0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Общие принципы работы регуляторов

Принцип работы ПИД-регулятора для начинающих

Как следует из названия, в этой статье мы дадим точное представление о структуре и работе ПИД-контроллера. Однако сначала, давайте познакомимся с ПИД-контроллерами.

ПИД-регуляторы находятся в широком диапазоне применений для управления промышленными процессами. Приблизительно 95% операций с замкнутым контуром в промышленной автоматизации используют ПИД-регуляторы. PID обозначает Пропорционально-интегральная-диференциальная составляющая. Эти три контроллера объединены таким образом, что он создает управляющий сигнал.

В качестве контроллера обратной связи он обеспечивает выход управления на желаемых уровнях. ПИД-регулирование осуществлялось с помощью аналоговых электронных компонентов, перед изобретением микропроцессоров. Но сегодня все ПИД-контроллеры обрабатываются микропроцессорами. ПрограммируемыеПрограммируемые логические контроллеры также имеют встроенные настройки ПИД-регулятора. Благодаря гибкости и надежности ПИД-регуляторов, они традиционно используются в системах управления технологическим процессом.

Работа ПИД-регулятора

При использовании недорогого простого контроллера возможны только два состояния управления, например, полностью ВКЛ или полностью ВЫКЛ. Он используется для настроек с ограничением контроля, в котором эти два состояния управления достаточно для целей управления. Однако характер этого контроля ограничивает его использование и, следовательно, заменяется ПИД-контроллерами.

ПИД-регулятор поддерживает выход таким образом, что между переменной процесса и заданной точкой / желаемым выходом с помощью операций замкнутого контура имеется нулевая ошибка. ПИД использует три основных поведения управления, которые объясняются ниже.

П-контроллер:

Пропорциональный или П-регулятор дает выход, который пропорционален текущей ошибке e (t). Он сравнивает желаемую или заданную точку с фактическим значением или значением процесса обратной связи. Полученная ошибка умножается на пропорциональную константу, чтобы получить выход. Если значение ошибки равно нулю, то выход этого контроллера равен нулю.

Этот контроллер требует смещения или ручной сброс при использовании отдельно. Это происходит потому, что он никогда не достигает состояния устойчивого состояния. Он обеспечивает стабильную работу, но всегда поддерживает постоянную ошибку. Скорость реакции возрастает при увеличении пропорциональной константы Kр.

И-контроллер

Из-за ограничения П-контроллера, где всегда существует смещение между переменной процесса и заданным значением, необходим И-контроллер, который обеспечивает необходимые действия для устранения ошибки установившегося состояния. Он интегрирует ошибку в течение периода времени, пока значение ошибки не достигнет нуля. Он содержит значение для конечного устройства управления, при котором ошибка становится равной нулю.

Интегральное управление уменьшает его выход, когда происходит отрицательная ошибка. Он ограничивает скорость реакции и влияет на стабильность системы. Скорость реакции увеличивается за счет уменьшения интегрального усиления Ki.

На приведенном выше рисунке, когда коэффициент усиления И-контроллера уменьшается, ошибка установившегося режима также продолжает уменьшаться. В большинстве случаев контроллер ПИ используется, в частности, когда требуется высокая скорость ответа.

При использовании ПИ-регулятора выход И-контроллера ограничен некоторым диапазоном для преодоления интегральных условий, когда интегральный выход растет даже при нулевом состоянии ошибки из-за нелинейности на установке.

Д-контроллер

И-контроллер не может предсказать будущее поведение ошибки. Поэтому он реагирует нормально после изменения заданного значения. Д-контроллер преодолевает эту проблему, ожидая будущего поведения ошибки. Его выход зависит от скорости изменения погрешности за время, умноженное на постоянную производной. Это дает начало запуска для выхода, тем самым увеличивая системный отклик.

На приведенном выше рисунке ответ контроллера Д больше, по сравнению с контроллером ПИ, а также время установления выходного сигнала уменьшается. Это улучшает стабильность системы за счет компенсации фазового запаздывания, вызванного И-контроллером. Увеличение производного усиления увеличивает скорость реакции..

Итак, наконец, мы заметили, что, объединив эти три контроллера, мы получим желаемый ответ для системы. Различные производители разрабатывают различные алгоритмы ПИД.

Методы настройки ПИД-регулятора

Перед началом работы ПИД-регулятора он должен быть настроен на динамику контролируемого процесса. Дизайнеры дают значения по умолчанию для параметров П, И, Д, и эти значения не могут дать желаемую производительность, а иногда приводят к нестабильности и медленным характеристикам управления. Разработаны различные методы настройки для настройки ПИД-регуляторов и требуют от оператора большого внимания для выбора наилучших значений пропорциональных, интегральных и диференциальных коэффициентов. Некоторые из них приведены ниже.

Метод проб и ошибок: это простой способ настройки ПИД-регулятора. Пока система или контроллер работают, мы можем настроить контроллер. В этом методе сначала нужно установить значения Ki и Kd в нуль и увеличить пропорциональный коэффициент (Kp), пока система не достигнет колебательного поведения. Как только он осциллирует, отрегулируйте Ki (интегральный термин), чтобы колебания остановились и, наконец, отрегулировали Д, чтобы получить быстрый отклик.

Технологическая кривая технологического процесса: это метод настройки с открытым циклом. Он производит ответ, когда к системе применяется шаг ввода. Первоначально мы должны вручную вводить некоторые данные управления в систему и записывать кривую ответа.

После этого нам нужно рассчитать наклон, неподвижное время, время нарастания кривой и, наконец, подставить эти значения в уравнениях П, И и Д, чтобы получить значения коэффициента усиления ПИД.

Метод Zeigler-Nichols: Zeigler-Nichols предложил методы замкнутого контура для настройки ПИД-регулятора. Это метод непрерывного циклирования и метод демпфирования колебаний. Процедуры для обоих методов одинаковы, но поведение колебаний различно. При этом сначала нужно установить постоянную p-контроллера, Kp на определенное значение, а значения Ki и Kd равны нулю. Пропорциональный коэффициент усиления увеличивается до тех пор, пока система не будет колебаться с постоянной амплитудой.

Усиление, при котором система производит постоянные колебания, называется конечным усилением (Ku), а период колебаний называется предельным периодом (Pc). Как только это достигнуто, мы можем ввести значения P, I и D в ПИД-контроллере по таблице Zeigler-Nichols, зависит от контроллера, используемого как P, PI или PID, как показано ниже.

Структура ПИД-регулятора

ПИД-регулятор состоит из трех членов, а именно пропорционального, интегрального и диференциального. Объединенная работа этих трех контроллеров дает стратегию управления процессом контроля. ПИД-регулятор управляет переменными процесса, такими как давление, скорость, температура, расход и т. д. В некоторых приложениях используются ПИД-регуляторы в каскадных схемах, где для достижения контроля используются два или более ПИД.

На приведенном выше рисунке показана структура ПИД-регулятора. Он состоит из блока PID, который дает свой вывод для обработки блока. Процесс / установка состоит из конечных устройств управления, таких как исполнительные механизмы, регулирующие клапаны и другие управляющие устройства для управления различными процессами промышленности / установки.

Сигнал обратной связи от технологической установки сравнивается с уставкой или сигналом u (t), и соответствующий сигнал ошибки e (t) подается на алгоритм ПИД-регулирования. Согласно пропорциональным, интегральным и диференциальным расчетам в алгоритме, контроллер производит комбинированный ответ или управляемый выход, который применяется к устройствам управления установкой.

Все управляющие приложения не нуждаются во всех трех элементах управления. Комбинации, такие как элементы управления PI и PD, очень часто используются в практических приложениях.

Общие принципы работы регуляторов

Каталог статей Принципы действия устройств Автомобильные узлы

  • Currently 2.51/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Рейтинг 2.5/5 (112 голосов)

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийной работы генераторной установки.

Все регуляторы напряжения работают по единому принципу. Напряжение генератора определяется тремя факторами — частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.

Все регуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 1.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий

элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора 2 Ud и преобразует его в сигнал Uизм., который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением Uэт.

Если величина Uизм. отличается от эталонной величины Uэт, на выходе измерительного элемента появляется сигнал Uo, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

Таким образом, к регулятору напряжения обязательно должно быть подведено напряжение генератора или напряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбуждения генератора. Если функции регулятора расширены, то и число подсоединений его в схему растет.

Чувствительным элементом электронных регуляторов напряжения является входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение поступает на элемент сравнения, где роль эталонной величины играет обычно напряжение стабилизации стабилитрона. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т.е. начинает пропускать через себя ток, если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Напряжение же на стабилитроне остается при этом практически неизменным.

Ток через стабилитрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах чувствительный элемент представлен в виде обмотки электромагнитного реле, напряжение к которой, впрочем, тоже может подводиться через входной делитель, а эталонная величина — это сила натяжения пружины, противодействующей силе притяжения электромагнита.

Коммутацию в цепи обмотки возбуждения осуществляют контакты реле или, в контактно-транзисторном регуляторе, полупроводниковая схема, управляемая этими контактами.

Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то, что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и выключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и контактно- транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжительность включения обмотки или дополнительного резистора.

Поскольку вибрационные и контактно-транзисторные регуляторы представляют лишь исторический интерес, а в отечественных и зарубежных генераторных установках в настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы, близкой к отечественному регулятору напряжения Я112А1 и регулятору EE14V3 фирмы BOSCH (рис. 2).

Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1, имеющим дополнительный

выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается, и по нему начинает протекать ток.

Транзисторы же пропускают ток между коллектором и эмиттером, Т.е. открыты, если в цепи база-эмиттер ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.

Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от выхода генератора Д через делитель напряжения на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора невелико, и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вывода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2, он открывается, через его переход эмиттер-коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания.

Соединение транзисторов VT2, VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния.

Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD1. При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VТЗ на «массу». Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VD2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VТЗ, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т.д., процесс повторяется.

Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис. 3.

Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается.

В схеме регулятора по рис. 2имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим.

Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обратной связи. При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD2 резко уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения. Это благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки.

Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо ускоряют переключения транзисторов. В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери мощности в нем и его нагрев.

Из рис. 2 хорошо видна роль лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки НL. При неработающем двигателе внутреннего сгорания замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва.

После запуска двигателя, на выводах генератора Д и «+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генераторная установка при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генераторной установки или обрыве приводного ремня.

Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора, если при работающем двигателе автомобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбуждения, то лампа HL загорится.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — понижалось.

Для автоматизации процессов изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включаемый в схему регулятора напряжения. В простейшем случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах.

В рассмотренной схеме регулятора напряжения, как и во всех регуляторах аналогичного типа, частота переключений в цепи обмотки возбуждения изменяется по мере изменения режима работы генератора. Нижний предел этой частоты составляет 25-50 Гц. Однако имеется и другая разновидность схем электронных регуляторов, в которых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудованы широтно-импульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает заданную частоту переключения.

Применение ШИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т.п.

В настоящее время все больше зарубежных фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя. Для автоматического предотвращения разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля в регулятор такого типа заводится фаза генератора.

Регуляторы, как правило, оборудованы ШИМ, который, например, при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера.

После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

Принцип работы регулятора напряжения

Введение

Цель – изучение конструкции и диагностических параметров регуляторов напряжения.

1. Рассмотреть конструкции регуляторов напряжения.

2. Изучить порядок подключения генератора и регулятора напряжения к установке.

3. Снять диагностические параметры регулятора напряжения согласно порядку выполнения лабораторной работы.

4. Дать оценку полученным результатам.

5. Составить отчет о проделанной работе.

Теория

Принцип работы регулятора напряжения

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы — при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузок, автоматически включать в бортовую сеть силовую цепь генераторной установки или обмотку возбуждения.

По своей конструкции регуляторы делятся на бесконтактные транзисторные, контактно-транзисторные и вибрационные (реле-регуляторы). Разновидностью бесконтактных транзисторных регуляторов являются интегральные регуляторы, выполняемые по специальной гибридной технологии, или монолитные — на монокристалле кремния. Несмотря на столь разнообразное конструктивное исполнение, все регуляторы работают по единому принципу.

Напряжение генератора зависит от трех факторов — частоты вращения его ротора, силы тока нагрузки и величины магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, который зависит от силы тока в этой обмотке. Любой регулятор напряжения содержит:

· чувствительный элемент, воспринимающий напряжение генератора (обычно это делитель напряжения на входе регулятора),

· элемент сравнения, в котором напряжение генератора сравнивается с эталонной величиной,

· регулирующий орган, изменяющий силу тока в обмотке возбуждения, если напряжение генератора отличается от эталонной величины.

В реальных регуляторах эталонной величиной может быть не обязательно электрическое напряжение, но и любая физическая величина, достаточно стабильно сохраняющая свое значение, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах.

В транзисторных регуляторах эталонной величиной является напряжение стабилизации стабилитрона, к которому напряжение генератора подводится через делитель напряжения. Управление током в обмотке возбуждения осуществляется электронным или электромагнитным реле.

Частота вращения ротора и нагрузка генератора изменяются в соответствии с режимом работы автомобиля, а регулятор напряжения любого типа компенсирует влияние этого изменения на напряжение генератора воздействием на ток в обмотке возбуждения. При этом вибрационный или контактно-транзисторный регулятор включает в цепь и выключает из цепи обмотки возбуждения последовательно резистор (в двухступенчатых вибрационных регуляторах при работе на второй ступени «закорачивает» эту обмотку на массу), а бесконтактный транзисторный регулятор напряжения периодически подключает и отключает обмотку возбуждения от цепи питания.

В обоих вариантах изменение тока возбуждения достигается за счет перераспределения времени нахождения переключающего элемента регулятора во включенном и выключенном состояниях.

Если сила тока возбуждения должна быть, например, для стабилизации напряжения, увеличена, то в вибрационном и контактно-транзисторном регуляторах время включения резистора уменьшается по сравнению со временем его отключения, а в транзисторном регуляторе время включения обмотки возбуждения в цепь питания увеличивается по отношению к времени ее отключения.

На Рис. 2.1 показано влияние работы регулятора на силу тока в обмотке возбуждения для двух частот вращения ротора генератора n1 и n2, причем частота вращения n2 больше, чем n1.

При большей частоте вращения относительное время включения обмотки возбуждения в цепь питания транзисторным регулятором напряжения уменьшается, среднее значение силы тока возбуждения уменьшается, чем и достигается стабилизация напряжения.

Рис. 2.1. Изменение тока в обмотке возбуждения

при различной частоте вращения ротора n(n2>n1)

tвкл и tвыкл – время нахождения реле соответственно во включенном и выключенном состояниях.

С ростом нагрузки напряжение уменьшается, относительное время включения обмотки увеличивается, среднее значение силы тока возрастает таким образом, что напряжение генераторной установки остается практически неизменным.

На Рис. 2.2 представлены типичные регулировочные характеристики генераторной установки, показывающие, как изменяется сила тока в обмотке возбуждения при неизменном напряжении и изменении частоты вращения или силы тока нагрузки. Нижний предел частоты переключения регулятора составляет 25—30 Гц.

Рис. 2.2. Зависимость напряжения генератора и силы тока в обмотке возбуждения от частоты вращения (а) и силы тока в нагрузке (в)

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Общие принципы работы регуляторов

Каталог статей Принципы действия устройств Автомобильные узлы

  • Currently 2.51/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Рейтинг 2.5/5 (112 голосов)

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийной работы генераторной установки.

Все регуляторы напряжения работают по единому принципу. Напряжение генератора определяется тремя факторами — частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.

Все регуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 1.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий

элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора 2 Ud и преобразует его в сигнал Uизм., который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением Uэт.

Если величина Uизм. отличается от эталонной величины Uэт, на выходе измерительного элемента появляется сигнал Uo, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

Таким образом, к регулятору напряжения обязательно должно быть подведено напряжение генератора или напряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбуждения генератора. Если функции регулятора расширены, то и число подсоединений его в схему растет.

Чувствительным элементом электронных регуляторов напряжения является входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение поступает на элемент сравнения, где роль эталонной величины играет обычно напряжение стабилизации стабилитрона. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т.е. начинает пропускать через себя ток, если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Напряжение же на стабилитроне остается при этом практически неизменным.

Ток через стабилитрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах чувствительный элемент представлен в виде обмотки электромагнитного реле, напряжение к которой, впрочем, тоже может подводиться через входной делитель, а эталонная величина — это сила натяжения пружины, противодействующей силе притяжения электромагнита.

Коммутацию в цепи обмотки возбуждения осуществляют контакты реле или, в контактно-транзисторном регуляторе, полупроводниковая схема, управляемая этими контактами.

Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то, что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и выключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и контактно- транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжительность включения обмотки или дополнительного резистора.

Поскольку вибрационные и контактно-транзисторные регуляторы представляют лишь исторический интерес, а в отечественных и зарубежных генераторных установках в настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы, близкой к отечественному регулятору напряжения Я112А1 и регулятору EE14V3 фирмы BOSCH (рис. 2).

Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1, имеющим дополнительный

выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается, и по нему начинает протекать ток.

Транзисторы же пропускают ток между коллектором и эмиттером, Т.е. открыты, если в цепи база-эмиттер ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.

Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от выхода генератора Д через делитель напряжения на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора невелико, и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вывода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2, он открывается, через его переход эмиттер-коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания.

Соединение транзисторов VT2, VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния.

Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD1. При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VТЗ на «массу». Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VD2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VТЗ, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т.д., процесс повторяется.

Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис. 3.

Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается.

В схеме регулятора по рис. 2имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим.

Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обратной связи. При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD2 резко уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения. Это благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки.

Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо ускоряют переключения транзисторов. В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери мощности в нем и его нагрев.

Из рис. 2 хорошо видна роль лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки НL. При неработающем двигателе внутреннего сгорания замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва.

После запуска двигателя, на выводах генератора Д и «+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генераторная установка при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генераторной установки или обрыве приводного ремня.

Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора, если при работающем двигателе автомобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбуждения, то лампа HL загорится.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — понижалось.

Для автоматизации процессов изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включаемый в схему регулятора напряжения. В простейшем случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах.

В рассмотренной схеме регулятора напряжения, как и во всех регуляторах аналогичного типа, частота переключений в цепи обмотки возбуждения изменяется по мере изменения режима работы генератора. Нижний предел этой частоты составляет 25-50 Гц. Однако имеется и другая разновидность схем электронных регуляторов, в которых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудованы широтно-импульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает заданную частоту переключения.

Применение ШИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т.п.

В настоящее время все больше зарубежных фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя. Для автоматического предотвращения разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля в регулятор такого типа заводится фаза генератора.

Регуляторы, как правило, оборудованы ШИМ, который, например, при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера.

После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

Способы регулирования в системах автоматики

В системах автоматики применяются три способа регулирования:

1) по отклонению регулируемой величины,

2) по возмущению (по нагрузке),

Способ регулирования по отклонению регулируемой величины рассмотрим на примере системы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока (рис. 1).

При работе двигатель Д, являясь объектом регулирования, испытывает на себе действие различных возмущений (изменения нагрузки на валу двигателя, напряжения питающей сети, частоты вращения двигателя, приводящего во вращение якорь генератора Г, изменение температуры окружающей среды, приводящее в свою очередь к изменению сопротивления обмоток, а следовательно, и токов и т. п.).

Все эти возмущения вызовут отклонение частоты вращения двигателя Д, что повлечет за собой изменение э. д. с. тахогенератора ТГ. В цепь тахогенератора ТГ включен реостат Р1. Напряжение U0, снимаемое с реостата P1 включено встречно с напряжением тахогенератора ТГ. В результате этого получается разность напряжений е = U0 — Uтг, которая через усилитель У подается на двигатель ДП, перемещающий ползунок реостата Р. Напряжение U0 соответствует заданному значению регулируемой величины — частоте вращения ωо, а напряжение тахогенератора U тг — текущему значению частоты вращения.

Рис. 1. Принципиальные схемы управления частотой вращения двигателя постоянного тока по замкнутому циклу: Р — реостат, ОВГ — обмотка возбуждения генератора, Г — генератор, ОВД — обмотка возбуждения двигателя, Д — двигатель, ТГ — тахогенератор, ДП — двигатель привода ползунка реостата, У — усилитель.

Если под действием возмущений разность между этими величинами (отклонение) превысит заданный предел, то на регулятор поступит задающее воздействие в виде изменения тока возбуждения генератора, которое заставит это отклонение уменьшиться. В общем случае система, работающая по способу отклонения , представлена схемой на рис. 2 , а.

Рис. 2 . Схемы способов регулирования: а — по отклонению, б — по возмущению, в — комбинированный, Р — регулятор, РО — регулирующий орган, ОР — объект регулирования, ЭС — элемент сравнения, х (t ) — задающее воздействие, Z 1(t ) и Z 2 (t ) — внутренние регулирующие воздействия, у (t ) — регулируемая величина, F (t ) — возмущающее воздействие.

Отклонение регулируемой величины приводит в действие регулирующий орган, это действие всегда направлено так, что оно уменьшает отклонение. Для получения разности величин ε (t) = x ( t) — у (f) в систему вводится элемент сравнения ЭС.

Действие регулирующего органа при регулировании по отклонению происходит независимо от того, по какой причине произошло изменение регулируемой величины. Это, несомненно, является большим достоинством данного способа.

Способ регулирования по возмущению, или компенсация возмущения , основан на том, что в системе применяются устройства, компенсирующие влияние изменения возмущающего воздействия.

Рис. 3 . Принципиальная схема регулирования напряжения генератора постоянного тока: Г — генератор, ОВ1 и ОВ2 — обмотки возбуждения генератора, Rн — сопротивление нагрузки, F1 и F2 — магнитодвижущие силы обмоток возбуждения, Rш — сопротивление.

В качестве примера рассмотрим работу генератора постоянного тока (рис. 3 ). Генератор имеет две обмотки возбуждения: ОВ 1 включаемую параллельно якорной цепи, и ОВ 2 , включаемую на сопротивление R i . Обмотки возбуждения включены так, что их м. д. с. F 1 и F2 складываются . Напряжение на клеммах генератора будет зависеть от суммарной м. д. с. F = F1+F2.

При увеличении тока нагрузки I (сопротивление нагрузки Rн уменьшается) напряжение генератора Uг должно было бы уменьшиться за счет увеличения падения напряжения в якорной цепи генератора, но этого не произойдет потому, что м. д. с. F2 обмотки возбуждения ОВ2 возрастает, так как она пропорциональна току нагрузки I .

Это приведет к возрастанию суммарной м. д. с, а следовательно, к выравниванию напряжения генератора. Так происходит компенсация падения напряжения при изменении тока нагрузки — основного возмущения на генератор. Сопротивление R ш в данном случае является устройством, позволяющим измерять возмущение — нагрузку.

В общем случае схема системы, работающей по способу компенсации возмущения, показана на рис. 2 , б.

Возмущающие воздействия могут быть вызваны разными причинами, поэтому их может быть не одно, а несколько. Это приводит к усложнению анализа работы системы автоматического регулирования. Обычно ограничиваются рассмотрением возмущающих воздействий, вызванных основной причиной, например изменением нагрузки. В этом случае регулирование называют регулированием по нагрузке.

Комбинированный способ регулирования (см. рис. 2 , в) сочетает в себе два предыдущих способа: по отклонению и по возмущению. Он применяется при построении сложных систем автоматики, где требуется высококачественное регулирование.

Как следует из рис. 2 , при любом способе регулирования всякая система автоматического регулирования состоит из регулируемой (объект регулирования) и регулирующей (регулятор) частей. Регулятор во всех случаях должен иметь чувствительный элемент, который измеряет отклонение регулируемой величины от предписанного значения, а также регулирующий орган, который обеспечивает восстановление заданного значения регулируемой величины после ее отклонения.

Если в системе регулирующий орган получает воздействие непосредственно от чувствительного элемента и приводится им в действие, то такая система регулирования называется системой прямого регулирования, а регулятор — регулятором прямого воздействия.

В регуляторах прямого действия чувствительный элемент должен развивать достаточную мощность для изменения положения регулирующего органа. Это обстоятельство ограничивает область применения прямого регулирования, так как чувствительный элемент стремятся сделать малогабаритным, что в свою очередь создает трудность в получении усилий, достаточных для перемещения регулирующего органа.

Для повышения чувствительности измерительного элемента и получения достаточной мощности для перемещения регулирующего органа применяются усилители мощности. Регулятор, работающий с усилителем мощности, называется регулятором непрямого действия, а система в целом — системой непрямого регулирования.

В системах непрямого регулирования для перемещения регулирующего органа используют вспомогательные механизмы, действующие от постороннего источника энергии или за счет энергии регулируемого объекта. При этом чувствительный элемент воздействует только на управляющий орган вспомогательного механизма.

Классификация способов регулирования автоматики по виду регулирующих воздействий

Регулирующий сигнал вырабатывается системой регулирования на основании задающего воздействия и сигнала с чувствительного элемента, измеряющего действительное значение регулируемой величины. Полученный таким образом регулирующий сигнал поступает на регулятор, который преобразовывает его в регулирующее воздействие исполнительного механизма.

Исполнительный механизм заставляет регулирующий орган объекта принять такое положение, при котором регулируемая величина стремится к заданному значению. При работе системы происходит непрерывное измерение текущего значения регулируемой величины, поэтому регулирующий сигнал также будет вырабатываться непрерывно.

Однако регулирующее воздействие исполнительного механизма в зависимости от устройства регулятора может быть непрерывным или иметь прерывистый характер. На рис. 4, а представлена кривая отклонения Δу регулируемой величины у по времени от заданного значения у0, одновременно в нижней части рисунка показано, как должно непрерывно меняться регулирующее воздействие Z. Оно находится в линейной зависимости от регулирующего сигнала и совпадает с ним по фазе.

Рис. 4. Диаграммы основных видов регулирующих воздействий: а — непрерывное, б, в — прерывистое, г — релейное.

Регуляторы, вырабатывающие такое воздействие, называются регуляторами непрерывного действия , а само регулирование — непрерывным регулированием . Регуляторы, построенные по такому принципу, работают только тогда, когда существует регулирующее воздействие, т. е. пока имеется отклонение между действительным и предписанным значением регулируемой величины.

Если в процессе работы системы автоматики регулирующее воздействие при непрерывном регулирующем сигнале прерывается в некоторые промежутки времени или подается в форме отдельных импульсов, то регуляторы, работающие по такому принципу, называются регуляторами прерывистого действия (шаговыми, или импульсными) . Принципиально возможны два способа формирования прерывистого регулирующего воздействия.

На рис. 4, б и в представлены графики прерывистого регулирующего воздействия при непрерывном отклонении Δ регулируемой величины.

В первом случае регулирующее воздействие представлено отдельными импульсами одинаковой длительности Δt, следующими через равные интервалы времени t 1 = t2 = t при этом величина импульсов Z = f (t) пропорциональна значению регулирующего сигнала в момент формирования регулирующего воздействия.

Во втором случае все импульсы имеют одинаковую величину Z = f (t) и следуют через равные интервалы времени t 1 = t2 = t но имеют различную длительность Δ t . При этом длительность импульсов зависит от значения сигнала регулирования в момент формирования регулирующего воздействия. Регулирующее воздействие от регулятора передается регулирующему органу с соответствующими перерывами, поэтому регулирующий орган меняет свое положение также с перерывами.

В практике широкое применение находят также системы регулирования релейного типа . Принцип действия релейного регулирования рассмотрим на примере работы регулятора с двухпозиционным регулированием (рис. 4, г).

К регуляторам двухпозиционного регулирования относятся такие регуляторы, которые имеют только два устойчивых положения: одно — когда отклонение регулируемой величины перейдет установленный положительный предел +Δу, и другое — когда отклонение изменит знак и достигнет отрицательного предела -Δу.

Регулирующее воздействие в обеих позициях одинаково по абсолютной величине, но различно по знаку, причем это воздействие через регулятор заставляет регулирующий орган перемещаться скачкообразно таким образом, чтобы абсолютная величина отклонения всегда уменьшалась. Если величина отклонения Δу достигнет допустимого положительного значения +Δу (точка 1), сработает реле и на объект через регулятор и регулирующий орган будет действовать регулирующее воздействие -Z, которое противоположно по знаку, но равно по величине положительному значению регулирующего воздействия +Z. Отклонение регулируемой величины по истечении некоторого времени будет уменьшаться.

Достигнув точки 2, отклонение Δу станет равным допустимому отрицательному значению -Δу, реле сработает и регулирующее воздействие Z изменит свой знак на противоположный и т. д. Релейные регуляторы в сравнении с другими регуляторами просты по устройству, сравнительно недороги и находят широкое применение в тех объектах, где не требуется большая чувствительность к возмущающим воздействиям.

Устройство и принцип действия регуляторов

Регулятор напряжения служит для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения автомобильного генератора, работающего в

широком диапазоне изменения скоростей вращения ротора и тока нагрузки.

Основным техническим требованием в регулирующим устройством является поддержание в весьма узких пределах выходного напряжения генератора, что в свою очередь диктуется надежностью работы и долговечность различных потребителей.

Регулирование напряжения до недавнего времени осуществляли вибрационные регуляторы. В последние годы на автомобилях устанавливают контактно-транзисторные и бесконтактные регуляторы, выполненные как на дискетных элементах, так и по интегральной технологии.

В контактно-транзисторных регуляторах напряжения функцию регулирующего элемента, включенного в цепь обмотки возбуждения генератора, выполняет транзистор, а управляющего и измерительного – вибрационное реле. Бесконтактные регуляторы в дискретном и интегральном исполнении в качестве регулирующего и управляющего элементов используют транзисторы и тиристора, а измерительного – стабилизаторы. Замена вибрационных регуляторов напряжения транзисторными позволила удовлетворить требования, предъявляемые к электрооборудованию. Стало возможным увеличить возбуждение генераторов до 3 А и более; достичь высокой точности и стабильности регулируемого напряжения; повысить срок службы регулятора напряжения; упростить техническое обслуживание системы электропитания автомобиля. В настоящее время применяют транзисторные реле – регуляторы напряжения РР-362 и РР-350 в схемах с генераторами типа Г 250. Транзисторный регулятор напряжения РР-356 предназначен для работы с генератором Г272. Интегральные регуляторы напряжения Я 112А предназначены для работы с 14 – вольтовым генератором.

Интегральный регулятор Я 120 предназначен к генератору Г272 большегрузных автомобилей. На рис. 3.6 показан схема контактно-транзисторного регулятора. Регулятор состоит из транзистора Т (регулирующий элемент), вибрационного реле-регулятора напряжения РН (управляющий элемент) и реле защиты РЗ.

Реле-регулятор имеет одну шунтовую обмотку РНо, включенную на выпрямленное напряжение генератора через запирающий диод Д2, ускоряющий резистор Rу и резистор термокомпенсации Rт. Реле имеет нормально разомкнутые контакты, включенные в цепь управления транзистора.

Когда скорость вращения ротора генератора не велика и напряжение генератора еще не достигло заданной величины, контакты РН разомкнуты, транзистор Т отперт.

База транзистора соединяется с полюсом источника питания и транзистор запирается. В этом случае ток возбуждения проходит через добавочный Rд и ускоряющий Rу резисторы, шунтирующие транзистор, что вызывает снижение тока возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Рис. 3.6. Схема контактно-транзисторного регулятора

Контакты реле-регулятора снова размыкаются и транзистор отпирается. Далее процесс повторяется с определенной частотой. Rу – позволяет увеличить частоту срабатывания и отпускания реле-регулятора напряжения РН из-за изменения падения напряжения на резисторе при отпертом и запертом состоянии транзистора, приводящее к более резкому изменению напряжения на обмотке РНо. Диод Д2, включенный в цепь эмиттера транзистора Т, служит для активного запирания выходного транзистора, которое необходимо для обеспечения надежной работы транзистора при повышенной температуре. Запирание осуществляется за счет того, что падение напряжения на Д2 от тока, протекающего через Rу и Rд, когда транзистор заперт, приложено к переходу эмиттер – база транзистора в запирающем направлении. Термокомпенсационный резистор Рт необходим для поддержания напряжения на заданном уровне в условиях широкого изменения температуры. Диод Дг служит для гашения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения и защиты транзистора от перенапряжения в момент его запирания. Реле защиты РЗ предназначено для защиты транзистора от больших токов, возникающих в случае короткого замыкания зажима Ш на корпус генератора или регулятора.

Реле имеет основную обмотку РЗо, включенную последовательно с ОВГ, вспомогательную РЗв, включенную параллельно ОВГ и удерживающую РЗу, РЗо и РЗв включены встречно.

При КЗ ток через РЗо увеличивается, одновременно шунтируется РЗв, замыкаются контакты РЗ, запирается транзистор и включается удерживающая обмотка РЗу. Резисторы Rу и Rд, ограничивают ток короткого замыкания до 0.3 А. Только после устранения короткого замыкания и отключения АБ РЗу отключит РЗ. Диод Д1 применен для исключения срабатывания РЗ при замыкании контактов регулятора напряжения РН, так как при отсутствии этого диода РЗу будет включена на напряжение генератора.

Надежность регулятора обусловлена снижением разрывной мощности контактов. Однако износ, подгар и эррозия контактов, наличие пружинной и колебательных систем часто служит причиной выхода их строя.

На рис. 3.7 показан бесконтактный регулятор напряжения типа РР-350, который применяется в автомобилей ГАЗ «Волга».

Рис. 3.7. Схема бесконтактного регулятора напряжения

Бесконтактный регулятор состоит из транзисторов Т2 и Т3 – германиевых; Т1 – кремниевого, резисторов R6 – R9 и диодов Д2 и Д3, стабилитрона Д1, входного делителя напряжения R1, R2, R3, Rт и дросселя Др. Если выпрямленное напряжение генератора, приложенное к входному делителю, меньше величины, на которую настроен регулятор, то стабилитрон Д1 запер, а транзисторы Т2 и Т3 отперты и по цепи (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – коллектор транзистора ТЗ – обмотка возбуждения ОВГ – (—) протекает максимальный ток возбуждения.

Как только выпрямленное напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон «пробивается» и транзистор Т1 отпирается. Сопротивление этого транзистора становится минимальным и шунтирует эммитерно-базовые переходы транзисторов Т2 и Т3, что приводит к их запиранию. Ток ОВГ начинает спадать. Переключение схемы производится с определенной частотой и создается такая величина тока возбуждения, при которой средняя величина регулируемого напряжения поддерживается на заданном уровне. Для повышения четкости переключения транзисторов и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое в ней предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R4.

При повышении входного напряжения, то (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – база транзистора Т3 – диод Д2 – переход эмиттер – коллектор транзистора Т2 – резистор R4 – обмотка дросселя Др – (-), уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на Др. В этом случае падение напряжения на стабилитроне Д1 увеличивается, вызывая возрастания базового тока Т1 и более быстрое переключение этого транзистора.

При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует быстрому запиранию транзистора Т1. Для активного запирания выходного транзистора Т3 и надежной работы при повышенной окружающей температуре в эммитерную цепь транзистора Т3 включен диод Д3. Падение напряжения на диоде выбирается с помощь резистора R9.

Диод Д2 служит для улучшения запирания транзистора Т2 при отпертом транзисторе Т1 благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде. Для фильтрации входного напряжения применен дроссель Др. Терморезистор Rт компенсирует изменение падения напряжения на переходе эмиттер – база транзистора Т1 и стабилизатора Д1 от температуры окружающей среды. Регулятор напряжения для большегрузных автомобилей МАЗ, КамАЗ, КрАЗ выполняется на кремниевых транзисторах (рис. 3.8).

Рис. 3.8.Схема регулятора напряжения

Схема регулятора упрощена по сравнению с РР-350, уменьшено количество транзисторов. Диоды Д2 и Д3, включенные в базовую цепь транзистора Т2, делают возможным применение транзисторов с более широкими допусками на параметры, в частности на величину напряжения насыщения Т1. При питании 24 В предусмотрено применение в делителе напряжения дополнительной цепочки включающей термистор Rт и резистор R7.

На рис. 3.9 представлена схема регулятора напряжения РР132А, применяемых на УАЗ.

Рис. 3.9. Схема регулятора напряжения РР 132А:

1 – дроссель; 2, 3, 4, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 23, 24 – резисторы; 7 – диод; 8, 9,

17 – транзисторы; 10, 11, 12, 19 – стабилитроны.

Данная схема является бесконтактным транзисторным регулятором напряжения, который имеет три диапазона настройки регулируемого напряжения. Изменение диапазонов регулируемого напряжения осуществляется переключением 25, расположенным на верхней части корпуса регулятора. Регулируемое напряжение при частоте вращения ротора генератора − 35 мин , нагрузке 14 А, температуре 20 С в положении (min) – 13.6 0.35 В; (ср) – 14.2 0.25 В; (max) – 14.7 0,25 В.

На рис. 3.10 приведена схема регулятора напряжения в интегральном исполнении. Интегральная технология снижает стоимость регулятора, появляется возможность общей герметизации, уменьшаются габариты, повышается надежность. Для интегрального исполнения, например, регулятор фирмы «Лукас» выбрана схема на трех транзисторах. При этом снижается мощность входных цепей и повышается общий коэффициент усиления схемы. Выходная цепь регулятора состоит из транзисторов Т1 и Т2, переключающихся с помощью управляющего транзистора Т3. Роль чувствительного элемента в схеме выполняет стабилитрон Д1, подключенный к входному высокоомному делителю напряжения R1 и RТ. Схема содержит цепочку обратной связи R4, С1. Терморезистор Rт, включенный в цепь входного делителя, позволяет поддерживать практически постоянным регулируемое напряжение при изменении окружающей среды, создавая тем самым благоприятный режим заряда АБ. Конденсатор С2 служит для фильтрации входного напряжения, поступающего на транзистор Т3. Резистор Rос введен для улучшения релейности действия схемы. Масса регулятора 25 г. Имеется и другие разработки: японской фирмы «Хитачи», немецкой фирмы «Бош». Интегральный регулятор отечественного производства R112А предназначен для работы со всеми генераторами Uн = 14 В и встраивается в щеткодержатель генератора (рис. 3.11). Регулятор состоит из металлического основания, на которое наклеено интегральное регулирующее устройство и жесткие выводы.

Рис. 3.10.Схема регулятора напряжения в интегральном исполнении

Когда напряжение генератора ниже заданной величины, стабилитрон Д1 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизатора. При этом транзистор Т1 закрыт, так как потенциалы базы и эмиттера равны. По цепи, которую составляют резистор R5, диод Д2 и резистор R6, от источников идет ток; при этом база составного транзистора Т2 – Т3 оказывается под положительным потенциалом и в цепи база – эмиттер транзистора Т2, а затем база – эмиттер транзистора Т3 будет походить ток управления и составной транзистор открывается, соединяя цепь обмотки возбуждения генератора с минусом источника тока.

Рис. 3.11. Схема интегрального регулятора

Цепь тока обмотки возбуждения: плюсовый вывод источников тока – выключатель 33 – зажим В регулятора – ОВГ – зажим «Ш» регулятора – переход коллектор – эмиттер Т1 и Т2 – минусовый вывод источников. Когда напряжение генератора достигает заданного значения 13 15,5 В, происходит резкое снижение сопротивления стабилитрона Д1, и через резистор R1, Д1 и переход база – эмиттер Т1 начинает проходить ток управления: Т1 открывается. Так как Т1 включен параллельно цепочке, состоящей из Д2 и R6, то при очень малом сопротивлении перехода коллектор – эмиттер открытого Т1 сила тока в цепи Д2 и R6 резко падает, а потому отрицательные потенциалы базы и эмиттера Т2 – Т3 оказываются равными, и составной транзистор Т2 – Т3 закрывается. При этом цепь обмотки возбуждения прерывается, что приводит к снижению напряжения генератора. Напряжение на стабилитроне также уменьшается и становится меньше напряжения стабилизации. Сопротивление стабилитрона возрастает и ток через него проходить не будет и Т1 закрывается, а Т2 – Т3 открывается. Цепочка обратной связи С1 и R4 ускоряет открывание и закрывание. Когда Т2 – Т3 закрывается, положительный потенциал его коллектора повышается и по цепочке R4 ­ С1 и переходу база – эмиттер Т1, а также через R3 действует импульс тока, способствующий более быстрому открыванию Т1, что ускоряет закрывание Т2 – Т3. Конденсатор С1 при этом заряжяется. Когда Т2 – Т3 открывается, С1 разряжается по цепи: С1 – R4 – коллектор – эмиттер Т2 – Т3 – корпус – резистор R3, а также эмиттер – база Т1 – С1, что способствует более быстрому закрыванию Т1, а следовательно, открыванию Т2 – Т3. При запирании составного транзистора прерывается ток в цепи обмотки возбуждения и в обмотке индуктируется ЭДС самоиндукции. Под действием этой ЭДС создается ток самоиндукции, который проходит через гасящий диод Д3, тем самым предотвращается пробой Т2 – Т3. Конденсатор С2 выполняет роль фильтра. Интегральный регулятор Я120 работает с генератором Г373 с номинальным напряжением 28 В, отличается величинами сопротивлений резисторов делителя напряжения, установкой двух последовательно включенных стабилитронов и схемой включения в цепь питания обмотки возбуждения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector