CC BY
206
УДК 629.113/.115 + 621.313
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОГРАНИЧИТЕЛЯ ТОКА НА АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
Ю.М. Зайцев; В.Д. Рогачев; А.К. Митин, Дальрыбвтуз, Владивосток
Предложен один из вариантов решения проблем поддержания постоянного напряжения генератора, защиты генератора от обратных токов батареи в системе автоматического регулирования.
Генераторная установка автомобиля представляет собой систему автоматического регулирования, которая поддерживает постоянным напряжение генератора, защищает генератор от обратных токов батареи и производит ограничение тока, так как мощность генератора в автомобиле меньше суммарной мощности приемников. Это сделано для того, чтобы уменьшить габаритные размеры генератора и, соответственно, потери мощности двигателя внутреннего сгорания на его привод.
Генераторная установка может содержать три регулирующих устройства: регулятор напряжения, поддерживающий напряжение генератора постоянным, исходя из условий заряда аккумуляторной батареи, реле обратного тока, обеспечивающее защиту генератора от обратных токов аккумуляторной батареи, когда напряжение батареи больше напряжения генератора, и ограничитель тока, срабатывающий в случае когда суммарная мощность приемников электрической энергии больше мощности генератора. При включении большинства потребителей мощности генератора не хватает, поэтому часть нагрузки берет на себя аккумуляторная батарея, в этом случае она разряжается, поэтому генератор должен обеспечивать положительный баланс электрической энергии за определенный период работы автомобиля, т.е. вырабатывать за этот период энергии больше, чем требуется для питания приемников электрической энергии и заряда аккумуляторной батареи. Любой автомобильный генератор работает совместно с реле-регулятором.
В современной автомобильной технике в настоящее время в основном применяются генераторные установки переменного тока. Такие установки не требуют применения реле обратного тока, так как обмотка статора разделена с аккумуляторной батареей выпрямительными диодами, и имеют самоограничение тока за счет индуктивного сопротивления обмотки статора.
Другой характерной чертой развития электрооборудования является все более широкое внедрение электронных устройств и приборов, что требует повышения качества электрической энергии бортовой сети [1]. Стабильность параметров электрической энергии бортовой сети
автомобиля в основном зависит от работы ограничителя напряжения и ограничителя тока.
Ограничители тока представляют собой систему автоматического регулирования по отклонению, состоящую из (рис. 1): ЗУ - задающего устройства, ЭС - элемента сравнения, УУ - усилительного устройства, ИУ - исполнительного устройства, ОР - объекта регулирования, ОС -цепи обратной связи.
ЭС
Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического регулирования ограничителя тока
Имеются генераторные установки переменного тока, содержащие в своем составе контактный ограничитель тока, в котором функции задающего устройства, элемента сравнения, исполнительного устройства и измерителя тока выполняет электромагнитное реле. Функции исполнительного устройства выполняют контакты, элемента сравнения - якорь, чувствительного элемента - обмотка, а задающего элемента - пружина реле. Электромеханические ограничители имеют сравнительно невысокую стоимость, хорошую ремонтнопригодность и не критичны к перегрузкам, однако в целом значительно менее надежны, чем электронные из-за наличия подвижных и изнашиваемых элементов [2]. Их характеристики недостаточно стабильны, вследствие чего они нуждаются в периодической проверке, регулировке и настройке при эксплуатации. В связи с этим целесообразнее использовать электронные регуляторы и ограничители, в которых электромагнитные реле заменены полупроводниковыми приборами. Электронные элементы обладают меньшей инерционностью при срабатывании ограничителя тока, это вызывает уменьшение пульсаций напряжения бортовой сети, что в конечном итоге положительно сказывается на работе электронных устройств автомобиля.
Таким образом, промышленностью в настоящее время выпускаются регуляторы, такие, как 131.3701 для автомобилей «ГАЗ», 121.3701 в малогабаритном корпусе, регулятор 201.3702, заменяющий устаревшие РР350, РР350А, 2012.3702, заменяющий РР350Б, 22.3702, пришедший на замену РР362, и 221.3702, заменяющий РР362А. Практически все вышеуказанные регуляторы нового образца имеют похожее схемное исполнение.
Генераторные установки для автомобилей общего назначения содержат в своем составе генератор переменного тока, имеющий самоограничение по току, и рассчитываются исходя из условия обеспечения положительного баланса электрической энергии в течение суток. Однако при работе в тяжелых условиях продолжительное время генератор будет работать в предельном режиме, что приведет к недозаряду аккумуляторной батареи и выходу генератора из строя. При установке большого числа потребителей электрической энергии в автомобилях общего назначения, а также для автомобилей специального назначения требуются генераторы большой мощности, которым необходим ограничитель тока. Так, на автомобиль МАЗ-543 устанавливается генератор Г261, работающий совместно с контактно транзисторным реле-регуля-тором РРР31-М, специальные колесные шасси, имеющие в своем составе генератор Г-290, которые оснащаются транзисторным регулятором напряжения с контактным ограничителем тока, МТЛБ, в состав электрооборудования которого входит реле-регулятор РР-390 с контактным ограничителем тока.
Одним из вариантов решения данной проблемы является использование предлагаемой генераторной установки, состоящей из генератора переменного тока 1, подключенного через выпрямитель к аккумуляторной батарее GB1, регулятора напряжения 2, через ключевой транзистор VT5 которого питается обмотка возбуждения L2 генератора. База ключевого транзистора VT5 через два усилительных каскада на транзисторах VT3 и VT4 соединена с выходом измерительного устройства 3, включающего в себя делитель напряжения 4, состоящий из верхнего плеча, образованного дросселем L1 и резистором R1, и нижнего плеча, образованного резистором R2; стабилитроны VD1, VD2 и резистор R4. Делитель напряжения является входом измерительного устройства и включен между плюсовым выводом генератора и отрицательной шиной регулятора напряжения, которая через выключатель SA1 соединяется с корпусом автомобиля [2]. Стабилитроны VD1, VD2 и резистор R4 образуют последовательную цепь, включенную параллельно нижнему плечу делителя напряжения 4. Средняя точка соединения стабилитронов VD1 и VD2 и резистора R4 является выходом измерительного устройства 3. Потенциометр R5 подключен параллельно к одному из диодов положительной шины генератора 1, средний вывод потенциометра соединен с базой первого дополнительного транзистора VT2, эмиттер которого подключен к аноду диода, соединенного параллельно с потенциометром R5, а коллектор -с базой транзистора VT1 и одним выводом резистора R6, второй вывод которого соединен с минусовой шиной регулятора напряжения 2. Транзистор VT1 совместно с включенным в его коллекторную цепь резистором R3, подключены параллельно верхнему плечу делителя напряжения 4.
Генераторная установка автомобиля работает следующим образом. При включенном выключателе SA1 на регулятор напряжения
подается напряжение аккумуляторной батареи. В этом случае напряжение, снимаемое с нижнего плеча делителя напряжения и подаваемое на стабилитроны VD1, VD2 и резистор R4, будет ниже напряжения пробоя стабилитронов, поэтому напряжение на резисторе R4 и на базе транзистора VT3 будет отсутствовать. В результате чего транзистор VT3 будет закрыт, а транзисторы VT4 и VT5 будут открыты. Через ключевой транзистор VT5 и выключатель SA1 от батареи будет протекать ток обмотки возбуждения генератора, и вокруг обмотки возбуждения создается магнитное поле. При вращении ротора генератора последний начинает вырабатывать напряжение, которое подается на делитель напряжения измерительного устройства. И когда напряжение генератора достигнет требуемого уровня, то напряжение на нижнем плече делителя напряжения достигнет напряжения пробоя стабилитронов VD1 и VD2. В результате чего начинает протекать ток через резистор R4, и на базе транзистора VT3 появляется напряжение. Транзистор VT3 открывается, соединяет базу транзистора VT5 с корпусом, и транзисторы VT4 и VT5 закрываются. Ток в обмотке возбуждения прекращается, и напряжение генератора начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению напряжения на делителе напряжения, поэтому стабилитроны VD1 и VD2 закрываются и схема регулятора напряжения возвращается в исходное состояние, когда транзистор VT3 закрыт, а транзисторы VT4 и VT5 открыты, что приводит вновь к увеличению напряжения генератора, и в дальнейшем описанный процесс повторяется, поддерживая напряжение генератора на заданном уровне.
При увеличении тока генератора увеличивается ток и падает напряжение на диодах его выпрямительного блока и соответственно величина напряжения на потенциометре R5. Движком потенциометра задается порог открытия транзистора VT2. Когда транзистор VT2 открывается, это приводит к открытию транзистора VT1, который совместно с резистором R3 шунтирует верхнее плечо делителя напряжения, что приводит к увеличению напряжения на нижнем плече делителя напряжения и пробою стабилитронов VD1 и VD2, открытию транзистора VT3 и закрытию транзисторов VT4 и VT5.
В результате ток обмотки возбуждения прекращается, напряжение генератора и его ток уменьшаются, что снова возвращает схему регулятора напряжения в исходное состояние, и в дальнейшем процессе повторяется, поддерживая ток генератора на заданном уровне. Регулируя движком величину сопротивления потенциометра R5, можно изменить величину ограничения тока генератора. В момент ограничения тока напряжение генератора снижается ниже порога срабатывания регулятора напряжения.
Рис. 2. Схема генераторной установки
Таким образом, в данной генераторной установке ограничение тока происходит за счет электронных средств. Это позволяет повысить быстродействие схемы и снизить пульсацию напряжения в бортовой сети при ограничении ток, которое также повышает качество энергии бортовой сети автомобиля и исключает в реле-регуляторе электромагнитное реле, составляющее основу ограничителя тока, что упрощает конструкцию реле-регулятора.
Библиографический список
1. Данов Б.А., Рогачев В.Д., Шевченко Н.П. Электрооборудование военной автомобильной техники. Рязань: Военный автомобильный институт, 2005. 598 с.
2. Данов Б.А. Электрооборудование военной автомобильной техники. М.: Воениздат, 1988. 331 с.
