РЕГУЛЯТОРИ НАПРУГИ

4. РЕГУЛЯТОРИ НАПРУГИ

Частота обертання колінчастого вала двигуна, а тому і ротора генератора, змінюється у широких межах. Оскільки при цьому пропорційно змінюється і швидкість перетину обмоток статора магнітними силовими лініями, то згідно з законом електромагнітної індукції відповідно змінюється і ЕРС, що наводиться в обмотках, а значить, і напруга генератора. Із цього ж закону випливає, що зберегти постійну напругу (а це необхідно для нормальної роботи споживачів) можна, змінюючи магнітну індукцію обернено пропорційно частоті обертання. Досягається це автоматичною зміною сили струму в обмотці збудження за допомогою регулятора напруги. Наприклад, якщо частота обертання збільшиться, регулятор напруги відповідно зменшить силу струму в обмотці збудження, і тому напруга генератора не зростає.

У генераторних пристроях застосовують переважно контактно-транзисторні і транзисторні регулятори напруги. У контактно-транзисторного регулятора є електромагнітний вібратор 5 (рис. 4.1) і транзистор 4. Обмотка збудження 6 генератора підключена не прямо до виводу В, а через резистор Е,_д і паралельне йому коло: емітер Е і колектор К транзистора.

Рис. 4.1. Спрощена схема контактно-транзисторного регулятора напруги:

1 —обмотка статора генератора; 2 — акумуляторна батарея; 3 — вимикач «маси»; 4 — транзистор; 5 — вібратор; 6 — обмотка збудження; 7 — діодний міст

База транзистора через резистор К6 постійно з'єднана з «масою» і рухомим контактом ПК вібратора. Нерухомий контакт НК вібратора з'єднаний з виводом «В» генератора. Обмотка ОРН електромагніта приєднана одним кінцем до виводу «В», а другим — до «маси».

Коли напруга генератора не перевищує допустимої, в обмотці ОРН від акумуляторної батареї або від генератора проходить струм невеликої сили, який викликає незначне намагнічення осердя, і тому пружина Пр утримує контакти вібратора у розімкнутому стані. В цьому випадку база Б транзистора постійно з'єднана з «масою», а тому і з виводом «— » генератора, має менший потенціал, ніж емітер, тому транзистор опиняється в стані «відкрито», і струм збудження йде по колу: вивод «+» батареї 2 (або В генератора) — емітер Е — колектор К транзистора — обмотка збудження 1 генератора — «маса» — вивод «—» джерела. Через резистор Кд струм майже не проходить, оскільки провідність у багато разів менша провідності паралельно підключеного транзистора.

Коли частота обертання збільшиться і напруга генератора перевищить допустиму, збільшиться і сила струму в обмотці ОРН. Сила електромагніта подолає опір пружини Пр і, притягуючи пластинку, яку називають якірцем, замкне контакти ПК і НК. В результаті позитивний вивод «В» з'єднається з базою Б транзистора, її потенціал стане рівним потенціалу емітера, і транзистор перейде в стан «заперто». Струм в обмотку збудження 6 тепер зможе проходити тільки через резистор Кд, тому сила струму різко зменшиться, що викличе відповідне зменшення магнітного потоку в генераторі, а тому і ЕРС в обмотках статора. В результаті напруга на виводах генератора знизиться, контакти вібратора розімкиуться, транзистор перейде в стан «відкрито» і весь процес повторюється.

Таким чином, при високій частоті обертання рухомий контакт весь час вібрує, а напруга генератора коливається від деякого середнього значення. Проте ці коливання внаслідок великої їх частоти не відбиваються на розжарюванні ламп та роботі інших споживачів. Чим сильніше натягнута пружина Пр, тим триваліший час розімкну-того стану контактів і тим вища регульована напруга генератора.

Контактно-транзисторний реле-регулятор РР362-Б застосовують в генераторних пристроях більшості тракторів. Його корпус 1 (рис. 4.2) розділений перегородкою на два відділи. В одному із них на панелі 2 закріплений регулятор 4 напруги і реле 5 захисту. На зворотному боці панелі змонтовані резистори. В другому відділенні розміщені транзистор і два діоди. Для охолодження транзистор закріплений на латунній пластині-тепловідводі 6, а в кришці 3 над відділенням напівпровідників зроблені отвори.

Виводи, помічені буквами В, Ш і М, з'єднують з однойменними виводами генератора, а до виводу В приєднують ще і провід від споживачів.

Регулятор напруги має ізольований від «маси» вигнутий магніто-провід (ярмо) з електромагнітом посередині. До одного стояка ярма за допомогою пружної пластини прикріплений якірець, а до другого — дві пластини з нерухомими контактами. Між ними розміщені рухомі контакти, припаяні з обох боків якірця. Реле захисту за будовою подібне до регулятора напруги, але має тільки одну пару контактів.

Прослідкуємо на схемі шляхи струму в колах реле-регулятора. Коло обмотки ОРН електромагніта: вивод «+» батареї або В генератора — діод Дз резистор — обмотка ОРН — резистор Ктк — «маса» — вивод «—» джерела.

Поки напруга генератора нижча регульованої, контакти К ро-зімкнуті, тому транзистор відкритий. В цьому випадку струм в обмотку 16 збудження генератора проходить по колу: вивод «+» джерела — вивод В — діод Дз — перехід емітер — колектор транзистора 7 — виводи Ш реле-регулятора і генератора — обмотка 16 збудження — «маса» — вивод «—» джерела.

Коли напруга генератора перевищить регульовану і під дією зрослого магнітного притягання розімкнуться контакти К1 і замкнуться контакти К2, транзистор перейде в стан «заперто», так як його база з'єднається з виводом «+» джерела і сила струму керування становитиме нуль. При цьому діод Дз, що називається запірним, збільшить швидкість і надійність запирання транзистора. Оскільки тепер струм в обмотку збудження проходить тільки по паралельному транзистору колу через два послідовно з'єднаних резистори Ку і Кд, то сила струму в обмотці збудження, а значить, і напруга генератора зменшуються, і весь процес повторюється. Звернемо увагу: при цьому через прискорювальний резистор Ку струм проходить в обмотку ОРН, що збільшує частоту коливань якірця до 20...30 Гц.

З нагріванням обмотки ОРН, виконаній із мідного дроту, опір ЇЇ збільшується, в результаті чого регулятор пізніше вступить в дію і буде підтримувати більш високу напругу генератора. Щоб зменшити вплив температури на регульовану напругу, послідовно обмотці ОРН включений резистор Ктк температурної компенсації. Він виконаний із ніхрому, опір якого мало залежить від температури.

Рис. 4.2. Реле регулятор РР362-Б:

а — будова; б — схема; 1 — корпус; 2 — панель; 3 — кришка; 4 — регулятор напруги; 5 — реле захисту; 6 — тепловідвід; 7 — транзистор; 8 — діод; 9,10,11 — виводи; 12 — перемикач посезонного регулювання; 13 — акумуляторна батарея; 14 — вимикач «маси»; 15 — генератор; 16 — обмотка збудження генератора

Напругу, що підтримує регулятор, можна змінювати гвинтом посезонного регулювання. Коли його вигвинчують до упора (положення «Літо»), контактний диск, зображений на схемі як перемикач 12, під'єднує резистор Кпс паралельно резистору К_тк. В результаті опір у колі ОРН зменшується, і напруга, яку підтримує регулятором, знижується з 14,0...15,2 до 13,2...14 В. В реле-регуляторі РР362, що встановлюється на автомобілях,

У процесі роботи регулятора напруги відбувається замикання і розмикання лише нижніх контактів К2, а верхні К1 залишаються розімкнутими, оскільки амплітуда коливань якірця мала. Контакти К1 замикаються і розмикаються лише в моменти переходу напруги генератора від пониженої до нормальної, і навпаки. На схемі видно, що при замкнутих контактах К1 резистор зворотного зв'язку К.₃₃ виявляється ввімкненим паралельно обмотці ОРН, і тому якірець починає притягуватися до осердя при підвищеній напрузі генератора. В момент розмикання контактів К1 струм у обмотці ОРН різко збільшується, цим досягають надійного притягування якірця і запобігають деренчанню контактів у перехідному режимі.

У момент запирання транзистора внаслідок різкого зменшення сили струму в обмотці збудження наводиться ЕРС самоіндукції. Щоб під дією цієї сили не відбулося пробивання транзистора, паралельно обмотці збудження підключений діод Дг, який разом з обмоткою утворює контур, де гаситься енергія самоіндукції.

Реле захисту охороняє транзистор від руйнування великою силою струму в випадку короткого замикання в колі обмотки збудження генератора. При такому пошкодженні напруга генератора падає до нуля, і хоч по обмотці ОРН проходить струм від акумуляторної батареї, контакти К2 розімкнуться, тому що напруга батареї менша напруги генератора, при якій відбувається замикання контактів. Тому транзистор залишиться в стані «Відкрито», і якщо не вжити заходів для закриття, то через нього буде проходити струм короткого замикання по колу: «+» батареї — вивід В — діод Д — перехід емітер — колектор — вивід Ш — місце короткого замикання — «маса» — «-» батареї.

За допомогою реле захисту транзистор переходить в стан «Закрито» таким чином. Після розмикання контактів К2 замкнуться контакти К1, і струм проходитиме по колу: «+» батареї — ярмо реле захисту — з'єднувальний провід — ярмо і якірець регулятора напруги — контакти К1 — обмотка ОРЗ — затискач Ш — місце короткого замикання — «маса» — «-» батареї. Проходячи по обмотці ОРЗ, струм створює велике магнітне поле, якірець реле захисту притягується до осердя, і внаслідок замикання контактів база транзистора опиняється з'єднаною з виводом «+» батареї, транзистор закритий і залишається в цьому стані, поки вмикачем 14 не від'єднають «—» батареї від «маси». Вмикати його можна тільки після усунення несправності.

Транзисторний регулятор напруги діє подібно до контактно-транзисторного, з тією лише різницею, що силою струму в обмотці збудження генератора керують не за допомогою електромагнітного вібратора, а стабілітроном 5 (рис. 4.3, а). Коли напруга генератора перевищить регульовану, відбувається електричне (але не теплове) пробивання стабілітрона. База транзистора виявляється з'єднаною з виводом «+» джерела, транзистор закривається, і струм проходить лише через резистор Р_д. Напруга генератора знижується, стабілітрон закри вається, транзистор переходить в стан «Відкрито», і через нього проходить збільшений струм збудження. В результаті напруга знову зростає до пробивання стабілітрона, процес знову повторюється.

Схема транзисторного регулятора напруги, зображена на рис. 4.3, а, спрощена. На практиці до нього входять два або три транзистори, велика кількість резисторів, діодів та деякі інші складові елементи.

Не дивлячись на це, габарити транзисторного регулятора напруги у кілька разів менші, ніж контактно-транзисторного реле-ре-гулятора, і в експлуатації не вимагається регулювання.

Габаритні розміри регулятора напруги Я112-Б (рис. 4.3, б), виконаного в вигляді інтегральної мікросхеми, дозволяють монтувати його на кришці генератора.

Рис. 4.3. Спрощена схема транзисторного регулятора напруги (а) і інтегральний регулятор напруги Я-112Б (б):

1 — генератор; 2 — акумуляторна батарея; 3 — вимикач «маси»;

4 — транзистор; 5 — стабі- ' літрон; 6 — обмотка збудження генератора;

7 — випрямляч генератора; 8 — контактні площадки; 9 — орієнтуючий виступ;

10 — основа, 11 —кришка

5. СИСТЕМА ЗАПАЛЮВАННЯ ВІД МАГНЕТО

Робоча суміш у пускових двигунах запалюється від електричного розряду (іскри), який виникає між електродами, розташованими в камері згоряння.

Для виникнення в камері згоряння електричної іскри призначений пристрій, який називають іскровою запальною свічкою. Створює імпульси високої напруги і подає їх до свічки пускового двигуна магнето. Разом з проводом високої напруги 5 (рис. 5.2) свічка 4 і магнето і складають систему запалювання пускового двигуна. Вона працює самостійно, окремо від інших приладів електрообладнання трактора.

Для нормальної роботи двигуна важливе значення має момент запалювання робочої суміші. Кут повороту колінчастого вала за інтер вал часу від моменту початку іскроутворення до моменту приходу поршня у ВМТ називається кутом випередження запалювання. При повному навантаженні двигуна на номінальному швидкісному режимі кут випередження запалювання перебуває в інтервалі 25...40⁰. На пускових двигунах тракторів він забезпечується відповідним встановленням корпуса магнето відносно остова пускового двигуна.

Магнето являє собою пристрій, який виробляє струм низької напруги, переробляє його у струм високої напруги і підводить до запальної свічки. В одному корпусі з магнето розташовані генератор змінного струму, переривник струму низької напруги, конденсатор та індукційна котушка (трансформатор).

На пускових двигунах використовують малогабаритні магнето М-124 або його модифікації. Магнето М-124 одноіскрове, правого обертання, з постійним моментом іскроутворення.

Кріпиться магнето фланцем корпуса 2 (рис. 5.1.). При цьому поводок 1, встановлений на валу ротора 19, вводиться в паз шестерні привода.

Генератор змінного струму магнето складається з ротора і стояків з полюсними башмаками. В корпусі з немагнітного цинкового сплаву розміщено магнітопровідні стояки 11 (рис. ) з полюсними башмаками. Стояки і закріплене на верхніх площинах осердя трансформатора 10 зібрані з окремих пластин електротехнічної сталі.

Рис. 5.1 Магнето

I— повідець; 2 — корпус; 3 — стояк; 4 — осердя трансформатора;

5 — первинна обмотка; 6 — вторинна обмотка; 7 і 13 — кришки; 8 — вивід;

9 — провід високої напруги; 10 — стержень; II— пружина; 12 — контакт переривника; 14 — важілець рухомого контакту; 15 — кулачок;16 — диск переривника; 17 — конденсатор; 18 — кнопка вимикання запалювання; 19 — ротор

Рис. 5.2. Схема системи запалювання пускового двигуна:

1 — магнето; 2 — вимикач блокування пуску двигуна при включеній передачі; 3 — кнопка дистанційного виключення запалювання (на щитку приладів кабіни трактора); 4 — запальна свічка; 5 — провід високої напруги; 6 — контакт: 7— іскровий розрядник; 8, 9 — вторинна і первинна обмотки трансформатора; 10 — осердя трансформатора; 11 — стояки; 12 — полюсні наконечники магніту; 13 —ротор (магніт); 14 —піввісь; 15 — пакет пластин; 16 — ексцентрик; 17 —кулачок; 18 — вісь; 19 — текстолітова подушка; 20 — важіль переривника; 21 — рухомий контакт; 22 — нерухомий контакт; 23 — контактний стояк; 24 — гвинт кріплення стояка; 25 — пластинчаста пружина; 26 — конденсатор; 27 — кнопка виключення запалювання (на корпусі магнето)

Між полюсними башмаками і наконечниками 12 ротора 13 витримується певний зазор для одержання надійного магнітного потоку, який проходить через осердя трансформатора 10.

Ротор виконаний з окремих деталей. Постійний магніт ротора 13 виготовляється у вигляді циліндра із нікель-алюмінієвої сталі (сплав ЖНА) або оксидно-барієвих сплавів. На постійний магніт 13 напресовують пакет пластин 15 і дві півосі 14. В пакеті пластин встановлюють полюсні башмаки: М—північ (Пн) і 8—південь (Пд). Всі ці деталі скріплюються цинковим сплавом.

Трансформатор складається з осердя 10 і котушки, що має первинну 9 і вторинну 8 обмотки. Первинна із 166 витків товстого мідного, дроту діаметром 0,8...1,0 мм намотана на осердя. Один кінець цієї обмотки припаяний до осердя і є «масою» (з'єднаний з нерухомим контактом 18 переривника), другий — з'єднаний з початком вторинної обмотки і з рухомим контактом 21 переривника. Вторинна обмотка має 13000 витків тонкого мідного дроту діаметром 0,05...0,08 мм. Другий кінець вторинної обмотки з'єднаний з проводом високої напруги 5.

Паралельно первинній обмотці трансформатора в електричну схему низької напруги увімкнено кнопку 27 виключення запалювання, конденсатор 26, кнопку 3 дистанційного виключення запалювання і вмикач 2 блокування пуску двигуна при включеній передачі. Переривник складається з кулачка 17, нерухомого 22 і рухомого 21 контактів, які мають наконечники з тугоплавкого металу. Це запобігає обгорянню при виникненні між ними іскри під час розмикання контактів. За кожний оберт ротора 13 магнітний потік в осерді трансформатора безперервно змінюється за величиною і двічі за напрямом. Максимального значення магнітний потік набуває тоді, коли ротор обертається на кут 8-10° від нейтрального положення у бік обертання. Цей кут називають абрисом магнето.

Під дією змінного магнітного потоку в первинній обмотці трансформатора утворюється електрорушійна сила напругою до 30 В. Оскільки контакти переривника замкнуті, електрорушійна сила забезпечує протікання струму по такому колу: первинна обмотка трансформатора — пластинчаста пружина — контакти переривника — «маса» ~- первинна обмотка трансформатора. Струм, який проходить по первинній обмотці трансформатора, утворює навколо неї магнітне поле. В момент максимального значення струму в первинній обмотці кулачок розмикає контакти переривника, струм низької напруги в первинній обмотці зникає. Зникає і утворене ним магнітне поле, пройшовши витки вторинної обмотки. Під дією цього поля у вторинній обмотці утворюється електрорушійна сила високої напруги. Електрорушійна сила забезпечує протікання струму високої напруги до 24000 В по такому колу: вторинна обмотка трансформатора — провід високої напруги — електроди запальної свічки — «маса». Між електродами свічки виникає іскровий розряд.

Одночасно з утворенням струму високої напруги у вторинній обмотці з'являється струм самоіндукції напругою 200...300 В у первинній обмотці. Струм самоіндукції запобігає швидкому зниканню магнітного поля у первинній обмотці, що зменшує напругу у вторинній. Цей недолік в роботі магнето усувається конденсатором, який під час розмикання контактів переривника заряджається і розряджається при замиканні кола первинної обмотки. При заряджанні конденсатора поглинається струм самоіндукції первинної обмотки. Це зменшує обгоряння контактів переривника і збільшує напругу у вторинній обмотці трансформатора.

Щоб не допустити пуску дизеля при включеній передачі на тракторах встановлюється спеціальний блокуючий пристрій. Він складається з вимикача і електропроводки. Один контакт вмикача 2 з'єднаний з масою трактора, другий — електропроводкою з первинною обмоткою магнето. При вимкнених передачах контакти вимикача 2 розімкнуті, блокуючий пристрій вимкнений, система запалювання працює. Зупинка пускового двигуна здійснюється кнопкою 3 магнето. Якщо ввімкнута певна передача, замикаються контакти вимикача 2, через який первинна обмотка магнето постійно з'єднана з «масою». Магнето не виробляє струм високої напруги і двигун не працює.