Характеристики генераторов переменного тока
Основными характеристиками генераторов переменного тока являются: 1) внешняя; 2) скоростная регулировочная; 3) токоскоростная.
Внешняя характеристика - это зависимость напряжения генератора от тока (Ur(Ir) при п = const. Она может определяться при самовозбуждении и при независимом возбуждении.
При увеличении нагрузки (а значит, и силы тока) происходит снижение выходного напряжения генератора (рис. 1.9). Причинами этого являются: 1) падение напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмоток статора; 2) размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном зазоре, 3) падение напряжения к цепи выпрямителя; 4) в случае самовозбуждения — падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.
Рис. 1.9 Внешняя характеристика генератора переменного тока с независимым возбуждением.
Рис. 1.10. Характеристики генератора переменного тока при Ur=const;
а — скоростная регулировочная характеристика;
б - токоскоростная характеристика
Скоростная регулировочная характеристика Iв(n) (рис.1.10,а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Минимальное значение тока возбуждения определяется при токе нагрузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте вращения. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения тока возбуждения с изменением нагрузки при повышенном напряжении.
Токоскоростная характеристика Iг(n) (см. рис. 1.10,б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.
Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока. Это связано с тем, что с увеличением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, и частоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление обмотки статора генератора. При большой частоте вращения генератора полное сопротивление цепи Zц, в которую включен генератор, становится практически равным индуктивному сопротивлению X обмотки статора, так как в этом случае X
>>RH (RH - сопротивление нагрузки). ЭДС генератора и индуктивное сопротивление Х
обмотки статора изменяются, как известно, пропорционально частоте вращения генератора п. Поэтому при изменении частоты вращения генератора в диапазоне больших частот сила тока генератора остается неизменной:
I (n) =
=
=
= const
Регуляторы напряжения
Выходное напряжение генератора зависит от трех величин: 1) частоты вращения его ротора; 2) выходной силы тока генератора; 3) силы тока в обмотке возбуждения генератора. Так как первые две величины в автомобильном генераторе постоянно изменяются, то для обеспечения стабильного напряжения необходимо соответствующим образом воздействовать на силу тока в обмотке возбуждения генератора. Для этого в генераторную установку вводится регулятор напряжения.
Любой регулятор напряжения (рис. 1.11) содержит измерительное устройство, устройство сравнения, задающее устройство и устройство воздействия. Измерительное устройство преобразует выходное напряжение генератора в величину, пропорциональную этому напряжению. Устройство сравнения, сравнивает величину на выходе измерительного устройства с эталонной величиной.
Рис. 1.11. Структурная схема регулятора напряжения
Эталонной величиной может быть, как напряжение, так и любая другая достаточно стабильная физическая величина, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах. Значение эталонной величины устанавливается с помощью задающего устройства. В зависимости от результатов сравнения устройство сравнения формирует соответствующий сигнал и подает pro на устройство воздействия. Устройство воздействия непосредственно влияет на силу тока, протекающего , через обмотку возбуждения генератора.
По своей конструкции регуляторы делятся на вибрационные (реле регуляторы), контактно-транзисторные и бесконтактные (.транзисторные) регуляторы.
В вибрационных регуляторахустройством сравнения является электромагнитное реле. При повышенном напряжении на выходе генератора это реле своими контактами включает в цепь питания обмотки возбуждения добавочный резистор. При пониженном напряжении добавочный резистор отключается (шунтируется). Основным недостатком вибрационных регуляторов является искрение контактов, вызывающее их ускоренный износ.
Контактно-транзисторный регуляторработает аналогично вибрационному. Отличие заключается в том, что контакты электромагнитного реле, входящего в состав контактно-транзисторного регулятора, служат для управления транзистором. Транзистор работает в ключевом режиме и выполняет ту роль, которую в вибрационном регуляторе выполняют контакты электромагнитного реле. Так как управление транзистором осуществляется малыми токами, то износ контактов в контактно-транзисторном регуляторе существенно ниже, чем в вибрационном.
Общим недостатком вибрационных и контактно-транзисторных регуляторов является нестабильность регулируемого напряжения, вызываемая старением возвратной пружины электромагнитного реле. Этот недостаток полностью исключается в бесконтактных регуляторах напряжения(рис. 1.12).
Рис. 1.12. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения
Функции задающего устройства и устройства сравнения в бесконтактном регуляторе напряжения выполняют стабилитрон VD и транзистор VT2, функцию измерительного устройства - делитель напряжения на R2 и R3, функцию устройства воздействия - резистор Rд, транзистор VT1 и резистор R1. При снижении напряжения генератора ниже регулируемого значения стабилитрон VD закрывается, вследствие чего закрывается транзистор VT2, обеспечивая открытие транзистора VTI. Открытый транзистор VT1 шунтирует добавочный резистор Ra, что приводит к возрастанию тока, питающего обмотку возбуждения генератора. Повышение напряжения на выходе генератора вызовет пробой стабилитрона VD (снижение его сопротивления). Поэтому транзистор VT2 перейдет в открытое состояние, а транзистор VT1 - в закрытое. Ток, питающий обмотку возбуждения генератора, снизится, так как в этом случае он будет протекать не через открытый транзистор VT2, а через добавочный резистор Rд.
Разновидностью бесконтактных регуляторов являются интегральные регуляторы, представляющие собой микросхему, имеющую небольшие размеры и способную работать при высоких температурах Поэтому интегральные регуляторы легко встраиваются в генератор, что положительно сказывается на надежности генераторной установки в целом.