Трехфазный генератор переменного тока с контактно транзисторным реле регулятором

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.

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 VТ 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



Трехфазный генератор переменного тока с контактно транзисторным реле регулятором

Выводные концы фазных обмоток статора соединяются с выпрямителем.

В генераторах переменного тока применяются полупроводниковые выпрямители (селеновые и кремниевые), пропускающие ток лишь в одном направлении. Селеновые выпрямители сравнительно велики по размерам и чувствительны к перегреву; кремниевые малогабаритны и не теряют своих свойств при нагревании до 150 °С. Генератор Г-250 имеет кремниевый выпрямитель, состоящий из шести кремниевых элементов.

Полупроводники отличаются направленной электропроводностью, то есть их сопротивление при пропуске электрического тока в одном направлении мало, а в обратном велико Это достигается наличием нескольких слоев, отличающихся свойствами электропроводимости. Двухслойный полупроводник называется диодом, трехслойный — триодом или транзистором. Транзистор имеет три электрода: Э — эмиттер, К — коллектор и Б — база. Исходные материалы полупроводников и границы между слоями не должны содержать нежелательных примесей.

Наибольшее распространение на современных тракторах получили трехфазные генераторы переменного тока типа Г-304 и Г-305 с электромагнитным возбуждением. Для зарядки аккумуляторной батареи переменный ток здесь преобразуется в постоянный при помощи встроенного в генератор трехфазного кремниевого выпрямителя, собранного по мостовой схеме.

Электрическая схема генератора Г-304 изображена на рисунке 2, а. Две обмотки возбуждения генератора ОВГ соединены параллельно и связаны с одной стороны «массой», а с другой выведены на клемму Ш. Фазовые обмотки генератора ФО соединены в треугольник, а концы фаз выведены на панель переменного тока и подключены к выпрямителю В.

Выпрямитель состоит из шести кремниевых диодов: трех прямой полярности и трех обратной. Диоды прямой и обратной полярности соединены между собой попарно, и к каждой такой паре присоединена фаза. Положительная полярность выпрямителя выведена на клемму В, а отрицательная — на «массу».

Конструкция генератора такого типа показана на рисунке 2, б. Статор собран из пластин, изготовленных из электротехнической стали. На внутренней поверхности статора имеется девять выступов для крепления катушек фазных обмоток. Каждая из таких обмоток состоит из трех последовательно соединенных катушек. Обмотка возбуждения выполнена в виде двух катушек: передней и задней, включенных во внешнюю цепь генератора параллельно.

Ротор имеет вал, вращающийся в двух шариковых подшипниках. В средней части на вал напрессован пакет из листов электротехнической стали с шестью выступами на наружной поверхности. Ротор при вращении обеспечивает коммутацию магнитного поля, созданного обмотками возбуждения, при этом в фазных обмотках индуктируется переменная э. д. с.

Корпус генератора образуется двумя крышками, которые прижимаются к статору тремя втяжными винтами. На переднем конце вала закреплен приводной шкив с крыльчаткой вентилятора. Клеммы генератора выведены на две панели крышки.

В последнее время на тракторы устанавливается генератор Г-306, который представляет собой бесконтактную трехфазную электрическую машину одностороннего электромагнитного возбуждения со встроенным выпрямителем. Генератор Г-306 отличается от описанных выше генераторов Г-304 и Г-305 односторонним возбуждением и меньшими массой и габаритами.

На современных автомобилях и тракторах применяются контактно-транзисторные реле-регуляторы и бесконтактные полупроводниковые электронные регуляторы.

В контактно-транзисторном реле-регуляторе (рис. 2, а) в качестве основного регулирующего элемента и усилителя напряжения используется полупроводниковый триод-транзистор Т.

При разомкнутых контактах реле напряжения РН (напряжение генератора не превышает его регулируемой величины) транзистор Т открыт и через его эмиттер — базовый переход Э — Б проходит ток. Цепь этого тока замыкается через следующие элементы: клемма () генератора, клемма ВЗ реле-регулятора, запирающийся диод Д1, переход Э — К транзистора, сериесная обмотка реле защиты Р30, клеммы Ш реле-регулятора и генератора, обмотка возбуждения генератора ОВГ, клемма М генератора. Одновременно с этим ток проходит и через обмотку РН0 последующей цепи: клемма (+) генератора, клемма ВЗ, диод Д1, ускоряющее сопротивление Ry, термокомпенсационное сопротивление Rm, обмотка РН0, «масса», клемма (генератора.

Как только напряжение генератора достигает регулируемого значения, контакты РН замыкаются. При этом транзистор Т запирается, поскольку на его базу Б подается положительный потенциал, который превышает потенциал эмиттера Э на значение падения напряжения в диоде Д/. Вследствие того что диод Д/ не пропускает ток в обратном направлении, база Б транзистора включена в следующую цепь: клемма (+) генератора, клемма ВЗ реле-регулятора, ярмо РЗ, ярмо, якорь и контакты РН и далее к базе Б транзистора.

Замыкание контактов РН и запирание транзистора Т приводят к включению в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления Цепь обмотки возбуждения замыкается теперь следующим образом: клемма (+) генератора, клемма ВЗ реле-регулятора, диод Д1, ускоряющее сопротивление Ry, добавочное сопротивление /вд, сериес-ная обмотка Р30, клеммы Ш реле-регулятора, обмотка возбуждения, клемма М и (генератора. Поскольку ток возбуждения и напряжение генератора снижаются: контакты РН снова размыкаются.

Контакты реле-защиты РЗ обычно разомкнуты. При коротком замыкании внешней цепи обмотки возбуждения на «массу» ток в сериесной обмотке Р30 увеличивается, а встречная обмотка РЗВ заворачивается, что приводит к увеличению намагничивания сердечника РЗ и замыканию контактов РЗ. Теперь ток на базу Б транзистора поступает от клеммы (+) генератора через клемму ВЗ реле-регулятора, ярмо, якорь и контакты РЗ, разделительный диод Др. Транзистор запирается, и ток короткого замыкания отключается.

Недостаток контактно-транзисторных реле-регуляторов- наличие громоздких электромагнитных устройств (РН и РЗ) с недостаточно надежными контактными узлами.

Транзисторный реле-регулятор РР-350 состоит из измерительного I и регулирующего II устройств (рис. 3).

Измерительное устройство вырабатывает сигнал, необходимый для закрывания выходных транзисторов Т2 и ТЗ по достижении регулируемого значения напряжения (13,2…14,8 В).

Оно состоит из кремниевого транзистора Т1 с резисторами R5 и R7, делителя напряжения (резисторы R1 и R4 в одном плече, R2 + Rm и R3 с последовательно включенным дросселем Др в другом плече) и кремниевого стабилитрона Дот, включенного между базой Б транзистора Т1 и средней точкой В делителя напряжения.

Регулирующее устройство II усиливает сигналы измерительного устройства и регулирует силу тока возбуждения генератора. В схему регулирующего устройства входят: германиевые транзисторы — управляющий Т2 и выходной ТЗ, диоды Д1 п Д2, обеспечивающие активное запирание транзисторов Т2 и ТЗ, а также резисторы R8, R9, R10 Гасящий диод Дс защищает выходной транзистор ТЗ от пробоя э. д. с. самоиндукции, индуктируемой в обмотке возбуждения генератора.

При включении зажигания реле-регулятор и обмотка возбуждения генератора питаются от аккумуляторной батареи АБ.

Транзистор Т1 измерительного устройства закрыт, так как стабилитрон Дсх вследствие малого напряжения на его зажимах также закрыт, а ток в цепи делителя напряжения, который имеет большое сопротивление, очень мал.

При открытом транзисторе Т2 база Б транзистора ТЗ соединяется с клеммой (А Б и транзистор ТЗ также открывается. Через Э — Б переход транзистора ТЗ ток проходит по цепи: (+) АБ, ВЗ, диод Д2, Э — Б переход транзистора ТЗ, диод Д1, транзистор Т2, резисторы R7 и R8, «масса», клемма (АБ.

Когда напряжение генератора превысит э. д. с. аккумуляторной батареи, потребители и обмотка возбуждения начнут питаться от генератора. При повышении напряжения генератора до регулируемого значения напряжения на зажимах стабилитрона Дст достигнет 7…8 В (напряжение стабилизации). Сопротивление стабилитрона Дст резко уменьшается, база Б транзистора 77 подключается к клемме (генератора, и транзистор 77 открывается. Цепь тока через Э — Б переход транзистора 77 замыкается так: клемма (+) генератора, ВЗ, далее по двум параллельным кетвям — Э — Б транзистора 77 и резистор R5, стабилитрон Дст, снова по двум ветвям — резисторы RTK + R2 и резистор R3, дроссель Др и, наконец, через «массу» на (генератора. Открывшийся транзистор 77 шунтирует Э — Б переход транзистора Т2 и запирает его. Это, в свою очередь, уменьшает отрицательный потенциал на базе Б транзистора ТЗ и приводит к быстрому запиранию транзистора. Сопротивление Э — К перехода транзистора ТЗ резко возрастает. Теперь в цепь обмотки возбуждения генератора включается резистор R10, а ток возбуждения и напряжение генератора снижаются.

При снижении напряжения генератора запирается стабилитрон Дтк, а следовательно, и транзистор Т1. После этого открываются транзисторы Т2 и ТЗ, и снова ток возбуждения и напряжение генератора увеличиваются.

Процесс открытия и запирания транзисторов происходит с частотой до 300 с-1, при этом перепад напряжения не превышает 0,1…0,2 В.

В моменты запирания транзистора ТЗ гасящий диод Дг пропускает ток самоиндукции в прямом направлении и тем самым защищает выходной транзистор ТЗ от пробоя.

Резистор RTK температурной компенсации с увеличением температуры от 0 до 100 °С уменьшает свое сопротивление в 30. 70 раз. Он обеспечивает автоматическое снижение напряжения генератора с увеличением температуры и, наоборот, увеличение напряжения при снижении температуры.

Дроссель Др сглаживает пульсацию выравненного напряжения и тем самым исключает ложное открытие стабилитрона Дст.

Источник