Управление электроснабжением потребителей электроэнергии на автомобилях и тракторах (стр. 2 из 4)

Зависимости силы тока возбуждения и напряжения генератора от времени показаны на рис.1.2, б. Время t0, в течение которого резистор отключен, с ростом частоты вращения уменьшается, а время /в, в течение которого он включен, увеличивается.

В обмотке возбуждения происходит усреднение тока возбуждения до величины /в ср, которая определяется исходя из фактического сопротивления цепи возбуждения, эквивалентного некоторому постоянному значению R^, равному среднему значению изменяющегося сопротивления за период регулирования:

где уф - относительное время включения добавочного резистора (коэффициент заполнения импульса включения).

Сила тока возбуждения

При этом среднее значение выходного напряжения генератора равно {7г. српри изменении текущего значения напряжения от /7срб до Um.

Для уменьшения частоты переключений необходимо, чтобы текущее значение тока возбуждения мало отличалось от значения, при котором обеспечивается стабилизация напряжения на данном режиме работы. Поэтому для ограничения значения тока возбуждения в цепи обмотки и обеспечения требуемого качества напряжения стали использовать трехпозиционные ("двуступенчатые") и даже четырехпозиционные регуляторы. В таких регуляторах сопротивление цепи возбуждения имеет три или четыре значения. На практике используют в различных сочетаниях отключение обмотки возбуждения (R{ = °°), включение Л2 = Д>+ RRo6i, включение i? 3 = ^в+ ^доб2> а в Ряде случаев - замыкание обмотки возбуждения.

Благодаря прогрессу в микроэлектронике была решена проблема числа переключений коммутирующего ключа, так как современные полупроводниковые элементы способны переключать цепи с большими частотами с неограниченным сроком работы.

В современных регуляторах силу тока возбуждения изменяют путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети без дополнительного резистора, при этом меняется скважность (относительная продолжительность времени включения обмотки). Если для стабилизации напряжения требуется снизить силу тока возбуждения, то время включения обмотки возбуждения уменьшается; если нужно повысить - время увеличивается.

Возникновение побочной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в процессе двухпозиционного регулирования обусловило разработку регуляторов, в которых на выходе используется только ШИМ. В зарубежных генераторах широко применяются регуляторы напряжения с ШИМ при управлении током обмотки возбуждения. В таких устройствах процесс регулирования становится дискретным, а частота переключений остается постоянной и определяется параметрами внутреннего генератора пилообразного напряжения. В генераторах с амплитудной модуляцией частота переключений меняется при изменении режима работы генератора. При этом нижний предел частоты переключений составляет 25...50 Гц.

Генераторные установки выпускаются с номинальными напряжениями 14 и 28 В. На автомобилях с дизельными двигателями могут применяться генераторные установки на два уровня напряжения: 14 и 28 В. Для получения второго уровня напряжения применяются электронные удвоители напряжения, трансформаторно-выпрямительные блоки и накопительные конденсаторы.

Структурная схема системы автоматического регулирования напряжения

Структурно-поточная схема генераторной установки представлена на рис.1.3.

В ней используется САР с принципом регулирования по отклонению. На схеме указаны функциональные элементы системы регулирования и характеристики входных и выходных потоков.

Генератор содержит трехфазные обмотки статора 7, ротор 6 с обмоткой возбуждения ОВ и трехфазный двухполупериодный выпрямитель 2. Управляющее устройство содержит датчик Д, устройство сравнения УСр, задающее устройство ЗдУ, устройство управления УУ, исполнительное устройство ИУ и регулирующий орган РО. Объектом регулирования является энергетический преобразователь генератора ЭП(С). Устройство сравнения является релейным элементом, в котором осуществляется квантование сигнала на два уровня U\ и U2 с функцией преобразования

При включении привода генератора на обмотку возбуждения ОВ через регулирующий орган подается напряжение аккумуляторной батареи и генератор самовозбуждается. При увеличении частоты вращения ротора генератора возрастает напряжение UT на выходе. Напряжение UT воспринимается датчиком Д. Сигнал Ux с датчика поступает на устройство сравнения УСр, где сравнивается с заданным значениемUz. Сигнал Uly2c УСр поступает на устройство управления УУ, являющееся релейным элементом с зоной нечувствительности и формирующее закон управления.

Напряжение на выходе УУ определяется функцией преобразования

где Uсрб. р - напряжение срабатывания релейного элемента (см. рис.1.2, б); Uвоз. р - напряжение возврата.

Разность ∆U= Ucp6. p - Uвоз. р является зоной нечувствительности релейного элемента и определяет пульсацию выходного напряжения генератора. Отношение Ucp6. p/Uвоз. р называется коэффициентом возврата реле р.

При равенстве напряжения генератора напряжению срабатывания Ucp6 в цепи возбуждения исполнительное устройство изменяет скачкообразно сопротивление коммутации RK. Сила тока возбуждения через регулирующий орган, а следовательно, и через обмотку возбуждения ограничивается. В результате сила тока возбуждения и напряжение UT уменьшаются. Когда напряжение генератора становится равным U, срабатывает УУ и в цепи возбуждения восстанавливается прежнее значение сопротивления. Сила тока возбуждения и напряжение генератора возрастают, а при напряжении, равном Ucp6, снова срабатывает реле.

Далее процесс регулирования периодически повторяется. При этом средние значения напряжения, равного номинальному значению UH, и тока возбуждения остаются постоянными при данной частоте вращения якоря. Процесс регулирования напряжения происходит следующим образом: при увеличении или уменьшении напряжения регулятор САР соответственно уменьшает или увеличивает силу тока возбуждения и стабилизирует напряжение в заданных пределах.

Рассмотрим процессы преобразования, происходящие в элементах системы. Энергия и информация в любой системе могут передаваться от элемента к элементу только с материальным потоком (потоком вещества), поступающим на вход элемента. Поток вещества характеризуется тремя параметрами: видом энергии, носителем информативного параметра (физической величиной процесса) и формой информативного параметра (видом модуляции).

Энергетический преобразователь ЭП преобразует механическую энергию М углового перемещения ротора генератора Ga, представляемого аналоговым носителем процесса преобразования AM, в электрическую энергию Е переменного напряжения Ј4 с носителем AM с дальнейшим преобразованием носителя в напряжение постоянного тока UT. Процесс преобразования осуществляется под воздействием второго параметра физического явления, которое заключается в преобразовании электрической величины Е (тока возбуждения /„) с амплитудно-кодовой модуляцией АКМ в магнитную величину Mg (магнитный поток Ф) с амплитудной модуляцией AM.

Процесс преобразования можно записать в символической форме в виде выражения

Датчик Д преобразует поступивший на него с выхода генератора электрический сигнал Е в виде напряжения Ј7Г(АМ) в напряжение Ux с непрерывным по форме носителем информационного сигнала и амплитудной модуляцией AM: UX(AM) E. В устройстве сравнения УСр происходит сравнение (вычитание) величин Ux и Uz и квантование носителя информативного параметра. УСр является релейным элементом. Амплитудно-модули-рованный с квантованным на два уровня носителем информативного параметра АКМ сигнал (двоичный сигнал) на выходе УСр имеет вид U{> 2(AKM) Ј. Он преобразуется в УУ в сигнал иу(АКМ) Е, амплитуда и фаза которого определяют алгоритм управления.

Исполнительное устройство ИУ осуществляет преобразование Uy(AKM) E ^ Rk(AKM) E. В регулирующем органе РО происходит следующее преобразование: ЛК(АКМ) Ј'-* 1В(АКМ) Е.

В генераторе также происходит и побочная широтно-импульс-ная модуляция носителя информативного параметра - тока возбуждения: /В(ШИМ) ЈГ.

Тепловая энергия, которая является продуктом побочного преобразования механической и электрической энергий в тепло, отводится с помощью потока теплоносителя, создаваемого вентилятором 4.

Параметры теплоносителя на входе FX(TX) и выходе F2(T2) указаны на рис.1.3.

Двухпозиционные регуляторы с амплитудной модуляцией

Принципиальная схема САР напряжения генераторной установки представлена на рис.1.4.

В САР можно выделить следующие функциональные устройства:

· датчик Д, чувствительным элементом которого является резистивный делитель Rl, R2. С него снимается информация о значении напряжения генератора. Простота датчика объясняется тем, что на его входе и выходе информация передается однородными электрическими величинами - напряжениями. В этом случае функции датчика может выполнять простой электрический контакт;

· устройство сравнения УСр, включающее в себя стабилитрон VD1 и резистор R3. Стабилитрон выполняет функции задающего устройства. Напряжение стабилизации стабилитрона и значения резисторов R1... R3 определяют величину заданного напряжения Uz;