Устройство и работа контактно-вибрационного реле-регулятора.

На рис. 13 показана конструкция, а на рис. 14 электрическая схема трёхэлементного реле-регулятора РР130. На полумонтажной схеме (рис. 14, а) указаны не только электрические цепи, но и контуры магнитных систем отдельных реле. Это облегчает изучение реальных электрических цепей в реле-регуляторе. На развёрнутой схеме (рис. 14, б) легче проследить пути тока, проанализировать работу отдельных элементов схемы (приборов) и найти их возможные неисправности.

Для удобства пользования развёрнутой схемой вместе с условным обозначением элемента реле рядом в скобках указан его номер на подрисуночной надписи. Например, РОТ (1) – последовательная обмотка реле обратного тока. Из схемы видно, что обмотка включена последовательно, поэтому в обозначении обмотки это специально не указано. Величина сопротивления (Ом) указывается над прямоугольником, являющимся условным обозначением резистора. Электромагнитное реле, входящие в реле-регулятор, смонтированы на общем основании 9 (см. рис. 13) и закрыты крышкой 4. Приливы основания снабжены резиновыми амортизаторами 2, которые способствуют гашению вибраций, передаваемых реле-регулятору от места его крепления на автомобиле.

На сердечнике 2 (рис. 14) реле обратного тока находятся последовательная 1 и параллельная 4 (по отношению к якорю генератора) обмотки. Когда напряжение генератора ниже напряжения АКБ, магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой, мал, и якорь 5 не может притянуться к сердечнику 2 и замкнуть контакты 6 реле. По мере увеличения числа оборотов двигателя повышается напряжение генератора. Когда напряжение генератора превысит напряжение включения реле обратного тока (12,2 – 13,2В при температуре +20⁰С), якорь притянется к сердечнику, и контакты реле замкнуться. При замкнутых контактах ток проходит по обмоткам 1 и 4 в таком направлении, что их магнитные поля совпадают. Поэтому магнитное поле последовательной обмотки усиливает прижатие контактов реле.

При снижении числа оборотов двигателя напряжение генератора уменьшится. Когда оно станет ниже напряжения АКБ, ток из батареи пойдёт в якорь генератора, что может привести к его перегрузке и сгоранию изоляции обмотки. В этом случае магнитный поток последовательной обмотки реле изменит направление и будет размагничивать сердечник. Контакты реле разомкнуться, и генератор отключится от АКБ. Обратный ток, протекающий от батареи в генератор, при котором контакты реле размыкаются, должен составлять 0,5–6А.

Регулятор напряжения

Когда напряжение генератора U_r ниже напряжения U_pн, на которое отрегулирован регулятор напряжения, контакты 10 (см. рис. 14) замкнуты. Ток возбуждения генератора проходит по цепи зажим Я генератора – последовательная 7 и ускоряющая 8 обмотки ограничителя тока – замкнутые контакты 9 ограничителя тока – выравнивающая обмотка 11 регулятора напряжения – замкнутые контакты 10 регулятора напряжения – клемма Ш обмотки возбуждения 14 генератора – масса генератора.

Когда напряжение генератора станет больше напряжения, на которое отрегулирован регулятор, контакты 10 регулятора напряжения разомкнуться, и ток возбуждения, минуя контакты 9 ограничителя тока, пойдёт через резисторы в 13 и 80 Ом (штриховые стрелки на рис. 14, б). Величина тока возбуждения упадёт, снизится магнитный поток обмотки возбуждения и, следовательно, напряжение генератора. При снижении напряжения генератора уменьшится сила притяжения якоря параллельной обмотки 12 регулятора напряжения, его контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится.

Этот процесс будет повторяться периодически, пока U_r > U_pн.

Чем больше частота вращения якоря генератора, тем большее время контакты регулятора напряжения будут находиться в разомкнутом состоянии и тем меньше будет величина тока возбуждения.

Для повышения частоты вибрации контактов регулятора напряжения (что необходимо для снижения амплитуды колебания, поддерживаемого регулятором напряжения), последовательно параллельной обмотке 12 регулятора напряжения включается ускоряющий резистор сопротивлением 13 Ом. В момент размыкания контактов регулятора напряжения ток возбуждения начнёт проходить через указанный резистор. В нём возрастает падение напряжения. Напряжение на параллельной обмотке регулятора напряжения снизится, что приведёт к ускорению замыкания контактов.

С повышением частоты вращения якоря генератора увеличится и частота вибраций контактов. Наличие ускоряющего резистора в цепи параллельной обмотки регулятора напряжения приводит к некоторому возрастанию величины регулируемого напряжения U_pн с увеличением скорости вращения якоря генератора. Для компенсации этого явления служит выравнивающая обмотка 11 регулятора напряжения, включённая последовательно обмотке возбуждения генератора. Выравнивающая обмотка включена встречно по отношению к параллельной обмотке регулятора напряжения, т.е. магнитный поток выравнивающей обмотки 11 действует навстречу магнитному потоку параллельной обмотки 12.

С увеличением частоты вращения ток возбуждения генератора уменьшается, а следовательно, снижается размагничивающее действие выравнивающей обмотки. Поэтому напряжение, поддерживаемое регулятором напряжения, остаётся примерно постоянным.

Ограничитель тока

Работает аналогично регулятору напряжения, только его последовательная обмотка 7 реагирует не на напряжение, а на отдаваемый генератором ток. При увеличении силы тока генератора выше допустимого по условию нагрева обмоток 9 например, при разряженной АКБ) магнитный поток, создаваемый обмоткой 7, притягивает якорь, и контакты 9 ограничителя тока размыкаются. В этом случае ток возбуждения генератора пойдёт двумя путями: как через резистор с сопротивлением в 30 Ом и далее – через замкнутые контакты 10 регулятора напряжения к клемме Ш генератора, так и через ускоряющую обмотку 8 ограничителя тока, резисторы сопротивлением 13 и 80 Ом к клемме Ш. таким образом, резисторы сопротивлением 30, 13 и 80 Ом включены между собой параллельно, и общее сопротивление, включённое в цепь обмотки возбуждения, будет 22,7 Ом.

Для ускорения замыкания контактов (повышение частоты их вибрации) служит ускоряющая обмотка 8 ограничителя тока. Эта обмотка включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора и создаёт магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком основной обмотки ограничителя тока. При размыкании контактов 9 ограничителя тока ток возбуждения падает и магнитный поток ускоряющей обмотки уменьшается. В результате этого ускоряется замыкание ограничителя тока.

Термокомпенсация в реле-регуляторе

При работе температура реле-регулятора может изменяться от -50 до +90⁰С как под действием температуры окружающей среды, так и вследствие нагрева его обмоток проходящим током. Нагрев медных обмоток, особенно имеющих большое число витков, увеличивает их сопротивление. Например, при нагреве на 100⁰С сопротивление обмоток увеличивается до 30%. Это приводит к недопустимому изменению регулируемого напряжения или напряжения включённого реле обратного тока. Для устранения влияния изменения температуры на выходные параметры реле-регулятора в его конструкции предусмотрены термокомпенсирующие устройства: подвеска якоря на термобиметалической пластине; выполнение части параллельных обмоток реле напряжения и реле обратного тока из нихрома; применение термокомпенсационного сопротивления из нихрома, включённого последовательно параллельной обмотке регулятора напряжения; установка магнитного шунта между ярмом и сердечником магнитной системы регулятора напряжения.

Устройство и работа контактно-транзисторного регулятора напряжения РР-362.

Рост количества и мощности потребителей электроэнергии на современных автомобилях привёл к увеличению мощности генератора. С увеличением мощности генератора растёт величина тока его возбуждения, который должен разрываться контактами регулятора напряжения. Однако контакты при повышении мощности разрываемого тока начинают сильнее подгорать и быстро выходят из строя. Поэтому в мощных автомобильных генераторах вначале стали применять две обмотки возбуждения и два регулятора напряжения (например, генератор Г-51 с реле-регулятором РР-51 автомобиля ЗИЛ-131). Затем были разработаны контактно-транзисторные регуляторы, в которых роль контактов, разрывающих ток возбуждения, выполняет транзистор, а контакты регулятора напряжения только управляют его работой.

Наиболее распространённым контактно-транзисторным регулятором является реле-регулятор РР-362, применяемый с генератором переменного тока Г-250 на автомобилях «Москвич», ГАЗ-53А и их модификации.

Контактно-транзисторный реле0регулятор РР-362 (рис. 15 и 16) состоит из регулятора напряжения РН и реле защиты РЗ, которые имеют аналогичную конструкцию и представляет собой реле с одной парой замыкающих контактов. Подвижной контакт обоих реле (контакт якоря) электрически соединён с корпусом (магнитопроводом) реле. В отсеке, отделённом от электромагнитных реле перегородкой, имеющейся на внутренней части крышки, расположены транзистор Т, крепящийся на теплоотводе – латунной пластине, и два диода Д₁ и Д₂.

В блоке электромагнитных реле под панелью расположены резисторы. Реле-регулятор имеет три выводные клеммы Ш, ВЗ, М для соединения соответственно с обмоткой возбуждения генератора, выключателем зажигания и «массой» генератора. Для ускорения замыкания контактов регулятора напряжения служит ускоряющий резистор Р_у.

Регулятор напряжения (см. рис. 16) включает в себя транзистор Т, электромагнитное реле регулятора напряжения РН, полупроводниковые диоды Д₁ Д_г; резисторы R_y, R_д, R_тк, R_б. Электромагнитное реле РН управляет транзистором. Его обмотка РН₀ является чувствительным элементом схемы регулятора, а замыкающие контакты РН, включённые между плюсовой клеммой регулятора ВЗ и базой транзистора, управляют транзистором.

Ток управления транзистора (ток базы) незначителен и меньше тока возбуждения генератора на величину коэффициента усиления транзистора (в 15 раз). Напряжение на контактах также незначительно – 1,5–2,5В. Поэтому контакты регулятора напряжения при длительной работе практически не имеют износа.

Термокомпенсация регулятора напряжения осуществляется резистором R_тк и подвеской якоря на термобиметалической пластине.

Для защиты транзистора Т от коротких замыканий в цепи обмотки возбуждения генератора служит реле защиты РЗ, которое имеет три обмотки: основную РЗ₀, встречную РЗ_в, магнитный поток который направлен навстречу основной обмотке, и удерживающую РЗ_у. замыкающие контакты РЗ включены через разделительный диод Д_р параллельно контактам РН.

Работа регулятора напряжения

Когда обороты ротора генератора малы и U_r < U_рн, электромагнитное усилие, создаваемое обмоткой РН₀, недостаточно для преодоления усилия пружины, и якорь РН не притянут к сердечнику. Контакты РН разомкнуты, и транзистор Т открыт, так как имеется ток перехода эмиттер – база I_б, определяемый резистором R_б. цепь тока базы (рис. 16, б) следующая: клемма ВЗ, диод Д₁, эмиттер – база транзистора Т, резистор R_б, клемма М. При открытом транзисторе сопротивление перехода Э-К мало (доли Ома), и через обмотку возбуждения ОВ генератора проходит ток возбуждения по цепи клемма ВЗ – диод Д₁ – эммитер – коллектор транзистора Т – обмотка реле защиты РЗ₀ – клемма Ш реле-регулятора – обмотка возбуждения ОВ – масса.

Когда U_r > U_рн, контакты регулятора напряжения замкнуты. При этом транзистор Т запирается, так как его база соединяется с «+», вследствие чего потенциал эмиттера будет ниже потенциала базы на величину падения напряжения на диоде Д₁, обусловленного током, протекающим через Д₁ по цепи клемма ВЗ – диод Д₁ резисторы R_y, R_д, – обмотка РЗ₀ – клемма Ш – обмотка возбуждения ОВ – масса.

При замыкании контактов РН и запирании транзистора Т ток возбуждения падает, уменьшается напряжение генератора, и контакты РН размыкаются. Затем весь процесс повторяется. Диод Д_г служит для шунтирования токов самоиндукции обмотки возбуждения генератора, возникающих при переключении транзистора Т. Тем самым исключаются опасные для транзистора перенапряжения.

Работа реле защиты

При коротком замыкании в цепи обмотки возбуждения генератора на массу встречная обмотка РЗ_в закорачивается (см. рис. 16). её магнитный поток, направленный навстречу магнитному потоку основной обмотки РЗ₀, исчезает, и магнитный поток основной обмотки, притягивая якорь реле, замыкает контакты РЗ (при токе через основную обмотку РЗ₀, равном 3,2–3,6А). при этом на базу транзистора подаётся «+» (аналогично замыканию контактов РН), транзистор запирается, чем и защищается от повреждения.

Одновременно через замкнутые контакты реле защиты получает питание удерживающая обмотка РЗ_у, которая удерживает контакты РЗ замкнутыми до тех пор, пока выключатель зажигания не будет выключен, и короткое замыкание устранено. Реле-регулятор будет готов к работе только после устранения короткого замыкания и повторного включения зажигания РЗ. Разделительный диод Д_р служит для исключения ложного срабатывания реле защиты при замыкании контактов РН.

Контактно-транзисторный реле-регулятор имеет более высокий срок службы и меньшую разрегулировку в процессе эксплуатации, чем вибрационные реле-регуляторы, так как контакты регулятора напряжения у него разрывают незначительный ток базы транзистора, а не ток возбуждения генератора. Однако наличие механической системы разрыва электрической цепи (контакты, пружина, подвеска якоря реле) и наличие воздушных зазоров между якорем и сердечником реле требуют во время эксплуатации систематической проверки и регулировки регулятора. Указанные недостатки отсутствуют в бесконтактных транзисторных регуляторах напряжения, применяемых с генератором переменного тока Г-250 на автомобилях ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 «Волга».

Устройство и работа бесконтактного транзисторного регулятора напряжения РР-350

Регулятор имеет крышку и основание, внутри которого размещена панель. На ней смонтирована схема регулятора. Регулятор РР-350 имеет только регулятор напряжения, так как наличие кремниевого выпрямителя в генераторе исключает возможность прохождения тока от АКБ в генератор. Отсутствует также ограничитель тока, так как генератор Г-250 обладает свойством самоограничения.

Регулятор соединяется с генератором при помощи закрытого штепсельного разъёма, исключающего возможность короткого замыкания провода на массу. Штепсельный разъём имеет фиксирующее устройство, препятствующее самопроизвольному разъединению его во время эксплуатации.

Схема регулятора напряжения (рис. 17) может быть условно разделена на две части: измерительную часть (ИЧ), включающую транзистор Т1, стабилитрон Д₁, дроссель Д_р, резисторы R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, и R_t и усилительную часть (УЧ), включающую транзисторы Т2 и Т3, резисторы R_6, R₇, R_д, диоды Д₂, Д₃.

В схему регулятора входит также диод Д₄, включённый параллельно обмотке возбуждения генератора ОВГ и защищающий транзистор ТЗ от э.д.с. самоиндукции, возникающей в этой обмотке, и резистор обратной связи R_ос, предназначенный для улучшения частотных характеристик регулятора. В цепь делителя напряжения (резисторы

R₁ и R₃) включён дроссель Д_р для уменьшения влияния пульсаций выпрямлённого напряжения генератора на работу регулятора напряжения в двух предельных режимах.

1-й режим – напряжение генератора меньше регулируемого ( U _г < U _рег ). При включении выключателя зажигания ВЗ обмотка возбуждения генератора подключается к АКБ. Стабилитрон Д₁ находится в непроводящем состоянии, следовательно, входной транзистор Т1 закрыт, так как отсутствует ток базы транзистора Т1. Закрытое состояние транзистора Т1 обеспечивает прохождение тока через переходы эмиттер – база транзисторов Т2 и Т3 от клеммы «+» через диод Д₃, переход эммитер – база транзистора Т3, диод Д₂, переход эмиттер – база транзистора Т2 и R₅.

Сопротивление транзисторов Т2 и Т3 при этом минимально (транзисторы открыты) и по цепи плюс – диод Д₃ – эмиттер – база транзистора Т3 – диод Д₂ – эмиттер – коллектор транзистора Т2 – резистор R₆ идёт ток базы выходного транзистора Т3, необходимый для его открытия. Таким образом, при U_г < U_рег транзистор Т1 закрыт, а транзисторы Т2 и Т3 открыты. Это обеспечивает прохождение через транзистор Т3 максимального тока возбуждения по цепи: плюс – диод Д₃ – эмиттер – коллектор транзистора Т3 – клемма Ш – обмотка возбуждения генератора «масса» (минус).

2-й режим – напряжение генератора больше регулируемого ( U _г > U _рег ). Стабилитрон Д₁ проводит ток и, следовательно, входной транзистор Т1 открыт, так как по цепи плюс – эмиттер – база транзистора Т1 – резистор делителя R₃ – дроссель Д_р (минус) идёт ток, обеспечивающий открытое состояние транзистора Т1. Сопротивление транзистора Т1 минимально, и потенциал базы транзистора Т2 оказывается выше потенциала его эмиттера. Транзистор Т2 закрывается, прерывая цепь тока базы выходного транзистора Т3. Тем самым закрывается и транзистор Т3. Ток возбуждения генератора, минуя транзистор Т3, проходит через добавочный резистор R_д, и его величина резко падает. Напряжение генератора снижается, и стабилитрон Д₁ вновь переходит в непроводящее состояние, запирая транзистор Т1. Это приводит к открытию транзисторов Т2 и Т3.

Описанный процесс периодически повторяется, что обеспечивает постоянное поддержание напряжение генератора. Для уменьшения влияния температуры на величину регулируемого напряжения в плечо делителя включён терморезистор R_т, сопротивление которого имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. с повышением температуры снижается. Терморезистор R_т компенсирует увеличение напряжения пробоя стабилитрона Д₁ с повышением температуры регулятора.