Генератори і реле регулятори

Тема: Генератор. Будова генератора і принцип дії, призначення генераторів. Електричні характеристики генераторів.

Генератор – основне джерело електричної енергії в двугуні. Вал генератора приводиться в обертання від шківа встановленого на колінчатому валі двигуна, клиновидним ременем. Передаточне число клиноременевої передачі 1,7–2,5. При руху автомобіля частота обертання колінчатого валу при холостому ході у сучасних двигунах становить 500–600 хв^-1, максимальна частота – 4000–5000 хв^-1. Таким чином, кратність зміни частоти обертання двигуна, а значить, і вала генератора може досягти 8–10 (5–6 для дизелів). Напруга генератора залежить від частоти обертання його вала. Чим вища частота обертання, тим більша його напруга. Контрольно-вимірювальні прилади, розраховані на напругу від постійного струму 12 або 24 В. Підтримка такої напруги генератора незалежно від частоти обертання і навантаження генератора (включаючи споживачів) виконує спеціальний прилад – регулятор напруги. При зниженні частоти обертання колінчатого вала двигуна нижче 700–800 хв^-1 напруга генератора стає меншою напруги акумуляторної батареї. Якщо батарею не відключити від генератора, вона почне розряджатися на генератор, що може призвести до перенагрівання ізоляції обмоток генератора і розряду акумуляторної батареї. При збільшенні частоти обертання колінчатого валу двигуна необхідно знов включити генератор в систему електрообладнання. Включення генератора в систему електрообладнання, коли його напруга вища напруги акумуляторної батареї, і відключення генератора від сітки, коли напруга нижче напруги акумуляторної батареї, виконує спеціальний прилад, який називається реле зворотнього струму.

Генератор розрахований на віддачу визначеної максимальної для даного генератора величини струму, але при несправності в системі електрообладнання (розряджена акумуляторна батарея, коротке замикання і т.д.) генератор може віддавати струм більше, чим той, на який він розрахований. Довга робота генератора в такому режимі приведе до його перегріву і згоранню ізоляції обмоток. Для захисту генератора від перевантаження призначений спеціальний прилад – обмежувач струму.

Регулятор напруги, реле зворотнього струму і обмежувач струму об’єднання в одному пристрої, який називається реле-регулятор.

В генераторах змінного струму реле зворотнього струму і обмежувач струму можуть бути відсутніми, але в будові генератора є пристрої, які виконують функції цих приладів.

Розробка регуляторів напруги з використанням технології і елементів електроніки дозволила різко знизити об’єм регулятора і в монтувати його в корпус генератора. Генератори змінного струму з вмонтованим регулятором напруги називається генераторної установкою.

Будова і принцип дії генератора змінного струму.

Генератори змінного струму мають ряд переваг перед генераторами постійного струму: меншу масу і габарити при тій же потужності; більший ресурс при більш високому рівні надійності; відсутність колектора; розміщення обмоток збудження на обертаючому роторі, що значної мірою зменшує зношення контактних кілець, так як струм збудження по відношенню до струму генератора відносно малий (не більше 10–20%); зменшення вартості експлуатаційних витрат; менші витрати міді (2–2,5 рази); можливість підвищення передаточного числа від двигуна до генератора до 2,5 і більше (в цьому випадку на обертах холостого ходу двигуна генератор віддає до 25–50% своєї потужності, що покращує умови зарядження батареї на автомобілі, а відповідно, підвищує термін її придатності).

На рис. 1 показана будова генератора змінного струму Г-250. Генератор має статор 6 з трьохфазною обмоткою, виконану в вигляді окремих котушок, насаджених на зубці статора. В кожній фазі є по шість котушок, з’єднаних послідовно; фазні обмотки статора з’єднанні зіркою, їх вихідні клеми підключенні до випрямного блоку 10.

В деяких генераторах обмотки з’єднанні трикутником. В цьому випадку провід фазних обмоток статора більш тонкий (I_л =при Δ і I_л=I_ф при з’єднанні зіркою), що полегшує намотування обмоток генератора.

Пакет статора 6 набраний із пластин електротехнічної сталі. Обмотка збудження 4 генератора виконана в вигляді котушки і розміщена на стальній втулці в середині клиноподібних полюсів ротора 13. Втулка полюса ротора і контактні кільця 5 жорстко закріпленні на валу ротора 3. Магнітне поле, створене обмоткою збудження, проходячи через торці клиноподібних полюсів, утворює додатні і від’ємні полюса на роторі. При обертанні магнітне поле його полюса пересікає витки котушок обмотки статора, індукуючи в кожній фазі змінну ЕРС. Таким чином, принцип дії генератора змінного і постійного струму одинакові. Різниця лише в тому, що в генераторі постійного струму магнітний потік обмотки збудження в просторі нерухомий, а в генераторі змінного струму він обертається разом з ротором.

Струм до обмотки збудження підводиться через щітки 8 і контактні кільця 5, до яких припаяні кінці обмоток збудження. Щітки укріпленні в щіткотримачі 9. У генераторів змінного струму в контакті між щіткою і контактним кільцем відсутнє явище комутації і значно менша величина струму, який проходить через щітку. Тому термін служби щіток у генераторів змінного струму значно вищий, ніж у генераторів постійного струму.

Статор генератора з допомогою стяжних болтів закріплений між кришками 1 і 7, які мають кронштейни кріплення генератора до двигуна. Кришки відлиті із алюмінієвого сплаву. З ціллю зменшення зношування посадочне місце під підшипник в кришці 7 і отвір в кронштейнах кришок армовані стальними втулками. В кришці встановлені підшипники кочення 2 і 12 з двохстороннім ущільненням і змазкою, закладеною не весь термін служби підшипника.

На виступаючий кінець вала 3 ротора кріпиться вентилятор 14 і шків 15. В кришках є вентиляційні вікна, через які проходить охолоджуюче повітря. Напрям його руху – від кришки із сторони контактних кілець до вентилятора. Привідний шків в залежності від типу автомобіля, на який встановлюється генератор, може мати різний діаметр і січення паза під ремінь. Цим досягається уніфікація генераторів для різних типів автомобілів.

В кришці з сторони кілець встановлюється випрямний блок 10, зібраний із кремнієвих вентилів (діодів), допускаючих робочу температуру +150⁰С.

Рис. 1. Генератор змінного струму Г-250

Реле регулятори

Реле-регулятор — електронний чи електронно-механічний пристрій, що здатний підтримувати напругу, яка видається генератором транспортного засобу, у заданих межах для нормального функціонування споживачів цієї напруги.

Структурна схема включення реле-регулятора

• 1Принцип роботи

  • 1.1Опис роботи вібраційного реле - регулятора

• 2Переваги і недоліки

Принцип роботи

Регулятор напруги підтримує напругу бортової мережі в заданих межах у всіх режимах роботи при зміні частоти обертання ротора генератора, електричного навантаження, температури навколишнього середовища чи температури моторного відділення (де встановлені окремі споживачі).

Крім того, він може виконувати додаткові функції - захищати елементи генераторної установки від аварійних режимів і перевантаження, автоматично включати в бортову мережу ланцюг обмотки збудження або систему аварійної сигналізації роботи генераторної установки.

Всі регулятори напруги працюють за єдиним принципом.

Напруга генератора визначається трьома факторами -

• частотою обертання ротора,

• силою струму, яку генератор здатний віддати у навантаження,

• і величиною магнітного потоку, що створюється струмом обмотки збудження.

Чим вище частота обертання ротора і менше навантаження на генератор, тим вище напруга генератора. Збільшення сили струму в обмотці збудження збільшує магнітний потік і тим самим напругу генератора, зниження струму збудження (відповідно) зменшує напругу.

Всі регулятори напруги стабілізують напругу зміною струму збудження. Якщо напруга зростає або зменшується, регулятор відповідно зменшує чи збільшує струм збудження і вводить напругу бортової мережі в потрібні межі.

Скажімо, бортова мережа має робочу напругу 12 В. Зрозуміло, щоб відбувалося заряджання акумуляторної батареї, слід подати на її клеми напругу, яка б дозволила пересилити електро-рушійну силу в самій батареї, і при цьому дозволила працювати решті споживачам мережі (засоби освітлення, сигналізації, зв'язку, подачі звукового сигналу, реле комутації ланцюгів, склоочисники, склоомивачі, тощо).

Проте, зрозуміло, що занадто сильно збільшувати значення напруги на клеми АКБ теж не доцільно, оскільки в такому разі АКБ «закипає», що призведе до википання електроліту і, я

• як наслідок, значного зниження ресурсу АКБ.

Для мережі 12 В більшість реле-регуляторів визначають діапазон регулювання напруги в межах 13,8 +/-0,5В, тобто від 13,3 до 14,2 В.

В автомобільній техніці, бронетехніці, танках, що розроблялася до 1970х років, застосовувалися вібраційні реле-регулятори. Із розвитком напівпровідникової і цифрової техніки поширення отримали менш громіздкі контактно-транзисторні та безконтактні реле-регулятори.

Роль випростувача напруги в транспортному засобі відіграє діодний міст із 6 діодів, що його за зовнішній вигляд автомобілісти часто називають «підковою». Випростана (постійна) напруга з випростувача потрапляє на елемент порівняння. На інший вхід елемента порівняння потрапляє певна еталонна напруга . Де еталонна напруга порівнюється з виміряною напругою з виходу регулятора. В залежності від різниці еталонної і виміряної напруги формується струм керування регулятором, за яким регулятор підвищує чи знижує напругу на виході.

Опис роботи вібраційного реле - регулятора

Перші реле - регулятори почали застосовуватися задовго до масового використання напівпровідникової техніки. Збиралися вони на трьох реле і називалися вібраційними .

Генератор є електричною машиною змінного струму, себто, є можливість міняти струм обмотки збудження, що дає змогу керувати вихідною напругою. На цьому і основується принцип роботи регулятора напруги.

Вібраційний реле-регулятор складається з трьох електромагнітних реле

1. Регулятор напруги (на електричних схемах скорочено позначається РН) зменшує магнітний потік в обмотці збудження (на статорі); обмотка реле включена послідовно з обмоткою збудження. При підвищенні напруги на генераторі вище розрахункового межі (наприклад більше 14,5 вольт) електромагнітне реле спрацьовує і послідовно обмотці збудження включається додатковий опір, що обмежує струм збудження, зменшується магнітний потік, і, отже, напруга на генераторі зменшиться. При зменшенні напруги нижче розрахункового електромагнітне реле шунтує додатковий опір, струм в обмотці збудження зростає, зростає магнітний потік і напруга на генераторі підвищується. Оскільки процес протікає з великою частотою, напруга в бортовій мережі автомобіля залишається майже постійною. Від цих високочастотних коливань різниці напруги («вібрацій»)реле-регулятор такого типу і отримав свою назву.

2. Обмежувач струму — електромагнітне реле, що не дозволяє струму генератора перевищувати розрахункову величину в момент, коли з цим не може впоратися регулятор напруги. Обмотка обмежувача струму включена послідовно між генератором і споживачами. При досягненні струмом певної розрахункової верхньої межі, а значить і межі, що визначена для даного обмежувача струму, в його обмотці — реле спрацьовує, і в ланцюг обмотки збудження генератора включається додатковий опір, зменшується струм збудження, зменшується напруга на генераторі, а отже, зменшується струм, що віддається генератором. При відключенні споживачів обмежувач струму підтримує постійну величину зарядного струму акумуляторної батареї. При включенні споживачів електроенергії зарядний струм буде зменшуватися в залежності від опору навантаження. При цьому, якщо струм зовнішнього ланцюга перевищує максимально допустимий обмежувачем струму, то, крім струму генератора, в зовнішній ланцюг піде струм з акумуляторної батареї, тобто батарея буде розряджатися.

Обмежувач струму і регулятор напруги працюють не одночасно. Поки струм, що віддається генератором не досягне допустимої максимальної величини, працює тільки регулятор напруги. Коли струм генератора досягне граничної величини, обмежувач струму включає додатковий опір, а регулятор напруги перестає працювати.

3. Реле зворотного струму (скорочено РЗС). При тривалому проходженні струму батареї через генератор можуть перегріватися обмотки, крім того, марно розряджається акумулятор. Призначення реле зворотного струму — автоматично відключати генератор від зовнішнього ланцюга, коли його напруга стане менше напруги батареї і включати генератор, як тільки напруга генератора перевищить розрахункову величину.

4. Якщо на панелі приладів встановлена контрольна лампа роботи генератора (засвічується при низькій напрузі генератора, коли витрачається енергія акумулятора) — встановлюється четверте реле (зазвичай виконується в окремому корпусі) — реле включення контрольної лампи.

Переваги і недоліки

• Вібраційні реле - регулятори більш громіздкі.

• При роботі вібраційних реле-регуляторів спостерігається таке явище як підгоряння контактів, що, в залежності від умов експлуатації, потребує періодичного чищення контактних груп, а через певний час їх заміни.

• Реле-регулятори, що зібрані на напівпровідниковій елементній базі, менші за габаритами. Як правило, вони виконуються неремонтопридатні (заміняється в цілому так звана «таблетка» чи «шоколадка» на слензі автоаматорів); такі реле-регулятори не потребують обслуговування (за виключенням заміни контактних щіток, якщо вони йдуть в одному корпусі із контактною групою генератора). Проте, їм притаманний такий недолік, як перегоряння напівпровідникових елементів в разі раптового короткочасного підвищення бортової напруги (в разі, наприклад, удару блискавки, проведення зварювальних робіт без відключення генератора, несправності споживача, тощо). «Пробій» транзистора в схемі реле-регулятора може викликати улюблений спосіб перевірки деякими фахівцями АКБ шляхом замикання клеми «+» на корпус чи бобіни запалення.

1.Будова генератора.З яких елементів основних складаеться генератор?

2.Для чого він потрібен ?

3.Принцип дії.

4. Від чого залежить напруга генератора?

5.Що таке реле- регулятор.

6.Для чого потрібне реле зворотнього струму?

7.Яку функцію виконуе регулятор напруги?