235

Борт. ПОС сеть

ДН ИНВ УТ

Ш

ОВ

Рис. 15. Блок-схема транзисторного регулятора напряжения на базе транзисторов прямой проводимости

Рис. 16. Блок-схема транзисторного регулятора напряжения на базе транзисторов обратной проводимости

Инвертор управляет работой усилителя тока УТ. При пробитом стабилитроне (напряжение в сети больше регулируемого) усилитель тока отключается и на генератор не подается ток возбуждения или подается ток малой величины, а при запертом стабилитроне (напряжение в сети меньше регулируемого) обмотка возбуждения подключается напрямую в бортовую сеть. Для обеспечения большого коэффициента усиления усилитель тока содержит не менее двух транзисторов, обычно включенных по схеме составного транзистора. Выходной транзистор, в цепь которого подключается обмотка возбуждения, применяется большой мощности и рассчитывается на ток возбуждения генератора 2,5…3,5 А. Этот транзистор иногда называют силовым.

Инвертор и усилитель тока охватываются положительной обратной связью. Эта связь ПОС по постоянному току или напряжению создается резистором, а по переменному току конденсатором и резистором. Положительная обратная связь обеспечивает быстрое переключение всех транзисторов из открытого состояния в закрытое и наоборот. В результате все

23

транзисторы регулятора находятся в двух состояниях, не потребляют большой мощности и не нагреваются. В запертом состоянии рассеиваемая мощность на транзисторе мала. Она равна произведению тока, проходящего через транзистор, на величину напряжения между коллектором и эмиттером. При запертом транзисторе ток снижается до минимума, в открытом, насыщенном, состоянии через транзистор течет весь рабочий ток, но напряжение становится малым и снова получается небольшая рассеиваемая мощность.

Современные регуляторы напряжения выпускаются с внутренней защитой усилителя тока от перегрузки. Защита организуется таким образом, что при достижении максимально допустимого тока усилитель УТ автоматически отключается, затем включается снова и регулятор напряжения начинает работать в автоколебательном режиме с ограниченным максимальным током.

Схемы регуляторов напряжения также содержат элементы температурной компенсации, защиты транзисторов и др. Большинство регуляторов напряжения имеют переключатели в делителе напряжения, которые используются при переходе с режима летней эксплуатации на зимнюю и наоборот.

3.2. Транзисторный регулятор напряжения РР350

Регулятор напряжения РР-350 относится к самым первым моделям бесконтактных транзисторных регуляторов. Он выпускается разных модификаций (дополнения буквами А,Б и т. д.) для наиболее распространенных генераторов переменного тока Г250 на напряжение 14 В. Этот регулятор изготавливается на базе германиевых транзисторов прямой проводимости (рис. 17) и может применяться с любыми генераторами переменного тока, рассчитанными на 14 В и током нагрузки до 60 А.

В регуляторе установлено три транзистора. Первый маломощный транзистор Т1 марки П304, второй средней мощности Т2 марки П214 и третий мощный транзистор Т3 марки П217.

Делитель напряжения собран на резисторах RП, R1, R3, R4, Rt и дросселе Др. К средней точке делителя подключен стабилитрон Д1. Инвертор образуют транзистор Т1, в нагрузку которого включен резистор R5 и резистор R2. Усилитель тока состоит из двух транзисторов Т2 и Т3, резисторов R7, R8, R9 и диодов Д2, Д3 и Д4. Положительная обратная связь обеспечивается резистором R6.

Транзисторы Т2 и Т3 включены по схеме составного транзистора. Работа регулятора организована следующим образом.

При низком напряжении в бортовой сети стабилитрон Д1 заперт. На транзистор Т1 не подается ток управления и транзистор находится в закры-

24

том состоянии. На коллекторе этого транзистора образуется низкий потенциал. Через резистор R5 на транзистор Т2 подается ток управления. Этот ток проходит из бортовой сети с вывода “+” через диод Д3, переход Э-Б (эмиттер-база) транзистора Т3, диод Д2, переход Э-Б транзистора Т2, резистор R5 на массу. В результате транзистор Т2 открывается полностью и частично открывается транзистор Т3. Сопротивление перехода Э-К транзистора Т2 резко снижается, и на третий транзистор подается дополнительный ток управления.

Этот ток проходит также из бортовой сети с клеммы “+” через диод Д3, переход Э-Б транзистора Т3, диод Д2 рабочий переход Э-К открытого транзистора Т2, резистор R7 на массу. Под действием этого тока третий транзистор открывается и переходит в состояние насыщения. Теперь через рабочий переход Э-К этого транзистора на обмотку возбуждения генератора подается полный ток: с клеммы “+” через Д3, Э-К Т3 к клемме Ш через обмотку возбуждения на массу.

М

Рис. 17. Регулятор напряжения РР-350

Ток возбуждения генератора постепенно увеличивается и возрастает напряжение в бортовой сети. Когда оно достигнет верхнего порога регулирования, тогда наступает электрический пробой стабилитрона. Через пробитый стабилитрон на транзистор Т1 подается ток управления. Он проходит через переход Э-Б этого транзистора и стабилитрон Д1, затем разветвляется на две цепи. Одна часть тока идет через резисторы R3 и Rt на массу, а вторая через резистор R4 и дроссель ДР на массу. Под действием проходящего тока транзистор Т1 открывается, на коллекторе транзистора образуется положительный потенциал. Теперь весь ток резистора R5 идет через открытый транзистор Т1 и не подается на переход управления транзистора Т2. Транзистор Т2 закрывается, исчезает ток управления транзистора Т3 и он тоже закрывается. При закрытом силовом транзисторе Т3 ток возбуждения генератора постепенно снижается, так как теперь он проходит через дополнительный резистор R9. Снижается напряжение, вырабатываемое ге-

25

нератором, и это продолжается до тех пор, пока снова стабилитрон Д1 не окажется в закрытом состоянии и так далее.

Напряжение стабилизации стабилитрона Д1 составляет около 7,5 В. Рабочее напряжение на этом стабилитроне устанавливается путем соответствующего подбора номиналов резисторов делителя напряжения в средней точке делителя. Резистор RП используется в качестве подстроечного элемента. Конструкция платы регулятора напряжения позволяет легко с помощью паяльника и набора соответствующих резисторов подобрать и установить нужную величину напряжения генератора. Для этого на предприятии нужно эти резисторы иметь на складе, а их, как правило, в АТП нет, что является недостатком регулятора.

В нижнее плечо делителя напряжения установлен терморезистор Rt. Сопротивление терморезистора при увеличении температуры уменьшается. Поэтому с ростом температуры окружающего воздуха пробой стабилитрона происходит раньше, при меньшем напряжении в бортовой сети и снижается перезаряд аккумуляторной батареи. Резистор R3 подобран таким образом, чтобы обеспечить требуемую величину температурной компенсации напряжения в бортовой сети. Следует заметить, что для этого регулятор напряжения на автомобиле нужно устанавливать в такое место, где он обдувается потоком окружающего воздуха и не нагревается от двигателя автомобиля.

Последовательно в цепь резистора R4, делителя напряжения, установлен дроссель ДР (катушка индуктивности). С помощью дросселя осуществляется фильтрация тока в делителе напряжения от помех (колебаний напряжения в бортовой сети), и таким способом повышается помехоустойчивость работы регулятора.

Резистор R2 обеспечивает запирание транзистора Т1 при закрытом стабилитроне. Резистор R8 служит для запирания силового транзистора.

Диод Д4 выполняет функцию гашения ЭДС самоиндукции, образующейся в обмотке возбуждения генератора при запирании силового транзистора. ЭДС самоиндукции приложена при запирании транзистора таким образом, что к массе подводится положительный потенциал, а к лемме Ш – отрицательный. По замкнутому контуру, состоящему из диода и обмотки возбуждения, являющейся теперь источником тока, проходит ток возбуждения в прежнем направлении и постепенно снижается.

Для активного запирания силового германиевого транзистора Т3 в цепь эмиттера этого транзистора последовательно установлен запирающий диод Д3. Когда транзистор Т3 заперт, тогда через диод Д3 проходит ток на резистор R9, далее на клемму Ш, обмотку возбуждения и на массу. На диоде образуется падение напряжения около 0,7 В. В результате к базе этого транзистора подводится все напряжение бортовой сети, а к эмиттеру на 0,7 В меньше. Потенциал на базе становится больше потенциала на эмиттере и на управляющий переход транзистора подается обратный ток активного

26

запирания. Резистор R9 обеспечивает прохождение дополнительного тока через запирающий диод при закрытом транзисторе и одновременно через него проходит часть тока обмотки возбуждения. Транзистор разгружается и теперь коммутирует не весь ток обмотки возбуждения, а только часть его, снижается нагрев транзистора. Диод Д2 облегчает запирание транзистора Т2.

Регулятор напряжения охвачен положительной обратной связью с помощью резистора R6. Когда в средней точке делителя напряжения потенциал уменьшается и пробивается стабилитрон Д1, тогда закрывается транзистор Т2. На коллекторе этого транзистора потенциал снижается и низкое напряжение через резистор R6 дополнительно подводится к делителю. Это приводит к быстрому, полному пробиванию стабилитрона, полному открыванию первого транзистора и запиранию второго и третьего. При увеличении напряжения в средней точке делителя все происходит в обратном порядке.

27

4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Промышленность выпускает интегральные регуляторы напряжения моделей Я112 на 14 В, Я120 на 28 В и 17.3701 на 14 В. Эти регуляторы изготавливаются в виде гибридных микросхем и имеют вид пластмассовых пластин с выводами. Они устанавливаются в щеточном узле генератора. Для этого пластмассовый корпус щеткодержателя изготавливается большего, чем обычно, размера. Водители за внешний вид часто интегральный регулятор называют “шоколадка”. У генераторов зарубежного производства нередко интегральный регулятор устанавливается внутри на задней крышке. Генератор с встроенным регулятором напряжения можно назвать генераторной установкой.

Электрические схемы интегральных регуляторов Я112А1, В1 и Я120М1, М2 обладают одинаковой структурой. В регуляторах Я112 устанавливается один стабилитрон, а в Я120 два соединенных последовательно стабилитрона, которые пробиваются при напряжении в два раза больше.

На рис. 18 показана электрическая схема современного регулятора Я120М1 и его подключение к генератору Г273 автомобиля КамАЗ.

Интегральный регулятор имеет 5 выводов: В - подключается к выводу “+” генератора, Д – соединяется с нулевой точкой фаз генератора, первой щеткой и резистором подпитки RПП, Ш – со второй щеткой, Р – подводится к переключателю сезонной регулировки и М подключается к массе.

Обмотка возбуждения генератора Г273 рассчитана на 14 В и подключается к нулевой точке фаз генератора к клеммам Д и Ш регулятора. В момент запуска двигателя автомобиля на эту обмотку подается начальный ток возбуждения через резистор подпитки RПП.

28

В регуляторе используется два кремниевых транзистора обратной проводимости. Транзистор Т1 маломощный, а транзистор Т2 мощный составной транзистор КТ 873 с большим коэффициентом усиления.

Делитель напряжения собран на резисторах R1, R2 и R3. На делитель подается напряжение через защитный диод Д5 из бортовой сети автомобиля.

Напряжение в бортовой сети измеряется с помощью двух стабилитронов Д1 и Д2. Напряжение стабилизации стабилитронов зависит от температуры. Оно снижается с ростом температуры и за счет этого выполняется температурная коррекция регулируемого напряжения. Однако при работе регулятор напряжения интенсивно подогревается от генератора и названная температурная коррекция малоэффективна.

Инвертор собран на транзисторе Т1. Он включает кроме этого транзистора резисторы R8 и R5.

Усилитель тока представляет собой один мощный составной транзистор Т2.

Размеры регулятора не позволяют использовать дроссель для повышения помехоустойчивости работы регулятора. Поэтому вместо дросселя установлен фильтрующий конденсатор С1 между выводами базы и коллектора первого транзистора.

Положительная обратная связь организована по переменному току. Потенциал с выхода регулятора, коллектора второго транзистора, подается на вход, базу первого транзистора, через конденсатор С2 и резистор R4. Глубина обратной связи устанавливается на заводе путем подбора резисторов дополнительного делителя напряжения, состоящего из R4 и R6.

Работа регулятора напряжения организована следующим образом. При малом напряжении в бортовой сети стабилитроны Д1 и Д2 запер-

ты. На транзистор Т1 не подается ток управления и он закрыт. Через резистор R5 на транзистор Т2 проходит ток управления. Он идет из бортовой сети по резистору R5, переход база-эмиттер Т2 на массу. Транзистор Т2 открывается и сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора резко снижается. Из нулевой точки фаз на обмотку возбуждения через открытый транзистор подается полный ток. Напряжение генератора начинает возрастать.

Когда напряжение генератора достигнет максимального, тогда стабилитроны Д1 и Д2 пробиваются. Через диод Д5, резистор R1, стабилитроны на транзистор поступает ток управления. Транзистор открывается. Теперь весь ток резистора R5 стекает на массу и не подается на второй транзистор. Транзистор Т2 закрывается, падает ток возбуждения и напряжение генератора.

Гасящий диод Д3 обеспечивает прохождение через него тока возбуждения обмотки генератора при запирании транзистора. Защитный диод Д4

29

не пропускает на стабилитроны импульсы отрицательной полярности, возникающие в обмотке возбуждения, и защищает первый транзистор.

В летний период эксплуатации переключатель ВС разомкнут. При переходе на зимнюю эксплуатацию включают переключатель и резистор R3 замыкается накоротко. Сопротивление нижнего плеча делителя становится меньше и теперь для пробоя стабилитрона нужно из бортовой сети подать более высокое напряжение. Напряжение генератора увеличивается и улучшается зарядка батареи.

Описанный регулятор напряжения позволяет подавать повышенный ток возбуждения до 5 А. Регулятор модели 17.3702 также выдерживает большой ток возбуждения.

Интегральные регуляторы выпускаются неразборной конструкции и ремонту не подлежат.

Для интегральных регуляторов нормируется уровень регулируемого напряжения и максимальный ток возбуждения. При этом температура окружающей среды задается +25 градусов с точностью 10 град.

Применение регуляторов напряжения для генераторов отражено в табл. 2.

Таблица 2

Рекомендуемые регуляторы напряжения для генераторов

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

30

РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ»

5.1. Оборудование

Для выполнения лабораторной работы необходимо следующее оборудование: генератор, аккумуляторная батарея, соединительные провода, набор монтажного инструмента, паяльник, набор резисторов и стенд для испытаний генераторов.

Перед измерением характеристик генератора необходимо изучить электрическую схему стенда (рис. 19) и ознакомиться с расположением ручек управления. Также следует ознакомиться с приводом генератора, способом его крепления и конструкцией муфты привода.

Стенд для испытаний генераторов имеет следующее расположение органов управления.

Переключатель П, с помощью которого аккумуляторная батарея подключается к зарядному устройству, расположен слева на боковой стенке стенда. Реостат нагрузки RН состоит из двух, соединенных параллельно, мощных проволочных резисторов. Две ручки управления этими реостатами расположены слева впереди стенда на расстоянии 0,8 м от пола. На этом же уровне находится справа регулятор частоты вращения приводного электродвигателя. Слева к стенду к клеммам Б, Я, Ш и М подключается регулятор напряжения, а справа к клеммам Я, Ш и М генератор. Клемму М соединять с выводом минус генератора необязательно, так как корпус генератора при его установке уже подключается к массе стенда.

31

Рис.19. Электрическая схема стенда для испытаний генераторов: РН - регулятор напряжения; ГЕН - генератор; Я(+),Ш,М(-) и Б клеммы подключения РН; Я(+),Ш и М(-) клеммы подключения генератора; АКБ - аккумуляторная батарея; амперметры: А1 - ток батареи; А2 - ток генератора; А3 - ток возбуждения генератора; А4 - ток нагрузки; V - вольтметр; RН - реостаты нагрузки; КН - кнопка дополнительного возбуждения генератора от зарядного устройства; ЗУ - зарядное устройство; П - выключатель батареи

Устанавливается генератор на стенд с помощью переходной муфты. Положение генератора в зажиме регулируется путем ослабления стопорного винта (слева) и перемещения всего зажима на направляющих.

5.2. Порядок выполнения лабораторной работы

Получить у лаборанта генератор, перечисленное оборудование и регулятор напряжения.

Вскрыть регулятор напряжения. Ознакомиться с электрической схемой регулятора, расположением деталей и подстроечных элементов.

Установить генератор на стенд, соединив ротор генератора с приводом стенда переходной муфтой для контроля его работоспособности.

Подключить выводы генератора к соответствующим клеммам справа. Установить слева вместо регулятора напряжения перемычку между клеммами Я и Ш. Переключатель батареи П должен находиться в положении зарядка.

Подать дополнительное возбуждение генератора, измерить ток возбуждения. Ток возбуждения не должен превышать 3 А. Включить электродвигатель привода генератора и, постепенно увеличивая частоту вращения ротора, проконтролировать работу генератора без нагрузки по нарастанию напряжения на его выходе до 20 В.

Отключить электродвигатель привода генератора. Убрать перемычку между клеммами Я и Ш.

Подключить проверяемый регулятор напряжения к клеммам Я, Ш и М с левой стороны стенда: масса регулятора напряжения (корпус) соединяется с клеммой М, вывод Ш регулятора с клеммой Ш, вывод “+” регулятора с клеммой Я.

Замерить на стенде регулировочную характеристику генератора. Она измеряется в режиме испытания генератора без нагрузки. При

испытаниях генератора его ротор следует вращать в направлении против часовой стрелки, чтобы гайка крепления шкива не откручивалась.

Для снятия характеристики устанавливают различные частоты вращения ротора и замеряют напряжение в бортовой сети и величину тока возбуждения генератора по стрелочным приборам, которые показывают средние значения. Для этого частоту вращения ротора задают в пределах

32