1. Генератор приводится в действие двигателем и работает в переменном скоростном режиме. При увеличении скорости генератора без нагрузки напряжение на его выходе может достигать 140 В.
Ясно, что генератору нужен какой-то регулирующий орган, который вполне может быть реализован не базе современной электроники.
2. Регулятор напряжения управляет магнитным полем ротора путем включения и выключения тока возбуждения. Таким образом, в обмотках статора поддерживается постоянное напряжение на уровне примерно 14.2 В.
Регуляторы старых моделей автомобилей были релейного типа, в настоящее время они вытесняются полупроводниковыми устройствами. Регулятор релейного типа описан ниже в этом разделе.
3. Работу полупроводникового регулятора рассмотрим на примере упрощенной схемы регулятора Bosh EE14V3 (см. рис. 3.19).
Питание обмотки возбуждения генератора осуществляется от усилителя мощности на базе транзисторов Т2 и ТЗ. Транзисторные усилители, собранные по такой схеме, дают большой коэффициент усиления по току и находят применение также в системах зажигания.
Рис. 3.19. Электронный регулятор напряжения.
Усилитель мощности управляется транзистором Т1. Когда напряжение на выходе генератора ниже требуемого уровня 14.2 В, стабилитрон ZD находится в не проводящем состоянии и на базу транзистора Т1 управляющее напряжение не поступает. Через резистор R6 на базу транзистора Т2 подается большое положительное напряжение, благодаря чему транзистор открыт (т.е. ток течет от эмиттера к коллектору. Если открыт транзистор Т2, то открыт также и транзистор Т3, поскольку ток эмиттера Т2 подается прямо на базу Т3. Ток подается на обмотку возбуждения генератора и его выходное напряжение возрастает. Когда напряжение генератора достигает 14.2 В, напряжение на делителе R1–R2–R3 также возрастает. Когда напряжение в точке соединения резисторов R2, R3 достигает напряжения пробоя стабилитрона ZD, последний переходит в проводящее состояние и пропускает напряжение на базу транзистора Т1. Падение напряжения на транзисторе резко уменьшается и запирает транзистор Т2. Запирается также и транзистор ТЗ, поэтому ток возбуждения на ротор поступать перестает и напряжение на обмотках статора уменьшается. Падение напряжения генератора продолжается до момента запирания стабилитрона ZD, после чего цикл регулирования повторяется. Напряжение генератора, таким образом, колеблется около уровня 14.2 В.
Детали схемы:
4. В момент запирания транзистора ТЗ в обмотке ротора возникает высокое напряжение самоиндукции.
Для снижения перенапряжения в обмотке ротора в схему включен диод D3, который шунтирует обмотку ротора, т.е. действует как короткое замыкание, снижая напряжение на обмотке до нуля.
По тем же законам индукции при включении транзистора ТЗ ток в обмотке ротора будет возрастать не мгновенно, а по экспоненте, как показано на рис. 3.20.
Рис. 3.20. Изменение тока возбуждения.
Ток возбуждения будет падать и нарастать таким образом, чтобы на выходе генератора поддерживалось требуемое постоянное напряжение. Заметьте, что при большой скорости вращения генератора средний уровень тока возбуждения уменьшается. Резистор R1 и конденсатор С образуют фильтр, снижающий пульсации напряжения на входе регулятора. Диоды D1 и D2 имеют в проводящем состоянии падение напряжения, зависящее от температуры. Они работают как температурные компенсаторы так, что выходное напряжение генератора поддерживается на одном уровне, вместе с тем, в зимнее время они немного повышают выходное напряжения, чтобы компенсировать повышенные затраты электроэнергии на освещение и обогрев (см. рис. 3.21).
Рис. 3.21. Характеристика регулятора напряжения.
Резистор R7 выполняет роль обратной связи: он передает на вход каскада управления изменения напряжения на коллекторе транзистора ТЗ, что позволяет ускорить включение и выключение выходного каскада усилителя мощности и повысить точность работы устройства.
5. Регуляторы могут выполняться по гибридной технологии, когда обычные резисторы и конденсаторы сочетаются с интегральными микросхемами. Достоинства таких устройств – уменьшение размеров и повышение надежности за счет снижения числа проводов и их соединений (см. рис. 3.22) – обеспечивают им все более широкое распространение. Принципы работы таких устройств остаются прежними.
1. Интегральная схема каскада управления
2. Усилитель мощности
3. Резистор
4. Защитный диод
5. Соединительные провода
Рис. 3.22. Регулятор, выполненный по гибридной технологии.
