле-регулятора.

4.4. Замерить тестером сопротивление обмотки регуля­тора напряжения.

4.5. Ознакомиться с магнитной системой регулятора напря­жения.

4.6. Ознакомиться с электрической схемой соедине­ния эле­ментов (транзистора и диодов) панели теплоотвода.

4.7. Нарисовать электрическую монтажную схему со­единения элементов (электромагнитов и сопротивлений) па­нели в сборе.

4.8. Произвести сборку реле-регулятора в последова­тель­ности, обратной разборке.

4.9. Отрегулировать с помощью щупов зазоры в уз­лах регу­лятора напряжения:

— зазор между якорем и сердечником при разомкнутых кон­тактах (1,4. 1,5 мм);

— зазор между контактами (0,2. 0,3 мм).

5. Оформление отчета

Отчет по выполненной работе должен содержать:

5.1. Тип изучаемого реле-регулятора и его краткая тех­ни­ческая характеристика.

5.2. Краткое описание устройства и принципа работы реле-регулятора.

5.3. Электрическая схема контактно-транзисторного реле-регулятора.

5.4. Эскиз магнитной цепи регулятора напряжения.

5.5. Назначение и технические характеристики полу­провод­никовых приборов и других элементов реле-регуля­тора.

5.6. Преимущества и недостатки контактно-транзи­сторного реле-регулятора.

6. Контрольные вопросы

6.1. Как устроено контактно-транзисторный реле-регу­лятор?

6.2. Объясните назначение полупроводниковых дио­дов в реле-регуляторе.

6.3. Как производится регулировка величины регули­руемого напряжения?

6.4. Как работает реле защиты?

6.5. Укажите преимущества контактно-транзистор­ного регу­лятора напряжения по сравнению с контактно-виб­рационным регуля­тором.

6.6. Какие материалы применяют в реле-регуляторе и какие требования к ним предъявляют?

6.7. Какой тип транзистора используется в реле-регу­ляторе и каковы его основные параметры?

6.8. В каком режиме работает транзистор?

6.9. Как осуществляется охлаждение полупроводнико­вых элементов в реле-регуляторе?

6.10. Укажите на схеме путь тока возбуждения при ра­зомкну­той нижней паре контактов регулятора напряжения.

6.11. Укажите на схеме путь тока возбуждения при замкнутой нижней паре контактов регулятора напряжения.

Источник