Генераторные установки

Для автоматизации процессов  изменения уровня поддерживаемого  напряжения применяется датчик, помещённый 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 переключении 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 ЩИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсации 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.

3.3. Электрические  схемы генераторных установок

Принципиальные электрические  схемы генераторных установок приведены  на рис. 3.6. Генераторные установки могут  иметь следующие обозначения  выводов: “плюс” силового выпрямителя: “+”, В, 30, В+, ВАТ; “масса”: “-”, D-, 31, В-, М, Е, GRD; вывод обмотки возбуждения: Ш, 67, DF, F, ЕХС, Е, FLD; вывод для соединения с лампой контроля исправности (обычно “плюс” дополнительного выпрямителя, там, где он есть): D, D+, 61, L, WL, IND; вывод фазы: ~, W, R, STA, вывод нулевой точки обмотки статора: 0, М_р; вывод регулятора напряжения для подсоединения его в бортовую сеть, обычно к “+” аккумуляторной батареи: Б, 15, S; вывод регулятора напряжения для питания его от выключателя зажигания: IG; вывод регулятора напряжения для соединения его с бортовым компьютером: FR, F.

Различают два типа невзаимозаменяемых регуляторов напряжения в - одном  типе (рис. 3.6, а) выходной коммутирующий  элемент регулятора напряжения соединяет вывод обмотки возбуждения генератора с “+” бортовой сети, в другом типе (рис. 3.6, б, в) - с “-” бортсети. Транзисторные регуляторы напряжения второго, типа являются более распространенными.

Чтобы на стоянке аккумуляторная батарея не разряжалась, цепь обмотки  возбуждения генератора (в схемах 3.6, а, б) запитывается через выключатель  зажигания. Однако при этом контакты выключателя коммутируют ток  до 5А, что неблагоприятно сказывается на их сроке службы. Разгрузить контакты выключателя можно, используя промежуточное реле, но более прогрессивно, если через выключатель зажигания запитывается лишь цепь управления регулятора напряжения (рис. 3.6, в), потребляющая ток силой в доли ампера. Прерывание тока в цепи управления переводит электронное реле регулятора в выключенное состояние, что не позволяет току протекать через обмотку возбуждения. Однако применение выключателя зажигания в цепи генераторной установки снижает ее надежность и усложняет монтаж на автомобиле. Кроме того, в схемах на рис. 3.6, а, б, в падение напряжения в выключателе зажигания и других коммутирующих или защитные элементах, включенных в цепь регулятора (штекерные соединения, предохранители), влияет на уровень поддерживаемого регулятором напряжения и частоту переключения его выходного транзистора, что может сопровождаться миганием ламп осветительной и светосигнальной аппаратуры, колебанием стрелок вольтметра и амперметра.

Поэтому более перспективной является схема на рис. 3.6, д. В этой схеме обмотка возбуждения имеет свой дополнительный выпрямитель, состоящий из трех диодов. К выводу “Д” этого выпрямителя и подсоединяется обмотка возбуждения генератора. Схема допускает некоторый разряд аккумуляторной батареи малыми токами по цепи регулятора напряжения, и при длительной стоянке рекомендуется снимать наконечник провода с клеммы “+” аккумуляторной батареи.

В схему на рис 3.6, д, введено  подвозбуждение генератора от аккумуляторной батареи через контрольную лампу 8. Небольшой ток, поступающий в обмотку возбуждения через эту лампу от аккумуляторной батареи, достаточен для возбуждения генератора и в то же время не может существенно влиять на разряд аккумуляторной батареи. Обычно параллельно контрольной лампе включают резистор 13, чтобы даже в случае перегорания контрольной лампы генератор мог возбудиться. Контрольная лампа в схеме на рис. 3.6, д является одновременно и элементом контроля, работоспособности генераторной установки.

В схеме применен стабилитрон 12, гасящий, всплески напряжения, опасные для электронной аппаратуры.

С целью контроля работоспособности  в схеме рис. 3.6, а введены реле с нормально замкнутыми контактами, через которые получает питание  контрольная лампа 8.

Эта лампа загорается, после включения замка зажигания и гаснет после пуска двигателя, т.к. под действием напряжения от генератора реле, обмотка которого подключена к нулевой точке обмотки статора, разрывает свои нормально замкнутые контакты и отключает контрольную лампу 8 от цепи питания.

Если лампа 8 при работающем двигателе горит, значит, генераторная установка неисправна. В некоторых  случаях обмотка реле. контрольной  лампы б подключается на вывод  фазу генератора.

Схема рис. 3.7, е характерна для генераторных установок с  номинальным напряжением 28 В.

В этой схеме обмотка  возбуждения включена на нулевую  точку обмотки статора генератора, т.е. питается напряжением, вдвое, меньшим, чем напряжение генератора.

При этом приблизительно вдвое снижаются и величины, импульсов  напряжения, возникающих при работе генераторной установки, что благоприятно сказывается на надежности работы полупроводниковых элементов регулятора напряжения. Резистор 13 служит тем же целям, что и контрольная лампа в схеме рис. 3.6, д, т.е. обеспечивает уверенное возбуждение генератора.

На автомобилях с  дизельными двигателями может применяться  генераторная установка на два уровня напряжения 14/28 В. Второй уровень 28 В  используется для зарядки аккумуляторной батареи, работающей при пуске ДВС. Для, получения второго уровня используется электронный удвоитель напряжения или трансформаторно-выпрямительный блок (ТВБ), как это показано на рис, 3.6, г. В системе на два уровня напряжения регулятор стабилизирует, только первый уровень напряжения 14 В. Второй уровень возникает посредством трансформации и последующего выпрямления ТВБ переменного тока генератора. Коэффициент трансформации трансформатора ТВБ близок к единице.

В некоторых генераторных установках зарубежного и отечественного производства регулятор напряжения поддерживает напряжение не на силовом выводе генератора “+”, а на выводе его дополнительного выпрямителя, как показано на схеме рис.3.6, ж. Схема являемся модификацией схемы рис. 3.6, д, с устранением ее недостатка - разряда аккумуляторной батареи регулятора напряжения при длительной стоянке. Такое исполнение схемы генераторной установки возможно потому, что разница напряжения на клеммах “+”. и Д невелика. На этой же схеме (рис., 3.6, ж) показано дополнительное плечо выпрямителя, выполненное на стабилитронах, которые в нормальном режиме работают, как обычные выпрямительные диоды, а в аварийных предотвращают опасные всплески напряжения. Резистор R, как было показано выше, расширяет диагностические возможности схемы. Этот резистор вообще характерен для генераторных установок фирмы Bosch. 

 

Генераторные установки  без дополнительного выпрямителя, но с подводом к регулятору вывода фаз, применение которых, особенно японскими и американскими фирмами, расширяется, выполняются по схеме рис. 3.6, з. В этом случае схема генераторной установки упрощается, но усложняется схема регулятора напряжения, т.к. на него переносятся функции предотвращения разряда аккумуляторной батареи на цепь возбуждения генератора при неработающем двигателе автомобиля и управления лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки. На вход регулятора может подаваться напряжение генератора или аккумуляторной батареи (пунктир на рис. 3.6, з), а иногда и оба эти напряжения сразу.

Конечно стабилитрон 12, защищающий от всплесков напряжения дополнительное плечо выпрямителя, а также выполнение выпрямителя на стабилитронах может  быть использовано в любой из приведенных  схем.

Некоторые фирмы применяют включение контрольной лампы через разделительный диод, а в схемах 3.6, д, ж включение ее идет через контактное реле. В этом случае обмотка реле включается на место контрольной лампы. Если генераторная установка работает в комплексе с датчиком температуры электролита, она имеет дополнительные выводы для его подсоединения.

Генераторы на большие  выходные токи могут иметь параллельное включение диодов выпрямителя. Дли  защиты цепей генераторной установки  применяют предохранители, обычно в  цепях контрольной лампы, соединениях регулятора с аккумуляторной батареей, в цепи питания аккумуляторной батареи.

3.4. Характеристики  генераторных установок

Способность генераторной установки обеспечивать электропитанием  потребителей электроэнергии на автомобиле во всех режимах его работы характеризует токоскоростная характеристика (ТСХ), т.е. зависимость силы тока, отдаваемого генератором в нагрузку, от частоты вращения его ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах генератора. Вид токоскоростной характеристики генераторных установок легковых автомобилей, построенной В относительных единицах по отношению к номинальной величине силы отдаваемого тока, представлен на рис.3.7. Характеристика демонстрирует существенное достоинство вентильных генераторов - их самозащиту и самоограничение отдаваемого ими тока. Достигнув определенной величины, ток практически не увеличивается с ростом частоты вращения ротора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика определения ТСХ имеет  международный стандарт. Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте, с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью, выраженной в Ач, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора. Характеристика может определяться в холодном и нагретом состоянии генератора. При этом под холодным состоянием понимается такое, при котором температура всех частей и узлов генератора равна температуре окружающей среды, величина которой должна быть (23±5)°С. Температура воздуха определяется в точке на расстоянии 5 см от воздухозаборника генератора. Токоскоростные характеристики могут определяться при номинальном напряжении, т.е. 14 (28) В. Однако снять такие характеристики возможно только с регулятором, специально перестроенным на высокий уровень, поддержания напряжения. Чтобы предотвратить работу регулятора напряжения при снятии токоскоростной характеристики, ее определяют при напряжениях Ud=13,5± 0,1 (27± 0,2)В. Допускается ускоренный метод определения токоскоростной характеристики, требующий специального автоматизированного стенда, при котором генератор прогревается в течение 30 мин при частоте вращения ротора 3000 мин-¹, соответствующей этой частоте силе тока и указанном выше напряжении. Время снятия характеристики не должно превышать 30 с при постоянно меняющейся частоте вращения.

Токоскоростная характеристика имеет характерные точки, к которым  относятся:

n₀ - начальная частота вращения ротора без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки, около 2 А, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

n_rg - минимальная рабочая частота вращения ротора, т.е. частота вращения, примерно соответствующая оборотам холостого хода двигателя. Условно принимается n_rg=1500 мин^-1 (для высокоскоростных, генераторов - 1800 мин^-1). Сила тока I_dg при этой частоте обычно составляет 40-50% номинального тока и во всяком случае должна быть достаточна для обеспечения питанием тех потребителей энергии на автомобиле, от которых зависит безопасность.

n_н --номинальная частота вращения poтopa, при которой вырабатывается номинальный ток I_dн, т.е. ток, сила которого не должна быть меньше номинальной величины.

n_max - максимальная частота вращения ротора. При этой частоте генератор вырабатывает максимальный ток I_MAX, сила которого мало отличается от силы номинального тока. Отечественные изготовители ранее обычно указывали номинальный ток генератора при частоте вращения ротора 5000 мин^-1, а также указывали частоту вращения ротора генератора расчетном режиме n_р, соответствующему расчетному току генератора I_dp, обычно составляющему две трети номинального тока. В расчетном режиме нагрев узлов генератора наибольший. Характеристики определялись .при напряжении 13 или 14 В. В табл. 3.1 приведены характерные точки токоскоростной характеристики некоторых отечественных генераторных установок, в табл.3.2 – некоторых генераторных установок легковых автомобилей основных европейских фирм. Там же указана масса генераторов.

 

Таблица 3.1. Основные данные генераторов некоторых отечественных  производителей

Генератор	Автомобили	Рном, Вт	Uном, В	Idном, А	n0, мин-1, не более	npm, мин-1, не более	UdP, В	Idp, A	Масса, кг
Г222        63.3701 37.3701            1702.3771	ВАЗ 2101 -03 -06 Белаз ВАЗ 2108, 21213 АЗЛК 2141 МАЗ, КамАЗ 5332	700 4200            770        1260	14 28            14        28	42 150            55        45	1150 1500            1100        1150	2500 2500            2000        2100	14 28            13        28	30 150            35        30	4,2 22,0            4,4        5,2