 |
Бесконтактные регуляторы напряжения
|
|
|
|
Бесконтактный (транзисторный) регулятор напряжения был разработан доктором технических наук, профессором М.Н. Фесенко в 1957 году.
В состав простейшего бесконтактного регулятора напряжения входят (рис.2.10):
Рис. 2.10. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения
измерительное устройство (ИУ), выполненное на базе кремниевого стабилитрона 
; регулирующее устройство (РУ), функции которого выполняет составной транзистор 
, включенный в цепь обмотки возбуждения генератора.
Бесконтактный регулятор работает следующим образом. При напряжении генератора ниже напряжения пробоя стабилитрона 
транзистор 
находится в состоянии “открыт”. Сопротивление его минимально (что соответствует замкнутому состоянию контактов вибрационного регулятора) и ток возбуждения достигает максимального значения.
Как только напряжение генератора превысит напряжение пробоя стабилитрона , через стабилитрон потечет ток, который создает падение напряжения на сопротивлении 
. Вследствие этого потенциал эмиттера транзистора 
становится больше потенциала его базы. Транзистор 
открывается, вызывая переход транзистора 
в состояние “закрыт”.
Сопротивление транзистора 
возрастает, что приводит к снижению тока возбуждения и напряжения генератора (это соответствует разомкнутому состоянию контактов вибрационного регулятора напряжения).
По мере снижения напряжения генератора ток, проходящий через стабилитрон, уменьшается. При этом транзистор 
вновь закрывается, обеспечивая открывание транзистора , и весь процесс регулирования напряжения генератора повторяется.
На основе анализа принципа действия и общего устройства бесконтактных регуляторов напряжения на полупроводниковых приборах можно сделать вывод, что регуляторы такого типа являются универсальными и наиболее перспективными с точки зрения их применения в системах электроснабжения объектов БТВТ.
|
|
|
В бесконтактных регуляторах напряжения не используются элементы с движущимися частями (вибрирующий якорь, пружина), что значительно повышает их надежность по сравнению с угольными и вибрационными регуляторами напряжения.
Защита танковых генераторов от обратных токов
При параллельной работе генератора с аккумуляторными батареями величина зарядного тока определяется соотношением:
,
где 
– внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей, Ом.
Однако на минимальных частотах вращения якоря напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторных батарей. Следовательно, батареи будут разряжаться и от них к генератору потечет обратный (разрядный) ток.
Внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей и сопротивление обмотки якоря генератора составляют сотые доли Ома.
Поэтому разрядный ток будет достаточно велик, что может привести как к повреждению генератора, так и к разрядке аккумуляторных батарей.
Для защиты генератора от обратных токов он должен подключаться к бортовой сети только тогда, когда его напряжение будет больше ЭДС аккумуляторных батарей 
, и автоматически отключаться от нее, когда 
.
Эти функции выполняют специальные автоматические устройства: реле обратного тока и дифференциальные минимальные реле.
Реле обратного тока
Однокаскадное реле обратного тока имеет две обмотки: основную 0, включенную параллельно обмотке якоря, последовательную П, включенную последовательно с обмоткой якоря генератора (рис.2.11). Замыкающие контакты К реле, расположенные в цепи между генератором и бортовой сетью, удерживаются пружиной в разомкнутом состоянии.
|
|
|
Работа однокаскадного реле обратного тока
При увеличении напряжения генератора основная обмотка реле намагничивает сердечник. Когда напряжение генератора достигает определенной величины, превышающей ЭДС аккумуляторных батарей, якорь притягивается и замыкает контакты. Генератор начинает
питать потребители, вследствие чего напряжение на его зажимах уменьшается на величину падения напряжения в якоре.
Ток генератора, проходящий по последовательной обмотке, намагничивает сердечник и тем самым якорь еще сильнее притягивается к нему, чем обеспечивается надежное удержание контактов в замкнутом состоянии.
Рис. 2.11. Принципиальная схема электроснабжения с однокаскадным реле обратного тока
Когда напряжение генератора станет ниже ЭДС аккумуляторных батарей, ток по последовательной обмотке пойдет в обратном направлении (направление тока в основной обмотке сохраняется неизменным).
Последовательная обмотка начинает противодействовать основной, в результате чего магнитный поток сердечника уменьшается. При определенной величине обратного тока контакты под действием пружины разомкнутся, и генератор отключится от бортовой сети и аккумуляторных батарей.
Конструкция и размеры контактов реле обратного тока зависят от величины нагрузочного тока генератора. Поэтому для защиты генераторов с номинальным током 100 А и выше применяют двухкаскадные автоматы обратного тока (АОТ), состоящие из управляющего реле УР и силового контактора К (рис.2.12).
При напряжении генератора, превышающем ЭДС аккумуляторных батарей, срабатывает управляющее реле УР, которое, замыкая свои контакты, включает обмотку силового контактора К. Контактор К срабатывает и замыкает свои силовые контакты, подключая генератор на зарядку аккумуляторных батарей и питание потребителей.
Рис. 2.12. Принципиальная схема электроснабжения с двухкаскадным АОТ
Работа двухкаскадного АОТ
Ток, проходящий через последовательную обмотку П управляющего реле, подмагничивает сердечник, чем обеспечивается надежное удержание контактов УР в замкнутом состоянии.
Когда напряжение генератора станет ниже ЭДС аккумуляторных батарей, направление тока в последовательной обмотке управляющего реле изменяется (направление тока в основной обмотке остается неизменным). Вследствие этого сердечник размагничивается и контакты УР под действием пружины размыкаются. Одновременно обеспечивается обмотка силового контактора К и под действием пружины размыкаются его контакты, а генератор отключается от аккумуляторных батарей и потребителей.
|
|
|
Из описания работы двухкаскадного АОТ видно, что напряжение его включения зависит от степени заряженности аккумуляторных батарей и определяется силой натяжения пружины. Кроме того, такой автомат, как и однокаскадное реле обратного тока, имеет ряд особенностей:
в момент подключения генератора в бортовую сеть при сильно разряженных батареях возможны броски зарядного тока, что перегружает генератор; если напряжение включения в реле обратного тока, зависящее от силы натяжения пружины, будет меньше напряжения батарей, то возможен подгар контактов при их работе в режиме “звонка”.
Перечисленные недостатки отсутствуют в дифференциальном минимальном реле, которое выполняет те же функции, что и АОТ.
Дифференциальное минимальное реле
Дифференциальное минимальное реле (ДМР) относится к АОТ, подключающим генератор к бортовой сети при определенной разности напряжений генератора и аккумуляторных батарей.
Дифференциальным минимальным реле называется потому, что оно реагирует на разность напряжений параллельно включенных в танке источников электроэнергии, а также подключает генератор к бортовой сети (в случае отсутствия аккумуляторных батарей) при минимальном напряжении срабатывания 12…14 В.
в состав ДМР входят (2.13):
силовой контактор КС;
управляющее реле 
;
включающее реле 
;
предохранительное реле 
.
Силовой контактор КС представляет собой втяжной электромагнит, контакты которого включены в зарядную цепь.
Управляющее реле 
, включающее силовой контактор КС, является поляризованным. Такое реле реагирует не только на величину тока, но и на его направление в дифференциальной 
и последовательной 
обмотках.
|
|
|
Включающее реле 
предназначено для включения дифференциальной обмотки 
управляющего реле на разность напряжений генератора и аккумуляторных батарей. Напряжение срабатывания включающего реле 14 В.
Предохранитель реле 
предназначено для защиты дифференциальной обмотки управляющего реле от перегрузки.
При напряжении, приложенном к обмотке предохранительного реле 
и превышающем 14 В, контакты его размыкаются и дифференциальная обмотка управляющего реле 
отключается.
Рис. 2.13. Принципиальная схема электроснабжения с ДМР
Работа ДМР
Когда напряжение генератора достигает 14 В, дифференциальная обмотка включается на разность напряжений генератора и батарей. Так как напряжение генератора ниже напряжения батарей, ток по дифференциальной обмотке идет в обратном направлении, т.е. от батарей к генератору.
Магнитный поток, создаваемый дифференциальной обмоткой, суммируется с магнитным потоком постоянных магнитов так, что результирующий магнитный поток поворачивает якорь реле по ходу часовой стрелки.
Следовательно, контакты управляющего реле разомкнуты, обмотка силового контактора КС обесточена и генератор отключен от бортовой сети.
При увеличении напряжения генератора ток, проходящий через дифференциальную обмотку, уменьшается и при равенстве напряжений генератора и батарей становится равным нулю.
Если напряжение генератора становится больше напряжения батарей, ток в дифференциальной обмотке меняет знак на противоположный. В этом случае магнитный поток, создаваемый дифференциальной обмоткой, суммируется с магнитным потоком постоянных магнитов так, что результирующий магнитный поток поворачивает якорь реле против хода часовой стрелки и при определенной разности напряжений генератора и батарей 
контакты управляющего реле 
замыкаются. Вследствие этого напряжение
подается на обмотку силового контактора КС, который, замыкая свои контакты, подключает генератор к аккумуляторным батареям и бортовой сети, а также шунтирует дифференциальную обмотку. Поскольку по последовательной обмотке начинает течь зарядный ток, контакты управляющего реле 
надежно удерживаются в замкнутом состоянии, обеспечивая включение обмотки силового контактора КС.
Когда напряжение генератора станет меньше напряжения батарей, по последовательной обмотке управляющего реле 
ток пойдет в обратном направлении. При определенной величине обратного тока 
контакты управляющего реле разорвут цепь обмотки силового контактора КС.
Контакты обесточенного силового контактора КС разомкнутся под действием пружины, и генератор отключится от аккумуляторных батарей.
|
|
|
При дальнейшем снижении напряжения генератора, когда 
, срабатывает предохранительное реле 
и своими контактами разрывает цепь дифференциальной обмотки управляющего реле , защищая ее от перегрева.
Когда напряжение генератора снижается до 4 В, отключается реле 
и вся схема приходит в исходное состояние. В случае переполюсовки генератора (“плюс” генератора соединен с “минусом” аккумуляторных батарей, а “минус” – соответственно с “плюсом”) к обмотке предохранительного реле будет приложено напряжение, равным сумме напряжений генератора и аккумуляторных батарей 
.
Под действием этого напряжения предохранительное реле 
срабатывает и размыкает свои контакты, обеспечивая отключение дифференциальной обмотки управляющего реле . Таким образом, включается срабатывание силового контактора КС и возможность подключения переполюсованного генератора к бортовой сети.
Вентильные автоматы обратного тока
В настоящее время ведутся разработки нового АОТ, функции которого выполняет полупроводниковый вентиль (диод).
Такой вентиль может быть включен как между положительными так и между отрицательными клеммами генератора и аккумуляторных батарей (рис.2.14).
Когда 
или генератор переполюсован, вентиль оказывается включенным в обратном направлении и по нему протекает обратный ток 
Величина обратного тока вентиля незначительна (несколько миллиампер) и генератор практически отключен от бортовой сети.
Когда 
или аккумуляторные батареи отсутствуют, вентиль включен в прямом направлении. В этом случае сопротивление вентиля мало 
и, следовательно, генератор подключен к бортовой сети.
Рис. 2.14. Принципиальная схема электроснабжения
с вентильным АОТ.
Таким образом, полупроводниковый вентиль обеспечивает выполнение всех функций ДМР.
Недостатками полупроводниковых вентильных АОТ являются:
сравнительно большое падение напряжения при работе в прямом направлении и значительные внутренние потери, что требует специальных мер по охлаждению вентиля;
чувствительность к кратковременным перегрузкам и коротким замыканиям.
устранение этих недостатков позволит значительно повысить качество и надежность работы танковых систем электроснабжения в целом.
|
|
|
