Реферат регулятор напряжения автомобиля
Обновлено: 05.07.2024
Введение
Еще в школе рассказывали о том, что в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает переменный электрический ток. Это и есть простейший из генераторов. Автомобильный отличается от него тем, что рамка (роль ее выполняют обмотки статора) неподвижна, а магнитное поле создается ротором (обмоткой возбуждения). Обмоток в статоре три, расположены они через 120 градусов друг от друга. Каждая из них выдает переменный ток.
Генератор предназначен для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.
Генератор - достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов
Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.
Генераторная установка - достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов.
Максимальная сила тока отдачи (при 13 В и 5000 мин -1 ), А
Пределы регулируемого напряжения, В
Максимальная частота вращения ротора, мин -1
Передаточное отношение двигатель-генератор
Особенности устройства и принцип действия
Генератор типа 37.3701 - переменного тока, трехфазный, со встроенным выпрямительным блоком и электронным регулятором напряжения, правого вращения (со стороны привода), с вентилятором у приводного шкива и вентиляционными окнами в торцевой части. Для защиты от грязи задняя крышка генератора закрыта защитным кожухом.
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. Такие катушки, помещенные в пазы магнитопровода (железного пакета), представляют собой обмотки статора - важнейшей неподвижной части генератора - именно они генерируют переменный электрический ток.
Магнитный поток в генераторе создается ротором. Он тоже представляет собой катушку (обмотка возбуждения), через которую пропускается постоянный ток (ток возбуждения). Эта обмотка уложена в пазы своего магнитопровода (полюсной системы). В состав ротора - важнейшей подвижной части генератора - входят также вал и контактные кольца. При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно "северный", и "южный" полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего обмотки статора, меняется, что и вызывает появление в них переменного напряжения.
Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но создание магнитного потока электромагнитом позволяет легко регулировать выходное напряжение генератора в широких диапазонах скоростей вращения и тока нагрузки путем изменения тока возбуждения.
Для того, чтобы получить из переменного напряжения постоянное, используют шесть силовых полупроводниковых диодов, которые составляют между собой выпрямительный блок установленный внутри корпуса генератора.
Питание обмотки возбуждения осуществляется от самого генератора и подводится к ней через щётки и контактные кольца.
Для обеспечения же первоначального возбуждения генератора, после включения зажигания, к клемме "В" регулятора напряжения, подводится ток по двум цепям.
1. Плюс АКБ - контакт 30 генератора - контакты 30/1 и 15 замка зажигания - контакт 86 и 85 обмотки реле зажигания - минус АКБ. Реле включилось,и ток пошёл по второй цепи:
2. Плюс АКБ - контакт 30 генератора - контакты 30 и 87 реле зажигания - предохранитель |2 в блоке предохранителей - контакт 4 белого разъема в комбинации приборов - резистор 36 Ом в комбинации приборов - контрольная лампа зарядки АКБ - контакт 12 белого разъема в комбинации приборов - контакт 61 - вывод "В" регулятора напряжения - обмотка возбуждения - вывод "Ш" регулятора напряжения - выходной транзистор регулятора напряжения - минус АКБ.
После пуска двигателя обмотка возбуждения питается с общего вывода трёх дополнительных диодов, установленных на выпрямительном блоке, а напряжение в системе электрооборудования автомобиля контролируется светодиодом или лампой в комбинации приборов. При исправно работающем генераторе после включения зажигания светодиод или лампа должны светиться, а после пуска двигателя - гаснуть. Напряжение на 30-м контакте и общем выводе 61 дополнительных диодов становится одинаковым. Поэтому ток через контрольную лампу (светодиод) не протекает, и она не горит.
Если лампа (светодиод) горит после пуска двигателя, то это означает, что генераторная установка неисправна, т. е. вообще не выдаёт напряжение, или оно ниже напряжения АКБ. В этом случае напряжение на разъёме 61 ниже напряжения на контакте 30. Поэтому в цепи между ними протекает ток, проходящий через светодиод/лампу. Он/она загорается, предупреждая о неисправности генератора.
Генераторная установка оснащена полупроводниковым электронным регулятором напряжения, встроенным внутрь генератора. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и от величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки, тем меньше это напряжение.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет управления током возбуждения.
Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).
С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5-14,2 В, выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается. Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.
Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора. Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незаметны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13,5-14,2 В.
ЭМС предназначена для питания бортовых потребителей автомобилей постоянным током, напряжением 14 В, суммарной мощностью не более 1 кВт.
Тип электрической машины
Синхронный генератор со встроенным выпрямителем, независимым возбуждением, когтеобразной (клювообразной) конструкцией ротора.
–Составить структурную схему ЭМС. Дать краткое описаниеЭМС в целом и её элементов (принцип действия, конструкцию, статические характеристики). Исходя из назначения ЭМС, руководствуясь соответствующим ГОСТ, определить условия её работы.
–Используя принципиальную схему электронного преобразователя (ЭП) описать его принцип действия, привести диаграммы процессов поясняющие его работу.
–Составить компьютерную модель ЭП.
–С помощью компьютерной модели провести необходимые, для выбора элементной базы ЭП расчёты токов, напряжений и выбрать подходящую элементную базу для его реализации. Рассчитать потери на полупроводниковыхкомпонентах.
–Оценить массо – габаритные показатели и стоимость комплектующих ЭП.синхронный генератор когтеобразный ротор
Современный автомобиль невозможно представить себе без электрооборудования. Все потребители нуждаются в стабильном источнике постоянного тока, которым является генератор. Конечно, помимо генератора в автомобилях есть ещё один источник электроэнергии - аккумуляторная батарея, однако в её задачи входит только питание стартера в моменты пуска ДВС и кратковременное снабжение маломощных потребителей.
В данном расчётном задании рассматриваетсяавтомобильная система электроснабжения, в основе которой лежит синхронный генератор независимого возбуждения с когтеобразным (клювообразным) ротором. Генератор приводится в движение ременной передачей от коленчатого вала ДВС. В данный момент, это самая распространённая конструкция, применяемая на автомобилях.
Рассматриваемая электромеханическая система (ЭМС) – это автономная система электроснабжения постоянного тока на базе синхронного генератора с независимым возбуждением. Она предназначена для питания электрической энергией бортовых потребителей автомобиля общей мощностью 1 кВт, напря-жением 14 В постоянного тока. Выработку электроэнергии в данной системе осуществляет двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Функциональная схема рассматриваемой ЭМС представлена на рис. 1
Рис. 1. Функциональная схема ЭМС
В состав приведённой на рис. 1 ЭМС входят следующие устройства:
- двигатель внутреннего сгорания (ДВС);
- генератор с электромагнитным возбуждением (Г);
- датчик напряжения (ДН);
Принцип действия электромеханической системы основан на преобразовании механической энергии в электрическую с заданным качеством. Рассмотрим его подробнее.
Генератор, приводимый в движение через ременную передачу от ДВС, вырабатывает электрическую энергию. Наводимая в обмотках генератора ЭДС описывается следующей формулой:
Из неё видно, что значение напряжения на выходе генератора прямо пропорционально частоте вращения ротора генератора и току в обмотке возбуждения. Так как обороты генератора нестабильны, а напряжение на нагрузке должно быть неизменным, в систему введён датчик напряжения и регулятор тока обмотки возбуждения. Как правило, датчик напряжения встроен в регулятор, такое устройство называют регулятором напряжения. Выпрямитель преобразует переменное напряжение выдаваемое генераторомв постоянное. Это напряжение и подаётся на нагрузку. Любое отклонение напряжения на нагрузке система подавляет увеличивая или снижая ток в обмотке возбуждения генератора. Регулирование тока в обмотке возбуждения осуществляет силовой транзистор управляемый микроконтроллером по принципу ШИМ.
Главной особенностью рассматриваемой системы является то, что от привода (ДВС) не требуется постоянство частоты вращения. Величина напряжения на нагрузке может отклоняться на ±0,15 В от номинального значения (установлено техническими данными генератора).
Частота вращения вала генератора, при которой его напряжение U достигает номинального значения, получила название частоты вращения холостого хода nх или частоты начала отдачи мощности.
а) Параметры выходного напряжения: постоянное 14В. Номинальная мощность нагрузки – 1 кВт;
б) Условия эксплуатации:
– температура окружающего воздуха от –40 °С до +45 °С при относительной влажности до 90% при 25 °С;
– высота над уровнем моря до 4000 м;
в) Максимальное отклонение напряжения при изменении тока нагрузки в пределах от 0,1I н до 0,9I н ±0,25 В;
г) Точность регулируемого напряжения ±0,1 В при изменении частоты вращения вала генератора в пределах 2000-5000 об/мин;
д) Регулируемое напряжение при отключённой аккумуляторной батарее при частоте вращения ротора генератора 7500 об/мин и токе нагрузки 5 А не превышает 17 В;
е) Диапазон рабочих температур регулятора -40…+120 °С;
ж) Соблюдение требований ГОСТ Р 52230-2004.
Генераторная установка (ГУ) состоит из ДВС и генератора.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – привод генератора, вырабатывает механическую энергию вращения вала. Частота вращения может быть переменной, в данной системе она никак не стабилизируется.
Генератор с электромагнитным возбуждение от регулятора напряжения на выходе даёт переменное электрическое напряжение, зависящее от частоты вращения вала двигателя и тока в обмотке возбуждения. Конструкция генератора представлена на рис.2.
Рис. 2. Конструкция генератора.
Принцип действия генератора : обмотка возбуждения, создаёт постоянный однонаправленный магнитный поток, изменяющий свою величину по мере необходимости. Благодаря когтеобразной (клювообразной) конструкции ротора, на нём возникает неподвижное магнитное поле переменной полярности (см. рис. 1). Когда ДВС приводит во вращение ротор генератора, магнитное поле начинает вращаться относительно неподвижной обмотки статора и наводить в ней переменную ЭДС (). Если на статоре уложена симметричная трёхфазная обмотка (магнитные оси фаз сдвинуты в пространстве на 120 электрических градусов, а электрические сопротивления и числа витков фаз одинаковы), то в этой обмотке индуцируется симметричная система ЭДС. Если к трёхфазной обмотке якоря подключить симметричное внешнее сопротивление, то по этой обмотке будет протекать симметричная система токов.
Характеристики генератора.
– внешняя характеристика n , I ОВ =c onst :
Уменьшение напряжения U генератора с ростом нагрузки вызвано размагничивающим действием реакции якоря и возрастанием падения напряжения в фазах обмотки якоря.
– скоростная характеристика I Н , I ОВ =const :
Достоинства такого генератора :
– высокая удельная мощность;
– простота технического обслуживания;
– малый уровень шума;
– наличие щёточного узла;
– невозможно самовозбуждение, необходим первичный источник напря-жения (АКБ).
В данной ЭМС используется трёхфазный мостовой выпрямитель, так как именно такая конструкция позволяет обеспечить минимальный уровень пульсаций выходного напряжения. Схема реализуется на диодах.
Назначение выпрямителя – преобразовать трёхфазное переменное напряжение в постоянное. В современных генераторах уже имеется встроенный выпрямитель.
Схема выпрямителя представлена на рис. 3.
Принцип действия.
Рассмотрим работу схемы рис. 4 на активную нагрузку. С момента времени q 1 ток проводят диоды VD 1 и VD 6 , а остальные диоды находятся в непроводящем состоянии. Тогда к нагрузке приложено линейное напряжение uab , и выпрямленный ток Id протекает по контуру: обмотка фазы А – диод VD 1 – нагрузка Rd – диод VD 6 – обмотка фазы В . Этот процесс продолжается до момента времени q 2 . Начиная с этого момента времени напряжение ubc становится положительным, т.е. прямым для диода VD 2 – он начинает проводить ток, а диод VD 6 закроется. В момент времени q 3 в работу вступает диод VD 3 , а диод VD 1 закрывается, т.к. напряжение фазы В становится выше напряжения фазы А .
Далее через интервалы времени, равные p/3, происходят включения следующих пар диодов: VD 2 -VD 4 , VD 3 -VD 5 , VD 5 -VD 1 . Таким образом, длительность прохождения тока через каждый диод составляет 2p/3, а остальное время он закрыт.
Поочерёдная работа пар диодов в схеме приводит к появлению на сопротивлении нагрузки Rd выпрямленного напряжения, состоящего из частей линейных напряжений, приходящих на вход выпрямителя.
Диаграммы токов и напряжение рассматриваемой трёхфазной мостовой схемы выпрямления приведены на рис. 4.
Рис. 4. Диаграммы напряжений и токов выпрямителя
В данной системе используется регулятор на основе микроконтроллера, управляющего силовым транзистором по принципу ШИМ. Принципиальная схема управления показана на рис. 5.
Рис. 5. Принципиальная схема управления током обмотки возбуждения.
2.1 Описание компьютерной модели
Рис. 6. Модель схемы управления током возбуждения.
Исходя из того, что в обмотка возбуждения имеет индуктивность L=66,2 мГн и активное сопротивление R=1,3 Ом, то постоянная времени переходного процесса Т=L/R=66,2/1,3=50,92 мсек. По правилам ТОЭ переходной процесс считается установившимся, если с момента его начала проходит (5 – 6)Т . В связи с этим убеждением, примерное время окончания переходного процесса 306 мсек, поэтому диаграммы будем строить на отрезке времени от 0 до 0,4 сек. Рассматривать будем 4главных состояния:
– Частота импульсов ШИМ f=25 Гц, скважность Q=0,25, рис. 7;
– Частота импульсов ШИМ f=25 Гц, скважность Q=1, рис.8;
– Частота импульсов ШИМ f=10 кГц, скважность Q=0,25, рис.9 (а, б);
– Частота импульсов ШИМ f=10 кГц, скважность Q=1, рис. 10 (а, б).
На рис. 7 – 10 изображены следующие осциллограммы сверху – вниз:
– Напряжение генератора импульсов;
– Ток эмиттера вспомогательного транзистора Q1;
– Напряжение исток – сток силового транзистора М1;
– Мгновенное и среднее значение тока в обмотке возбуждения.
Рис. 9б
2.2 Выбор элементной базы
2.2.1 Выбор вспомогательного транзистора Q1
– Частота генератора импульсов f =25 Гц, скважность Q =0,25, рис. 11;
– Частота генератора импульсов f =10 кГц, скважность Q =1, рис. 12;
– Частота генератора импульсов f =10 кГц, скважность Q =0,5, рис. 13.
На рис. 11 – 12 изображены следующие осциллограммы сверху – вниз:
– Ток базы вспомогательного транзистора Q1;
– Ток коллектора вспомогательного транзистора Q 1;
– Напряжение коллектор - эмиттер вспомогательного транзистора Q1;
– Среднее значение выделяющейся мощности.
Из полученных характеристик подбираем вспомогательный транзистор КТ301Ж. Диаметр транзистора d=5 мм, высота с учётом ножек h=18 мм. Цена транзистора 20 руб.
2.2.2 Выбор силового транзистора M 1
Для выбора полевого транзистора необходимо знать его ток, протекающий через сток – исток, а также выделяемую мощность потерь напряжение сток – исток. Рассматривать будем осциллограммы режимов f =25 Гц, Q =0,25 рис. 14 и f=10 кГц ,Q=1 рис.15.
На рис. 14 – 15 изображены следующие осциллограммы сверху – вниз:
– Ток сток – исток силового транзистора М1 ;
– Напряжение сток – исток силового транзистора М1 ;
–Среднее значение выделяющейся мощности.
2. 2.3 Выбор диода D1
В настоящей работе было произведено моделирование схемы управления током возбуждения автомобильной генераторной установки с когтеобразным ротором. В процессе моделирования были получены данные для выбора элементной базы, наглядные осциллограммы переходных процессов в разных режимах работы установки. Кроме того, была произведена настройка модели таким образом, чтобы она удовлетворяла поставленным требованиям по рабочим частотам и качеству тока возбуждения генератора.
1. Л.Л. Таланов, А.В. Берилов, Д.С. Грузков Электронные преобразовательные устройства. М.: МЭИ, 2010. 184с.
3. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Силовая электроника. М.: МЭИ, 2007. 632 с.
2 Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) АРВ- это устройства, позволяющие изменять по заданным условиям тока возбуждение электрических машин. Осуществляется на синхронных генераторах, мощных синхронных двигателях, синхронных компенсаторах, на генераторах и двигателях постоянного тока и на других специальных электрических машинах изменением напряжения на обмотке возбуждения. При этом изменяется сила тока возбуждения электрической машины и, как следствие, основной магнитный поток и эдс в обмотках якоря. АРВ синхронных генераторов осуществляется в основном с целью обеспечения заданного напряжения в электрической сети, а также для повышения устойчивости их параллельной работы на общую сеть. АРВ широко применяется в электроприводе постоянного тока для поддержания постоянства частоты вращения рабочего органа машины путём воздействия на ток возбуждения двигателя или питающего генератора. Форсировка возбуждения генераторов облегчает и ускоряет процесс восстановления напряжения на шинах после отключения КЗ, что способствует также быстрому самозапуску электродвигателей. Все автоматические регуляторы возбуждения (АРВ), применяемые на синхронных генераторах, различаются по параметру, на который они реагируют, по способу воздействия на систему возбуждения генератора и подразделяются на три основные группы. К первой группе относятся электромеханические АРВ. Эти АРВ реагируют на отклонение напряжения генератора от заданного значения (уставки) и воздействуют на изменение сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя. К таким АРВ относятся ранее широко применявшиеся регуляторы напряжения реостатного и вибрационного типов. Ко второй группе относятся электрические АРВ. Эти АРВ реагируют на отклонение напряжения или тока генератора от заданного значения и подают дополнительный выпрямленный ток в обмотку возбуждения возбудителя от внешних источников питания (трансформаторов тока, напряжения или собственных нужд). 2
5 генератора, благодаря чему напряжение на зажимах статора генератора восстанавливается. Устройство компаундирования успешно работает и в аварийных режимах работы генератора, когда напряжение генератора снижается, а ток в обмотке статора значительно возрастает. В схему компаундирования входят трансформаторы тока ТТ, вторичная обмотка которых включена на промежуточный трансформатор УТП, а также выпрямитель В1, который выпрямляет ток компаундирования перед подачей его в обмотку возбуждения возбудителя ОВВ. Ток компаундирования I к без учета коррекции пропорционален I г. Компаундирование в чистом виде не может обеспечить достаточно точное поддержание напряжения генератора. Поэтому одновременно с регулированием возбуждения по току статора генератора применяется ещё регулирование по напряжению статора. Для введения регулирующего импульса по напряжению трансформатор УТП(универсальный трансформатор с подмагничиванием) оснащается еще двумя обмотками 2 и 4(рис. 4.10, а). Ток в обмотке 2пропорционален U r. Фаза тока I н подобрана так, что ток I н совпадает по фазе с реактивной слагающей тока генератора. Поэтому при чисто активной нагрузке МДС обмоток 1и 2взаимно сдвинуты на 90, а при чисто реактивной нагрузке генератора они совпадают по фазе. Вследствие этого ток компаундирования при неизменных величинах I г и U t получается тем больше, чем ниже cos φ или выше реактивная нагрузка генератора, это так называемое фазовое компаундирование, которое обеспечивает более точное поддержание напряжения, так как ток компаундирования зависит не только от абсолютного значения тока генератора, но и от cos φ. Через обмотку подмагничивания 4 УТП производится окончательная коррекция тока компаундирования относительно заданного значения U r при помощи корректора напряжения. В общем случае в состав корректора напряжения входят два измерительных элемента И1 и И2, включаемых в цепь трансформатора напряжения ТН через установочный автотрансформатор УAT. 5
6 Рис Структурная схема АРВ сильного действия Принцип действия измерительного органа корректора поясняется рис. 4.10, б. Выпрямленный ток I 1 на выходе измерительного элемента И1прямо пропорционален входному напряжению. Поэтому этот элемент называется линейным. Выпрямленный ток I 2 на выходе элемента И2, который называется нелинейным, имеет нелинейную зависимость от входного напряжения (рис. 4.10, б). Оба тока I 1 и I 2 поступают в усилитель У, который реагирует на их разность и усиливает ее. Ток выхода корректора поступает в данном случае в обмотку 4подмагничивания УТП. Из рис. 4.10, б видно, что при снижении напряжения на входе измерительных элементов менее U 1, под действием разности токов (I 1 I 2 ) ток выхода корректора увеличивается. Корректор поддерживает то напряжение генератора, которое соответствует напряжению U 1 на входе измерительных элементов. С помощью автотрансформатора УATможно изменять настройку корректора. Рассмотренная схема АРВ относится к группе регуляторов пропорционального действия, реагирующих на отклонение тока статора и напряжения статора генератора. Разработаны и находятся в эксплуатации регуляторы сильного действия, реагирующие на скорость изменения параметров регулирования или даже на их 6
7 ускорение. Устройство АРВ сильного действия в сочетании с быстродействующими системами возбуждения, имеющими высокие скорости изменения напряжения возбуждения и большие значения потолочного напряжения возбудителя, обеспечивает значительное повышение устойчивости параллельной работы генератора. При этом регулятор будет по-настоящему эффективен, если изменение возбуждения будет производиться не только с учётом изменения напряжения генератора, но и частоты в энергосистеме. Структурная схема АРВ сильного действия приведена на рис Автоматическое регулирование возбуждения состоит из двух основных звеньев: измерительного звена и усилителя-сумматора. В измерительное звено входят: блок измерения напряжения (БИН) и блок измерения частоты (БИЧ). Блок БИН содержит предвключённый элемент блок коррекции тока (БКТ), в котором происходит автоматическая коррекция измеряемого напряжения в зависимости от реактивной составляющей тока генератора. После БКТ сигнал поступает на измерительные элементы (отклонение напряжения) и U' (производная напряжения), выход которых пропорционален указанным величинам. Блок БИЧ имеет измерительные элементы, выход которых пропорционален и f'. Усилитель-сумматор представляет собой двухкаскадный магнитный усилитель, выходной сигнал которого направляется на управление рабочей и форсировочной группами тиристоров быстродействующей системы возбуждения (исполнительный элемент). Для улучшения характеристик АРВ (повышения быстродействия и др.) в схему регулятора обычно вводят обратные связи (ОС). Пункт автоматического регулирования напряжения (ПАРН) Устройство ПАРН рекомендуется применять в условиях сложной эксплуатации высоковольтных электрических линий 6 10 кв трехфазной сети умеренного и сурового климата в котором господствуют: сильный ветер и гололед с интенсивным оледенением проводов, а также при высокой снеговой нагрузке до 250 кгс/м 2. Высокая протяженность воздушных линий электропередач, отражающаяся на качественных показателях электрической энергии и интенсивное присоединение новых 7
9 Блок автоматического регулирования напряжения (БАРН) Устройство используется для регулировки высоковольтного напряжения 6 10 кв в трехфазных электрических сетях с любым видом заземляющей нейтрали и может применяться для любых типов распределительных устройств подстанций, в том числе для установки в местах критического падения напряжения. БАРН способствует повышению пропускной способности как новых, так и уже существующих воздушных линий. Наличие такого оборудования благоприятно сказывается на передаче электроэнергии на большие расстояния и устраняет асимметрию напряжения в электросетях. Рис 2. Вольтодобавочный автрансформатор используемый в комплектации БАРН, оборудованный 32-ступенчатой регулировкой напряжения Принцип работы БАРН происходит за счет геометрического сложения напряжений обмоток. Изменение параметров напряжения происходит при изменении полярности последовательной обмотки, при повышении напряжения полярность меняется, при понижении полярность последовательной и основной обмоток совпадает. Регулировка осуществляется электроникой в шкафу управления, которая подает команду электроприводу, перемещающему переключатель в заданное положение. 9
10 Рис 3. Электрическая схема БАРН Список литературы: 1. Беркович М.А. и др. Автоматика энергосистем: Учеб. для техникумов/ М.А. Беркович, В.А. Гладышев, В.А. Семенов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, с
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 +20 0 С), 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.
Когда напряжение генератора Ur ниже напряжения Upн, 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 Ur> Upн.
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 Upн 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.
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 +90 0 С 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 100 0 С 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.
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.
Регулятор напряжения (см. рис. 16) включает в себя транзистор Т, электромагнитное реле регулятора напряжения РН, полупроводниковые диоды Д1 Дг; резисторы Ry, Rд, Rтк, Rб. 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 Rтк 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 РЗв, магнитный поток который направлен навстречу основной обмотке, и удерживающую РЗу. замыкающие контакты РЗ включены через разделительный диод Др параллельно контактам РН.
Работа регулятора напряжения
При замыкании контактов РН и запирании транзистора Т ток возбуждения падает, уменьшается напряжение генератора, и контакты РН размыкаются. Затем весь процесс повторяется. Диод Дг служит для шунтирования токов самоиндукции обмотки возбуждения генератора, возникающих при переключении транзистора Т. Тем самым исключаются опасные для транзистора перенапряжения.
Работа реле защиты
Одновременно через замкнутые контакты реле защиты получает питание удерживающая обмотка РЗу, 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 Др служит для исключения ложного срабатывания реле защиты при замыкании контактов РН.
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 Др, резисторы R1, R2, R3, R4, R5, и Rtи усилительную часть (УЧ), включающую транзисторы Т2 и Т3, резисторы R6, R7, Rд, 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 Rос, предназначенный для улучшения частотных характеристик регулятора. В цепь делителя напряжения (резисторы
R1 и R3) включён дроссель Др для уменьшения влияния пульсаций выпрямлённого напряжения генератора на работу регулятора напряжения в двух предельных режимах.
1-й режим – напряжение генератора меньше регулируемого (Uг Uрег). Стабилитрон Д1 проводит ток и, следовательно, входной транзистор Т1 открыт, так как по цепи плюс – эмиттер – база транзистора Т1 – резистор делителя R3 – дроссель Др (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 Rд, 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 Rт, сопротивление которого имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. с повышением температуры снижается. Терморезистор Rт компенсирует увеличение напряжения пробоя стабилитрона Д1 с повышением температуры регулятора.
Раздел: Транспорт
Количество знаков с пробелами: 72156
Количество таблиц: 5
Количество изображений: 20
Читайте также: