Регулятор напряжения. Генератор на всех режимах работы должен
поддерживать постоянное напряжение на зажимах. Для поддержания
постоянного напряжения генератора служит регулятор напряжения (РН).
Регулятор напряжения (рис. 12) состоит из ярма 2 и сердечника с
обмоткой. Якорь 5 с подвижным контактом 6 подвешен на
термобиметаллической пластинке 4 и нагружен пружиной 3. Неподвижный
контакт реле закреплен на контактной планке 7.
Последовательно с обмоткой сердечника включено сопротивление
температурной компенсации Rm.K, а параллельно контактам регулятора -
дополнительное сопротивление Rg.
При работе генератора ток из обмотки якоря генератора через
сопротивление температурной компенсации Rm,K попадает в обмотку
сердечника регулятора и параллельно через дополнительное
сопротивление - в обмотку возбуждения /. Однако при напряжении
генератора ниже нормального дополнительное сопротивление шунтировано
замкнутыми контактами регулятора.
При незначительном превышении номинальной величины напряжения
генератора магнитное поле сердечника преодолеет сопротивление
пружины 3, притянет якорь 5 и разомкнет контакт 6.
Цепь, шунтирующая дополнительное сопротивление Rd, разорвется, и ток
в обмотку возбуждения пойдет через дополнительное сопротивление. Это
вызовет уменьшение тока возбуждения и соответственно уменьшение
напряжения на зажимах генератора на 0,15-0,30 в.
Уменьшение напряжения генератора приводит к ослаблению магнитного
поля сердечника регулятора и под действием пружины 3 якорь замкнет
контакты регулятора. Увеличение тока возбуждения вызовет повторное
усиление магнитного поля сердечника, контакты регулятора вновь
разомкнутся, включив дополнительное сопротивление, и т. д.
При такой работе регулятора якорь будет непрерывно вибрировать,
замыкая и размыкая контакты, а на зажимах генератора установится
среднее постоянное напряжение.
Частота колебаний контактов регулятора должна быть достаточно
большой (40-15 колебаний в секунду), чтобы во внешней сети не были
заметны колебания напряжения генератора.
Соотношение времени замкнутого и разомкнутого состояния контактов
зависит от скорости вращения якоря: при увеличении скорости время т3
замкнутого состояния контактов уменьшается, а разомкнутого
увеличивается (рис. 13).
С увеличением числа оборотов якоря генератора ток возбуждения
уменьшается.
Дополнительное сопротивление Rd регулятора напряжения выбирается
такой величины, чтобы при максимальных числах оборотов генератора,
зависящих от режима работы двигателя внутреннего сгорания,
напряжение генератора не превышало номинальное.
При работе регулятора напряжения непрерывно меняется температура его
обмотки из-за изменения температуры окружающей среды и теплового
действия тока. При повышении температуры обмотки, выполненной из
медного провода, от 20 до 70° С ее сопротивление повысится на 20%.
Регулятор напряжения будет поддерживать напряжение генератора на
более высоком уровне, так как уменьшится намагничивание сердечника
из-за уменьшения тока, протекающего по обмотке сердечника. Для
сохранения постоянной регулировки регулятора напряжения, независимой
от его температуры, применяют сопротивление температурной
компенсации или магнитные шунты, а также термобиметаллические
пластинки.
Сопротивление температурной компенсации Rm.K (рис. 14) выполняют из
константана и включают последовательно обмотке О сердечника.
Температурный коэффициент константана практически равен нулю, т. е.
при изменении температуры его сопротивление почти не изменяется.
Рис. 13. График изменения напряжения
генераторами тока возбуждения ia при различных числах оборотов
якоря: 1 - зона малых чисел оборотов; II - зона средних чисел
оборотов; III - зона больших чисел оборотов; тэ - время замкнутого
состояния контактов регулятора напряжения; тр - время разомкнутого
состояния контактов регулятора напряжения; U3 - напряжение
генератора при замкнутых контактах; Up - напряжение генератора при
разомкнутых контактах; UCp - среднее напряжение
Сопротивление Rm.K подбирают в 2-3 раза больше сопротивления
обмотки сердечника. При повышении температуры обмотки увеличивается
ее сопротивление и на столько же примерно среднее напряжение
генератора. Однако в цепи, состоящей из сопротивления температурной
компенсации обмотки сердечника, общее увеличение сопротивления будет
значительно меньше, а следовательно, и увеличение напряжения
генератора будет настолько же меньше. Таким образом, сопротивление
температурной компенсации частично уменьшает рост напряжения
генератора при повышении температуры обмотки сердечника регулятора
напряжения.
Для точного регулирования напряжения генератора (полной
температурной компенсации) применяют подвеску якоря на
термобиметаллической пластинке, которая соединяет якорь с ярмом и
служит для ослабления действия пружины при уменьшении магнитного
действия обмотки сердечника.
Рис. 14. Схема регулятора напряжения с
ускоряющим сопротивлением и выравнивающей обмоткой
Пластина состоит из двух сваренных между собой сплавов инвара
ЭН-36 и хромоникелевой стали. Инвар обладает малым коэффициентом
линейного расширения, а сталь большим, поэтому при нагревании
биметаллическая пластинка изгибается.
Пластина прикреплена к якорю активной стороной (сталью) и при
повышении температуры оттягивает якорь к сердечнику, облегчая разрыв
контактов. Поэтому величина регулируемого
напряжения остается почти постоянной.
Иногда температурную компенсацию осуществляют при помощи магнитного
шунта, повышающего свое магнитное сопротивление при увеличении
температуры.
Магнитный шунт соединяет сердечник регулятора напряжения с ярмом,
поэтому некоторая часть магнитного потока замыкается через шунт, а
основная - через якорь. Шунт изготовлен из сплава железа с никелем и
алюминием.
При увеличении температуры всех частей регулятора напряжения
ослабляется магнитное действие обмотки сердечника, однако магнитное
сопротивление шунта становится большим и уменьшается шунтируемый им
магнитный поток. Магнитный поток якоря почти не изменяется и
напряжение генератора поддерживается на постоянном уровне. Кроме
температурной компенсации, в регуляторах напряжения применяют
ускоряющее сопротивление и выравнивающую обмотку.
Ускоряющее сопротивление Ry (см. рис. 14) предназначено для
повышения частоты вибрации якоря регулятора напряжения и уменьшения
пульсации напряжения генератора.
При замкнутых контактах регулятора напряжения ускоряющее
сопротивление Ry соединено последовательно с обмоткой О сердечника
реле, через них проходит весьма малый ток и падение напряжения на
ускоряющем сопротивлении Ry мало.
В случае размыкания контактов через ускоряющее сопротивление пойдет
весь ток возбуждения генератора, так как Ry будет соединено
последовательно с Rg. С увеличением тока резко увеличивается падение
напряжения на ускоряющем сопротивлении и соответственно на зажимах
обмотки О. Из-за снижения напряжения ток в обмотке О уменьшится и
ослабит магнитный поток сердечника, что способствует быстрому
замыканию контактов.
Однако применение ускоряющего сопротивления приводит к увеличению
напряжения на зажимах генератора при увеличении числа оборотов
якоря.
Для предупреждения этого нежелательного явления на сердечнике
регулятора напряжения наматывают выравнивающую обмотку В.
Выравнивающая обмотка подключена так, что ее магнитный поток
действует навстречу магнитному потоку основной обмотки О, ослабляя
его. Выравнивающая обмотка имеет малое сопротивление и выполнена из
нескольких витков медного провода большого сечения.
Регулировка реле учитывает ослабляющее действие магнитного потока
обмотки В при замкнутых контактах. С увеличением числа оборотов
якоря сопротивления Ry и Rg включаются в обмотку возбуждения на
более продолжительное время, потому что увеличивается время
разомкнутого состояния контактов. Однако магнитный поток сердечника
регулятора напряжения будет оставаться неизменным, так как
уменьшение намагничивания сердечника обмоткой О соответствует
уменьшению размагничивающего действия обмотки В.
Иногда вместо выравнивающей обмотки применяют выравнивающее
сопротивление Re (на рис. 14 показано штриховой линией).
Падение напряжения на выравнивающем сопротивлении при увеличении
числа оборотов генератора снижается вместе с уменьшением тока
возбуждения, а напряжение на зажимах обмотки О регулятора
увеличивается. Это вызывает увеличение намагничивания сердечника
реле и более раннее, чем при малых числах оборотов генератора,
размыкание контактов, что препятствует увеличению напряжения
генератора.
