Расчёт элементов регулятор напряжения Я-120

Содержание 

 

Введение  …………………………………………………………………………..2

1 Общее описание электромеханической системы и принцип её действия…...3

1.2 Принцип действия  системы в целом. Характеристики  системы……..3

1.3 Основные технические  данные рассматриваемой ЭМС………………4

  1.4 Описание элементов, входящих в состав ЭМС………………………..5

        1.4.1 Генераторная установка………………………………………….5

        1.4.2 Выпрямитель……………………………………………………...7

        1.4.3 Регулятор напряжения……………………………………………9

2 Регуляторы напряжения КАМАЗ 5320………………………………………11

2.1 Вибрационный  регулятор напряжения РР-127………………….........11

2.2  Бесконтактный  транзисторный регулятор напряжения  РР-356….....16

2.3 Генераторная установка Г-273 с встроенным интегральным регулятором напряжения Я-120  применяется на  дизельных двигателях    ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, КамАЗ-740 (автомобили МАЗ, КАМАЗ)………………..19

3  Расчёт элементов регулятор напряжения Я-120…………………………….25

4  Список  использованной литературы…………………………………………29

5  Ресурсы  удалённого доступа………………………………………………….29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Современный автомобиль невозможно представить  себе без электрооборудования. Все  потребители нуждаются в стабильном источнике постоянного тока, которым  является генератор. Конечно, помимо генератора в автомобилях есть ещё один источник электроэнергии - аккумуляторная батарея, однако в её задачи входит только питание  стартера в моменты пуска ДВС  и кратковременное снабжение  маломощных потребителей.

В данном расчётном задании рассматривается  автомобильная система электроснабжения, в основе которой лежит синхронный генератор независимого возбуждения  с когтеобразным (клювообразным) ротором. Этот генератор предназначен для питания бортовых потребителей автомобилей постоянным током, напряжением 14 В, суммарной мощностью не более 1 кВт. Генератор приводится в движение ременной передачей от коленчатого вала ДВС. В данный момент, это самая распространённая конструкция, применяемая на автомобилях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общее описание электромеханической системы и принцип её действия

 

Рассматриваемая электромеханическая  система (ЭМС) – это автономная система  электроснабжения постоянного тока на базе синхронного генератора с  независимым возбуждением. Она предназначена  для питания электрической энергией бортовых потребителей автомобиля общей  мощностью 1 кВт, напряжением 14 В постоянного тока. Выработку электроэнергии в данной системе осуществляет двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Рисунок 1 - Функциональная схема электромеханической системы

 

В состав приведённой на рисунке 1 электромеханической системы входят следующие устройства:

- двигатель  внутреннего сгорания (ДВС);

- генератор  с электромагнитным возбуждением (Г);

- выпрямитель  (В);

- нагрузка (Н);

- датчик  напряжения (ДН);

- регулятор  (Р).

1.2 Принцип действия системы в целом. Характеристики системы

 

Принцип действия электромеханической  системы основан на преобразовании механической энергии в электрическую с заданным качеством.

Генератор, приводимый в движение через ременную передачу от ДВС, вырабатывает электрическую энергию. Наводимая в обмотках генератора ЭДС описывается следующей формулой:

E_Г = cnФ_ОВ.

Из неё видно, что значение напряжения на выходе генератора прямо пропорционально  частоте вращения ротора генератора и току в обмотке возбуждения. Так как обороты генератора нестабильны, а напряжение на нагрузке должно быть неизменным, в систему введён датчик напряжения и регулятор тока обмотки  возбуждения. Как правило, датчик напряжения встроен в регулятор, такое устройство называют регулятором напряжения. Выпрямитель  преобразует переменное напряжение выдаваемое генератором в постоянное. Это напряжение и подаётся на нагрузку. Любое отклонение напряжения на нагрузке система подавляет увеличивая или снижая ток в обмотке возбуждения генератора. Регулирование тока в обмотке возбуждения осуществляет силовой транзистор управляемый микроконтроллером по принципу ШИМ.

Главной особенностью рассматриваемой  системы является то, что от привода (ДВС) не требуется постоянство частоты  вращения. Величина напряжения на нагрузке может отклоняться на ±0,15 В от номинального значения (установлено техническими данными генератора).

Частота вращения вала генератора, при  которой его напряжение U достигает номинального значения, получила название частоты вращения холостого хода n_х или частоты начала отдачи мощности.

1.3 Основные технические данные рассматриваемой ЭМС

 

а) Параметры выходного напряжения: постоянное 14В. Номинальная мощность нагрузки – 1 кВт;

 

 

б) Условия эксплуатации:

–  температура окружающего воздуха от –40 °С до +45 °С при относительной влажности до 90% при 25 °С;

–  высота над уровнем моря до 4000 м;

в) Максимальное отклонение напряжения при изменении тока нагрузки в  пределах от 0,1I_н до 0,9I_н ±0,25 В;

г) Точность регулируемого напряжения ±0,1 В при изменении частоты вращения вала генератора в пределах 2000-5000 об/мин;

д) Регулируемое напряжение при отключённой аккумуляторной батарее при частоте вращения ротора генератора 7500 об/мин и токе нагрузки 5 А не превышает 17 В;

е) Диапазон рабочих температур регулятора -40…+120 °С;

ж) Соблюдение требований ГОСТ Р 52230-2004.

1.4 Описание элементов, входящих в состав ЭМС

1.4.1 Генераторная установка

Генераторная установка (ГУ) состоит из ДВС и генератора. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – привод генератора, вырабатывает механическую энергию вращения вала. Частота вращения может быть переменной, в данной системе она никак не стабилизируется.

Генератор с электромагнитным возбуждение от регулятора напряжения на выходе даёт переменное электрическое напряжение, зависящее от частоты вращения вала двигателя и тока в обмотке возбуждения. Конструкция генератора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Конструкция генератора

 

Принцип действия генератора: Обмотка возбуждения, создаёт постоянный однонаправленный магнитный поток, изменяющий свою величину по мере необходимости. Благодаря клювообразной конструкции ротора, на нём возникает неподвижное магнитное поле переменной полярности. Когда ДВС приводит во вращение ротор генератора, магнитное поле начинает вращаться относительно неподвижной обмотки статора и наводить в ней переменную ЭДС( 
). Если на статоре уложена симметричная трёхфазная обмотка (магнитные оси фаз сдвинуты в пространстве на 120 электрических градусов, а электрические сопротивления и числа витков фаз одинаковы), то в этой обмотке индуцируется симметричная система ЭДС. Если к трёхфазной обмотке якоря подключить симметричное внешнее сопротивление, то по этой обмотке будет протекать симметричная система токов.

Достоинства такого генератора:

– простота конструкции;

– высокая удельная мощность;

– простота технического обслуживания;

– малый уровень шума;

– незначительные радиопомехи;

– значительный ресурс.

Недостатки:

– наличие щёточного узла;

– невозможно самовозбуждение, необходим первичный источник напряжения (АКБ).

1.4.2 Выпрямитель

В данной ЭМС используется трёхфазный мостовой выпрямитель, так как именно такая конструкция позволяет  обеспечить минимальный уровень  пульсаций выходного напряжения. Схема реализуется на диодах.

Назначение выпрямителя – преобразовать  трёхфазное переменное напряжение в постоянное. В современных генераторах уже имеется встроенный выпрямитель.

Рисунок 3 - Схема выпрямителя

 

Принцип действия

Рассмотрим работу схемы рисунок 4 на активную нагрузку. С момента времени q₁ ток проводят диоды VD1 и VD6, а остальные диоды находятся в непроводящем состоянии. Тогда к нагрузке приложено линейное напряжение u_ab, и выпрямленный ток I_d протекает по контуру: обмотка фазы А – диод VD1 – нагрузка R_d – диод VD6 – обмотка фазы В. Этот процесс продолжается до момента времени q₂. Начиная с этого момента времени напряжение u_bc  становится положительным, т.е. прямым для диода VD2 – он начинает проводить ток, а диод VD6 закроется. В момент времени q₃ в работу вступает диод VD3, а диод VD1 закрывается, т.к. напряжение фазы В становится выше напряжения фазы А.

Далее через интервалы времени, равные p/3, происходят включения следующих пар диодов: VD2-VD4,VD3-VD5, VD5-VD1. Таким образом, длительность прохождения тока через каждый диод составляет 2p/3, а остальное время он закрыт.

Поочерёдная работа пар диодов в  схеме приводит к появлению на сопротивлении нагрузки R_d выпрямленного напряжения, состоящего из частей линейных напряжений, приходящих на вход выпрямителя.

Диаграммы токов и напряжение рассматриваемой  трёхфазной мостовой схемы выпрямления приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Диаграммы напряжений и токов выпрямителя

1.4.3 Регулятор напряжения

Применение контактно-транзисторных  регуляторов (КТР) являлось переходным этапом от вибрационных реле-регуляторов к транзисторным регуляторам напряжения.  
        В КТР (РР362А) (рис. 5) током в обмотке возбуждения управляет транзистор VT, а управление транзистором осуществляет реле регулятора напряжения KV, работающее по вибрационному принципу. Реле регулятора напряжения имеет нормально разомкнутые контакты KV:1.

                    

Рисунок 5 - Схема контактно-транзисторного регулятора напряжения РР-362

 

Принцип действия регулятора напряжения

При включении выключателя зажигания  в цепи эмиттер-база транзистора VT через  диод смещения VD1 и резистор цепи базы R_б от аккумуляторной батареи начинает протекать ток. Этого достаточно, чтобы транзистор VT открылся и к цепи питания через диод VD1 и переход эмиттер-коллектор транзистора подключилась обмотка возбуждения, что и обеспечит возбуждение генератора.

Напряжение генератора подводится к обмотке регулятора напряжения KV через диод VD1, ускоряющий резистор Ry и резистор термокомпенсации Rтк. При возрастании напряжения с ростом частоты вращения генератора реле KV замыкает свои контакты KV:1. В результате этого переход эмиттер-база транзистора VT оказывается смещенным в обратном направлении — потенциал эмиттера ниже потенциала базы на величину падения напряжения в диоде VD1. Обратное смещение этого перехода прерывает протекание тока в цепи транзистора и переводит его в закрытое состояние.  
В таком случае ток в обмотку возбуждения поступает через ускоряющий Ry и добавочный R_д - резисторы, что приводит к уменьшению этого тока, уменьшению напряжения генератора. Уменьшение напряжения вызывает размыкание контактов KV:1, открывание транзистора VT, подключение обмотки возбуждения в цепь питания непосредственно через открытый транзистор VT, возрастание тока в этой обмотке, возрастание напряжения генератора, т. е. возникновение ступенчатого процесса поддержания постоянства напряжения.  
Ускоряющий резистор R_y является элементом жесткой обратной связи в регуляторе, он повышает частоту вибрации контактов регулятора. Диод VD2 — гасящий. Остальные элементы схемы, в том числе нормально замкнутые контакты реле-регулятора напряжения KV:2, относятся к схеме защиты регулятора напряжения от аварийных режимов. 

В нормальном режиме работы регулятора обмотки реле защиты КА либо вообще отсоединена от цепи питания (контакты KV:2 разомкнуты), либо подсоединена к  этой цепи через сопротивление обмотки  возбуждения.  
Сила тока в обмотке реле защиты в этом случае недостаточна, чтобы вызвать его срабатывание, контакты остаются разомкнутыми и реле КА не оказывает никакого влияния на работу регулятора напряжения.

При аварийном режиме замыкания  вывода "Ш" на массу обмотка  возбуждения оказывается замкнутой  накоротко и напряжение генератора уменьшается, что вызывает замыкание  контактов регулятора KV:2. Обмотка  реле защиты КА оказывается под напряжением  питания непосредственно, минуя  сопротивление обмотки возбуждения. При этом реле срабатывает, замыкает свои контакты КА:1, что приводит к  запиранию транзистора и предотвращает  протекание по нему опасных токов. После  устранения замыкания "Ш" на массу  регулятор вновь вступает в работу.

2 Регуляторы напряжения КАМАЗ 5320

2.1 Вибрационный регулятор напряжения РР-127

Рисунок 6 - Регулятор напряжения РР-127: а — общий вид со снятой крышкой; б — принципиальная схема; в — электрическая схема соединений: «+» и Ш — обозначения выводных зажимов; ШО — шунтовая обмотка;       ВО — выравнивающая обмотка; ТБ — термобиметаллическая пластина (серьга); Rт — термокомпенсирующий резистор; Rу — ускоряющий резистор; Rд — резистор добавочного сопротивления; ВМ — выключатель «массы» (батареи); ОВ — обмотка возбуждения генератора; К — контакты

 

Регулятор напряжения РР-127 предназначен для совместной работы с генераторами Г-270-А1 и Г-271 номинальным напряжением 28 В и максимальным током 30 А. Он состоит из ярма 1, цилиндрического сердечника 5, на котором расположена шунтовая ШО и выравнивающая ВО обмотки, якоря 4 с нормально замкнутыми вольфрамовыми контактами К и пружины якоря 3. Якорь подвешен к ярму на упругой пластинке — серьге ТБ, которая одним концом прикреплена к якорю, а другим — к угольнику, укрепленному на ярме. Натяжение пружины регулируют подгибанием ее кронштейна 2.

При замкнутых контактах регулятора ток возбуждения замыкается через них по пути: от зажима «+» через выравнивающую обмотку ВО, замкнутые контакты на зажим Ш и далее через обмотку возбуждения ОВ. При разомкнутых контактах ток возбуждения проходит от зажима «+» на зажим Ш через резисторы Rу и Rд. Когда напряжение генератора ниже 27,4-30,2 В, контакты регулятора напряжения замкнуты. При включении выключателя «массы» ВМ ток, протекающий по обмотке ШО, замыкается по пути: зажим «+» батареи, зажим «+» генератора, зажим «+» регулятора напряжения, резисторы Rу, Rт, обмотка ШО, корпус регулятора напряжения, «масса», зажим «-» батареи.