Бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения реферат
Обновлено: 02.07.2024
Конструкция регуляторов напряжения, располагаемых вне генератора и соединенных с ним через провода бортовой сети, в основном идентична. Такие регуляторы можно разделить на две группы — регуляторы с металлическим корпусом-крышкой и регуляторы в пластмассовом корпусе.
При разработке полупроводниковых регуляторов напряжения учитываются особенности полупроводниковых приборов и используются современные достижения в области полупроводниковой техники, связанные с новейшей технологией изготовления — технологией интегральных схем.
Особенностью электронных изделий является блочный принцип построения конструкций. В таком случае открываются широкие возможности для унификации и стандартизации элементов, что позволяет применять в производстве прогрессивные методы обработки, сборки и монтажа с высокопроизводительным автоматизированным оборудованием.
По конструктивным признакам бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения относятся к блокам со смешанным монтажом и навесными электрическими элементами. Монтаж платы — печатный, внутриблочный монтаж — объемный.
Рис. Конструкция регулятора напряжения 13.3702:
1 — крышка; 2 — плата; 3 — основание; 4 — поддон.
Печатная плата вместе с основанием двумя винтами закреплена внутри крышки 1. Через прорезь в поддоне 4 виден волосок предохранителя, что позволяет проверить его работоспособность.
Основой печатной платы является листовой или фольгированный электротехнический стеклотекстолит. Фольгированный стеклотекстолит с одной или двух сторон облицован красно-медной электротехнической фольгой толщиной 0,035 и 0,05 мм. На поверхность этого основания наносят печатный монтаж, выполняющий функции монтажных проводов, разъемов и контактных деталей. Одно из возможных креплений элементов на печатной плате показано на рисунке б.
Рис. Печатная плата:
1 — плата; 2 — диод
При размещении навесных элементов (резисторов, стабилитрона, диода, катушки индуктивности) в печатном узле регулятора руководствуются следующим:
- установка элементов должна предусматривать доступ к ним и легкую их замену
- должна быть предусмотрена возможность ручной или механизированной установки элементов, пайки и последующей защиты лаковыми покрытиями
- элементы должны размещаться параллельно поверхности платы со стороны, противоположной размещению печатных проводников
Рис. Схема интегрального регулятора напряжения Я112
Встраиваемые в генераторы регуляторы напряжения выпускаются в гибридном интегральном исполнении, представляющем собой комбинацию пленочных резисторов, выполненных на керамической изоляционной подложке, с миниатюрными дискретными элементами -конденсаторами, диодами, транзисторами.
Бесконтактный транзисторный регулятор напряжения РР356 свободен от указанных недостатков. Регулятор РР356 предназначен для совместной работы с генератором Г272 в 24-вольтовых системах электрооборудования автомобилей КамАЗ, а также других дизельных автомобилей. Однако электрическая схема регулятора РР356 ( рис. 81) имеет существенные отличия. [3]
Бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения обладают более высокой надежностью, как правило, не требуют регулировки и технического обслуживания в течение всего срока службы. [5]
Монтаж бесконтактных транзисторных регуляторов напряжения выполняется на печатной плате, для которой используются фольги-ро ванны и стеклотекстолит СФ-1Н-50, СФ-1-50, СФ-1Н-35, гетинакс ГФ-1-50 толщиной 1 5 и 2 мм ( ГОСТ 10316 - 78 Е), а также стеклотекстолит СФПН-1-50 ( ТУ 6 - 05 - 1776 - 76) толщиной 1 5 и 2 мм. [6]
На автомобилях ЗИЛ-130, имеющих генераторы переменного тока, устанавливают бесконтактный транзисторный регулятор напряжения РР350 - А. [8]
Контактно-транзисторный реле-регулятор имеет более высокий срок службы и ме ньшую разрегулировку в процессе эксплуатации, чем вибрационные реле-регуляторы: Однако наличие в регуляторе напряжения механической системы разрыва электрической цепи ( контакты, пружина, подвеска якоря реле), а также воздушных зазоров между якорем и сердечником реле требуют во время эксплуатации систематической проверки и настройки регулятора. Указанные недостатки отсутствуют в бесконтактных транзисторных регуляторах напряжения , применяемых с генератором переменного тока Г-250 на автомобилях ЗИЛ-130, ГАЗ-24 Волга и их модификациях. [9]
Как показал опыт эксплуатации автомобилей с бесконтактными транзисторными регуляторами напряжения , отсутствие возможности подкорректировать регулируемое напряжение в зависимости от климатических условий не приводит к нарушениям работоспособности системы электрооборудования и отдельных ее агрегатов. Тем не менее если конструкция регулятора напряжения допускает подрегулировку, то посредством небольшого изменения регулируемого напряжения можно несколько улучшить зарядный режим батареи в условиях теплого и холодного климата. Следует помнить, что напряжение, требующееся для заряда батареи, при. В связи с этим изготовители аккумуляторных батарей рекомендуют при эксплуатации в южных районах несколько уменьшить регулируемое напряжение, а в северных районах с резко континентальным климатом - производить весной и осенью посезонные подрегулировки. В случае установки батареи под капотом, общепринятой на легковых автомобилях, температура наружного воздуха влияет на температуру электролита в значительно меньшей степени, чем при наружной установке аккумуляторов. Поэтому при установке батареи под капотом корректировка регулируемого напряжения в зависимости от климатических условий нецелесообразна. [10]
Электрооборудование автомобилей УАЗ-469 выполнено по одно-проводной схеме и рассчитано на номинальное напряжение 12 В. Автомобиль оборудован генератором переменного тока с встроенным выпрямителем и бесконтактным транзисторным регулятором напряжения . На нем можно устанавливать предпусковой подогреватель. Автомобиль УАЗ-469Б имеет электросхему аналогичную электросхеме автомобиля УАЗ-469. На автомобиле УАЗ-469Б установлены экранированная система зажигания и дополнительные средства подавления радиопомех. Кроме того, на автомобиле имеется поворотная фара. [11]
Однако существует и другая тенденция к сокращению объема профилактического обслуживания, связанная с совершенствованием конструкций изделий. Характерным примером является введение транзисторной системы зажигания, в связи с чем отпала необходимость в частых зачистках контактов прерывателя с последующей регулировкой зазора и установкой зажигания. Генераторы переменного тока не требуют проведения систематических проверок состояния щеточно-коллекторного узла, зачисток и проточек коллектора, частой смены щеток, регулярного добавления смазки в подшипники. Применение бесконтактных транзисторных регуляторов напряжения исключило необходимость систематически производить проверки и подрегулировки регулируемого напряжения. [12]
Бесконтактный (транзисторный) регулятор напряжения был разработан доктором технических наук, профессором М.Н. Фесенко в 1957 году.
В состав простейшего бесконтактного регулятора напряжения входят (рис.2.10):
Рис. 2.10. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения
измерительное устройство (ИУ), выполненное на базе кремниевого стабилитрона ; регулирующее устройство (РУ), функции которого выполняет составной транзистор , включенный в цепь обмотки возбуждения генератора.
Бесконтактный регулятор работает следующим образом. При напряжении генератора ниже напряжения пробоя стабилитрона транзистор находится в состоянии “открыт”. Сопротивление его минимально (что соответствует замкнутому состоянию контактов вибрационного регулятора) и ток возбуждения достигает максимального значения.
Как только напряжение генератора превысит напряжение пробоя стабилитрона , через стабилитрон потечет ток, который создает падение напряжения на сопротивлении . Вследствие этого потенциал эмиттера транзистора становится больше потенциала его базы. Транзистор открывается, вызывая переход транзистора в состояние “закрыт”.
Сопротивление транзистора возрастает, что приводит к снижению тока возбуждения и напряжения генератора (это соответствует разомкнутому состоянию контактов вибрационного регулятора напряжения).
По мере снижения напряжения генератора ток, проходящий через стабилитрон, уменьшается. При этом транзистор вновь закрывается, обеспечивая открывание транзистора , и весь процесс регулирования напряжения генератора повторяется.
На основе анализа принципа действия и общего устройства бесконтактных регуляторов напряжения на полупроводниковых приборах можно сделать вывод, что регуляторы такого типа являются универсальными и наиболее перспективными с точки зрения их применения в системах электроснабжения объектов БТВТ.
В бесконтактных регуляторах напряжения не используются элементы с движущимися частями (вибрирующий якорь, пружина), что значительно повышает их надежность по сравнению с угольными и вибрационными регуляторами напряжения.
Защита танковых генераторов от обратных токов
При параллельной работе генератора с аккумуляторными батареями величина зарядного тока определяется соотношением:
где – внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей, Ом.
Однако на минимальных частотах вращения якоря напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторных батарей. Следовательно, батареи будут разряжаться и от них к генератору потечет обратный (разрядный) ток.
Внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей и сопротивление обмотки якоря генератора составляют сотые доли Ома.
Поэтому разрядный ток будет достаточно велик, что может привести как к повреждению генератора, так и к разрядке аккумуляторных батарей.
Для защиты генератора от обратных токов он должен подключаться к бортовой сети только тогда, когда его напряжение будет больше ЭДС аккумуляторных батарей , и автоматически отключаться от нее, когда .
Эти функции выполняют специальные автоматические устройства: реле обратного тока и дифференциальные минимальные реле.
Реле обратного тока
Однокаскадное реле обратного тока имеет две обмотки: основную 0, включенную параллельно обмотке якоря, последовательную П, включенную последовательно с обмоткой якоря генератора (рис.2.11). Замыкающие контакты К реле, расположенные в цепи между генератором и бортовой сетью, удерживаются пружиной в разомкнутом состоянии.
Работа однокаскадного реле обратного тока
При увеличении напряжения генератора основная обмотка реле намагничивает сердечник. Когда напряжение генератора достигает определенной величины, превышающей ЭДС аккумуляторных батарей, якорь притягивается и замыкает контакты. Генератор начинает
питать потребители, вследствие чего напряжение на его зажимах уменьшается на величину падения напряжения в якоре.
Ток генератора, проходящий по последовательной обмотке, намагничивает сердечник и тем самым якорь еще сильнее притягивается к нему, чем обеспечивается надежное удержание контактов в замкнутом состоянии.
Рис. 2.11. Принципиальная схема электроснабжения с однокаскадным реле обратного тока
Когда напряжение генератора станет ниже ЭДС аккумуляторных батарей, ток по последовательной обмотке пойдет в обратном направлении (направление тока в основной обмотке сохраняется неизменным).
Последовательная обмотка начинает противодействовать основной, в результате чего магнитный поток сердечника уменьшается. При определенной величине обратного тока контакты под действием пружины разомкнутся, и генератор отключится от бортовой сети и аккумуляторных батарей.
Конструкция и размеры контактов реле обратного тока зависят от величины нагрузочного тока генератора. Поэтому для защиты генераторов с номинальным током 100 А и выше применяют двухкаскадные автоматы обратного тока (АОТ), состоящие из управляющего реле УР и силового контактора К (рис.2.12).
При напряжении генератора, превышающем ЭДС аккумуляторных батарей, срабатывает управляющее реле УР, которое, замыкая свои контакты, включает обмотку силового контактора К . Контактор К срабатывает и замыкает свои силовые контакты, подключая генератор на зарядку аккумуляторных батарей и питание потребителей.
Рис. 2.12. Принципиальная схема электроснабжения с двухкаскадным АОТ
Работа двухкаскадного АОТ
Ток, проходящий через последовательную обмотку П управляющего реле, подмагничивает сердечник, чем обеспечивается надежное удержание контактов УР в замкнутом состоянии.
Когда напряжение генератора станет ниже ЭДС аккумуляторных батарей, направление тока в последовательной обмотке управляющего реле изменяется (направление тока в основной обмотке остается неизменным). Вследствие этого сердечник размагничивается и контакты УР под действием пружины размыкаются. Одновременно обеспечивается обмотка силового контактора К и под действием пружины размыкаются его контакты, а генератор отключается от аккумуляторных батарей и потребителей.
Из описания работы двухкаскадного АОТ видно, что напряжение его включения зависит от степени заряженности аккумуляторных батарей и определяется силой натяжения пружины. Кроме того, такой автомат, как и однокаскадное реле обратного тока, имеет ряд особенностей:
в момент подключения генератора в бортовую сеть при сильно разряженных батареях возможны броски зарядного тока, что перегружает генератор; если напряжение включения в реле обратного тока, зависящее от силы натяжения пружины, будет меньше напряжения батарей, то возможен подгар контактов при их работе в режиме “звонка”.
Перечисленные недостатки отсутствуют в дифференциальном минимальном реле, которое выполняет те же функции, что и АОТ.
Дифференциальное минимальное реле
Дифференциальное минимальное реле (ДМР) относится к АОТ, подключающим генератор к бортовой сети при определенной разности напряжений генератора и аккумуляторных батарей.
Дифференциальным минимальным реле называется потому, что оно реагирует на разность напряжений параллельно включенных в танке источников электроэнергии, а также подключает генератор к бортовой сети (в случае отсутствия аккумуляторных батарей) при минимальном напряжении срабатывания 12…14 В.
в состав ДМР входят (2.13):
силовой контактор КС;
Силовой контактор КС представляет собой втяжной электромагнит, контакты которого включены в зарядную цепь.
Управляющее реле , включающее силовой контактор КС, является поляризованным. Такое реле реагирует не только на величину тока, но и на его направление в дифференциальной и последовательной обмотках.
Включающее реле предназначено для включения дифференциальной обмотки управляющего реле на разность напряжений генератора и аккумуляторных батарей. Напряжение срабатывания включающего реле 14 В.
Предохранитель реле предназначено для защиты дифференциальной обмотки управляющего реле от перегрузки.
При напряжении, приложенном к обмотке предохранительного реле и превышающем 14 В, контакты его размыкаются и дифференциальная обмотка управляющего реле отключается.
Рис. 2.13. Принципиальная схема электроснабжения с ДМР
Когда напряжение генератора достигает 14 В, дифференциальная обмотка включается на разность напряжений генератора и батарей. Так как напряжение генератора ниже напряжения батарей, ток по дифференциальной обмотке идет в обратном направлении, т.е. от батарей к генератору.
Магнитный поток, создаваемый дифференциальной обмоткой, суммируется с магнитным потоком постоянных магнитов так, что результирующий магнитный поток поворачивает якорь реле по ходу часовой стрелки.
Следовательно, контакты управляющего реле разомкнуты, обмотка силового контактора КС обесточена и генератор отключен от бортовой сети.
При увеличении напряжения генератора ток, проходящий через дифференциальную обмотку, уменьшается и при равенстве напряжений генератора и батарей становится равным нулю.
Если напряжение генератора становится больше напряжения батарей, ток в дифференциальной обмотке меняет знак на противоположный. В этом случае магнитный поток, создаваемый дифференциальной обмоткой, суммируется с магнитным потоком постоянных магнитов так, что результирующий магнитный поток поворачивает якорь реле против хода часовой стрелки и при определенной разности напряжений генератора и батарей контакты управляющего реле замыкаются. Вследствие этого напряжение
подается на обмотку силового контактора КС, который, замыкая свои контакты, подключает генератор к аккумуляторным батареям и бортовой сети, а также шунтирует дифференциальную обмотку. Поскольку по последовательной обмотке начинает течь зарядный ток, контакты управляющего реле надежно удерживаются в замкнутом состоянии, обеспечивая включение обмотки силового контактора КС.
Когда напряжение генератора станет меньше напряжения батарей, по последовательной обмотке управляющего реле ток пойдет в обратном направлении. При определенной величине обратного тока контакты управляющего реле разорвут цепь обмотки силового контактора КС.
Контакты обесточенного силового контактора КС разомкнутся под действием пружины, и генератор отключится от аккумуляторных батарей.
При дальнейшем снижении напряжения генератора, когда , срабатывает предохранительное реле и своими контактами разрывает цепь дифференциальной обмотки управляющего реле , защищая ее от перегрева.
Когда напряжение генератора снижается до 4 В, отключается реле и вся схема приходит в исходное состояние. В случае переполюсовки генератора (“плюс” генератора соединен с “минусом” аккумуляторных батарей, а “минус” – соответственно с “плюсом”) к обмотке предохранительного реле будет приложено напряжение, равным сумме напряжений генератора и аккумуляторных батарей .
Под действием этого напряжения предохранительное реле срабатывает и размыкает свои контакты, обеспечивая отключение дифференциальной обмотки управляющего реле . Таким образом, включается срабатывание силового контактора КС и возможность подключения переполюсованного генератора к бортовой сети.
Вентильные автоматы обратного тока
В настоящее время ведутся разработки нового АОТ, функции которого выполняет полупроводниковый вентиль (диод).
Такой вентиль может быть включен как между положительными так и между отрицательными клеммами генератора и аккумуляторных батарей (рис.2.14).
Когда или генератор переполюсован, вентиль оказывается включенным в обратном направлении и по нему протекает обратный ток Величина обратного тока вентиля незначительна (несколько миллиампер) и генератор практически отключен от бортовой сети.
Когда или аккумуляторные батареи отсутствуют, вентиль включен в прямом направлении. В этом случае сопротивление вентиля мало и, следовательно, генератор подключен к бортовой сети.
Рис. 2.14. Принципиальная схема электроснабжения
с вентильным АОТ.
Таким образом, полупроводниковый вентиль обеспечивает выполнение всех функций ДМР.
Недостатками полупроводниковых вентильных АОТ являются:
сравнительно большое падение напряжения при работе в прямом направлении и значительные внутренние потери, что требует специальных мер по охлаждению вентиля;
чувствительность к кратковременным перегрузкам и коротким замыканиям.
устранение этих недостатков позволит значительно повысить качество и надежность работы танковых систем электроснабжения в целом.
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 аккумуляторной батареи в генератор. Отсутствует также ограничитель тока, так как генератор Г-250 обладает свойством самоограничения.
Регулятор соединяется генератором при помощи закрытого штепсельного разъема, исключающего возможность короткого замыкания проводов на массу. Штепсельный разъем имеет фиксирующее устройство, препятствующее самопроизвольному разъединению его во время эксплуатации.
Схема регулятора напряжения может быть услоено разделена на две части: измерительную часть (ИЧ), включающую транзистор, стабилитрон Д,, дроссель Др, резисторы R, R1, R3, R4, R5 и Rt и усилительную часть (УЧ), включающую транзисторы Т2 и ТЗ, резисторы R6, R7, R8, диоды Д2, Д3.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
В схему регулятора входит также диод Д4, включенный параллельно обмотке возбуждения генератора ОВГ и защищающий транзистор ТЗ от э.д.с. самоиндукции, возникающей в этой обмотке, и резистор обратной связи Roc, предназначенный для улучшения частотных характеристик регулятора. В цепь делителя напряжения (резисторы R, и R3) включен дроссель Др для уменьшения влияния пульсаций выпрямленного напряжения генератора на работу регулятора напряжения. Ниже описана работа регулятора напряжения в двух предельных режимах.
1-й режим — напряжение генератора меньше регулируемого. При включении выключателя зажигания ВЗ обмотка возбуждения генератора подключается к аккумуляторной батарее. Стабилитрон Д1 находится в непроводящем состоянии, следовательно, входной транзистор 77 закрыт, так как отсутствует ток базы транзистора.
Рис. 1. Общий вид и электрическая схема бесконтактного регулятора напряжения PP-3S0: а — общий вид, б — вид панели регулятора без корпуса, в — вид панели регулятора снизу, г — электрическая схема регулятора; Д, — стабилитрон Д808, Д2 — диод КД202Г; Д3 и Д„ — диоды КД202В, Rf — термореэистор ММТ -1 — 1 кОм, R, — резистор МПТ05-390; R2 — резистор МЛТО5-390; R, — резистор МЛТ05-100; Rt — рези-стор МЛТ05-300; R, — резистор МЛТ05-470; Re — резистор МЛТ2-82хЗ—27 Ом; Rv — резистор МЛТО , 25-51 х хЗ—16 Ом, Ra — резистор МЛТ1-220; Roc—резистор МЛТ053.3 кОм, Др — дроссель ( ППЭВ 0 0,21; №=2500; R=43 Ом), Т,—входной транзистор П302, Тг — транзистор усиления П214В, Т3 — регулирующий транзистор П217В, ВЗ—выключатель зажигания; Г — генератор, 6 — батарея, RH—сопротивление потребителей
Сопротивление транзисторов Т2 и ТЗ при этом минимально (транзисторы открыты) и по цепи плюс — диод Д3 — эмиттер — база транзистора ТЗ — диод Д2 — эмиттер — коллектор транзистора Т2 — резистор R6 идет ток базы выходного транзистора ТЗ, необходимый для его открытого состояния. Таким образом, при Ur Uper). Стабилитрон Д, проводит ток и, следовательно, входной транзистор открыт, так как по цепи плюс — эмиттер — база транзистора Т1 — резистор делителя R3 — дроссель Др (минус) идет ток, обеспечивающий открытое состояние транзистора. Сопротивление транзистора минимально, и потенциал базы транзистора Т2 оказывается выше потенциала его эмиттера. Транзистор Т2 закрывается, прерывая цепь тока базы выходного транзистора ТЗ. Тем самым закрывается и транзистор ТЗ. Ток возбуждения генератора, минуя транзистор ТЗ, проходит через добавочный резистор Rfl, и его величина резко падает. Напряжение генератора снижается, и стабилитрон Д, вновь переходит в непроводящее состояние, запирая транзистор. Это приводит к открыванию транзисторов и ТЗ.
Этот процесс периодически повторяется, обеспечивая постоянное напряжение генератора на заданном уровне. Для уменьшения влияния температуры на величину регулируемого напряжения в плечо делителя включен терморезистор Rt, сопротивление которого имеет отрицательный температурный коэффициент, т. е. с повышением температуры снижается. Терморезистор Rt компенсирует увеличение напряжения пробоя стабилитрона Д, с повышением температуры регулятора.
Читайте также: