Полупроводниковые приборы системы электрооборудования

В приборах и аппаратах электрооборудования автомобилей боль­шое место занимают полупроводники, содержащие различные примеси алюминия или сурьмы. Примеси уменьшают сопротив­ление полупроводников, увеличивая их проводимость. Одно из свойств полупроводников (в отличие от металлов) — способность резко увеличивать свою проводимость с повышением температу­ры. Другое свойство полупроводников — односторонняя проводи­мость. При нанесении на поверхность полупроводника некоторых металлов (например, индия, алюминия и др.) на границе между металлом и полупроводником образуется тончайший (0,01 мм) изолирующий слой, называемый запирающим слоем.

Запирающий слой свободно проводит ток в одном направле­нии и почти не проводит ток в обратном направлении. Это свой­ство широко используется при изготовлении полупроводниковых диодов, служащих для преобразования переменного тока в посто­янный.

Диод (рис. 9.2, а) — двухэлектродный полупроводниковый при­бор, который проводит ток только в одном (прямом) направле­нии. Кристалл 5 полупроводника (кремний или германий) при­паивают к дну металлического корпуса 6. Затем на кристалл напа­ивают слой металла 4 с хорошей электропроводимостью. В месте контакта металла и полупроводника образуется фпирающий слой,

7

а

8 7

Ж

л

г

і ^кї ^БІ

в

 

Рис. 9.2. Схемы устройства полупроводников: диода (а) и транзистора (*) и их условные обозначения соответственно (б, г):

1 — проводник выводной; 2 — крышка; 3 — герметизирующий изолятор; 4,7 — электропроводный слой металла; 5 — кристалл полупроводника; 6 — корпус;

8— элекгрод транзистора; Э — эмиттер; К — коллектор; Б — база

который в одном (прямом) направлении обладает очень малым сопротивлением, равным десятым долям Ома, а в обратном — сотням и даже тысячам Ом. Герметизирующий изолятор 3 изоли­рует от крышки 2 выводной проводник У.

Стабилитрон — кремниевый диод, который обладает свойством проводить ток в обратном (непроводящем) направлении без раз­рушения запорного слоя при определенном напряжении.

Транзистор (рис. 9.2, в) — трехэлсктродный полупроводнико­вый прибор. Средний электрод 8 транзистора, выполненный из кристалла полупроводника (кремния или германия), называется базой (Б). На две стороны кристалла наплавляют металл 7с хоро­шей электропроводимостью (индий и др.). Наплавленные слои называются электродами. Один из них называют эмиттером (Э), а другой — коллектором (К). Выводные проводники от базы и эмит­тера изолированы от корпуса, а коллектор соединен с корпусом транзистора. В других типах транзисторов на корпус может соеди­нятся эмиттер, а коллектор и база изолированы от корпуса.

Транзисторы, диоды и стабилитроны применяют в транзис­торных системах зажигания, регуляторах напряжения генератора, коммутаторах, измерительных и других приборах.

Контрольные вопроси

1. Перечислите основные приборы системы электроснабжения.

2. Назовите основные составляющие принципиальной схемы элект­рооборудования.

3. Назовите основных потребителей тока и их назначение.

4. Расскажите об устройстве и работе трехэлсктродного прибора — транзистора.

ГЛАВА 10 ИСТОЧНИКИ ТОКА

Аккумуляторные батареи

Химические процессы. Принцип действия простейшего свинцо- во-кислотного аккумулятора показан на рис. 10.1. Электроды 2 аккумулятора установлены в бачке /, изготовленном из диэлект­рика и заполненном электролитом (25...30%-ным раствором сер­ной кислоты Н^О*, что соответствует плотности электролита 1,25... 1,31 г/см*).

В аккумуляторе в результате химических процессов накаплива­ется электрическая энергия. При прохождении тока заряда /, между электродами происходит процесс преобразования электрической энергии в химическую, называемый зарядом аккумулятора. Об­ратный процесс, при котором химическая энергия превращается в электрическую и ток разряда /_р идет к потребителю, называется разрядом аккумулятора

Предположим, что имеется полностью заряженный аккумуля­тор. В этом случае активная масса положительного электрода пред­ставляет собой перекись свинца РЬ0₂, а отрицательного — губча-

 

РЬ

род I рь

Н20+Н20 I Н^Од А.

РОД I ръ02

РЬБО,

 

	н2$04+н20 1
	н]0

рьо2 I РЬЗД

 

а б

Рис. 10.1. Принцип действия элементарного аккумулятора:

а — процесс разряда: б — процесс заряда; / — бачок; 2 — электроды;!_р — ток разряда; /» — ток заряда

тый свинец РЬ. Процессы разряда и заряда могут быть объяснены теорией двойной сульфатацин, в соответствии с которой при раз­ряде (рис. 10.1, а) вследствие восстановления двуокиси свинца РЬО на положительном электроде и окисления губчатого свинца РЬ на отрицательном электроде на обоих электродах происходит обра­зование одного и того же продукта — РЬБ0₄ (сульфата свинца).

В процессе разряда количество воды в электролите увеличива­ется, а количество серной кислоты уменьшается. При этом пони­жается плотность электролита и падает электродвижущая сила (ЭДС). Когда вся активная масса обоих электродов будет покрыта сульфатом свинца, ЭДС может стать равной нулю. Однако на прак­тике это не допускается во избежание порчи аккумулятора.

Таким образом, процесс разряда аккумулятора можно описать следующим химическим уравнением:

Электролит Электролит

+ +

РЬОз + гН^О, + РЬ = РЬБ0₄ + 2Н,0 + ИЯО*

Аккумулятор заряжен Аккумулятор разряжен

Во время заряда (рис. 10.1, б) аккумулятор подсоединяют к источнику постоянного тока. При прохождении зарядного тока химические процессы происходят в обратном направлении: суль­фат свинца отрицательного электрода превращается в губчатый свинец РЬ, сульфат свинца положительного электрода — в дву­окись свинца РЬО}. Количество воды в электролите уменьшается, а количество серной кислоты увеличивается, т.е. повышается его плотность. Процесс продолжается до тех пор, пока на обоих элек­тродах сульфат свинца не преобразуется в активные вещества РЬ0₂ и РЬ; при этом ЭДС возрастает до максимальной величины.

Следовательно, химическое уравнение заряда аккумулятора можно записать следующим образом:

Электролит Электролит

+ +

РЬ50₄ + 2Н₂0 + РЬ80₄ = РЬ0₂ + 2Н₂80₄ ♦ РЬ.

Аккумулятор разряжен Аккумулятор заряжен

Во время процесса заряда изменяется цвет пластин, при этом положительная пластина приобретает светло-коричневый цвет, а отрицательная — светло-серый. Наряду с этим при заряде и раз­ряде изменяется и плотность электролита, по величине которой судят о степени заряженности аккумулятора.

Сравнив химические уравнения разряда и заряда, можно убе­диться, что они тождественны, но реакции в них протекают в различных направлениях. Такая химическая реакция называется обратимой и позволяет весь процесс, происходящий в аккумуля­торе, записать следующим образом:

+ - ♦

РЬ0₂ + 2Н₂50₄ + РЬ < *****) РЬ50₄ + 2Н₃0 + РЬБО*.

Заряд

Характеристики аккумулятора. Основными характери гиками аккумуляторов, определяющими их работоспособность, являют­ся электродвижущая сила, напряжение, емкость.

Электродвижущей силой (ЭДС) называется величина, числен­но равная работе, совершаемой источником тока при переносе единицы заряда по всей замкнутой цепи, и обозначаемая Она измеряется в вольтах (В) и зависит от химических свойств актив­ной массы пластин и плотности электролита. Температура элект­ролита существенно не влияет на величину ЭДС, которая на прак­тике определяется ПО эмпирической формуле Еъ «0,84 + у, где у — плотность электролита при 15 *С, г/см³.

С изменением плотности электролита изменяется и величина ЭДС. Так, при температуре 15 *С плотность электролита может был» в пределах 1,09... 1,31 г/см³, при этом соответственно изменяется и ЭДС в пределах 1,93...2,15 В. ЭДС аккумуляторной батареи, со­стоящей из нескольких последовательно соединенных аккумуля­торов, Еъ = л£_а, где п — число аккумуляторов.

Напряжением аккумулятора называется разность потенциалов положительных и отрицательных пластин (электродов) при замк­нутой внешней цепи. Напряжение на клеммах аккумулятора отли­чается от его ЭДС на величину падения напряжения в самом ак­кумуляторе, обусловленную его внутренним сопротивлением. При разряде напряжение на клеммах аккумулятора меньше его ЭДС, а при заряде — больше его ЭДС. В среднем можно считать, что на­пряжение на клеммах аккумулятора равно примерно 2 В. Для того чтобы получить напряжение, соответствующее принятой на авто­мобиле системе электроснабжения, несколько двухвольтовых ак­кумуляторов объединяют в батарею с номинальным напряжени­ем б, 12 или 24 В.

Емкость аккумуляторной батареи является наиболее важной величиной, характеризующей ее работоспособность. Под емкос­тью понимается такое количество электричества, которое отдает полностью заряженная батарея при непрерывном разряде ее до определенного конечного разрядного напряжения. Емкость С изме­ряется в ампер-часах (А-ч) и определяется как произведение силы разрядного тока /_р в амперах на время разряда г в часах: С» /_р/. Она зависит от силы разрядного тока, плотности и температуры электролита, типа пластин и количества вещества (активной мас­сы), участвующего в реакции, т.е. от размеров используемой по­верхности пластин.

Емкость аккумуляторной батареи при параллельном соедине­нии входящих в нее аккумуляторов равна сумме их емкостей, а ЭДС батареи равна ЭДС одного аккумулятора. При последователь­ном соединении аккумуляторов емкость батареи равна емкости одного аккумулятора, а ЭДС равна сумме аккумуляторов, входя­щих в батарею. Номинальная емкость батареи определяется при 20-часовом режиме разряда. Разряд должен проводиться постоян­ным током /_р [2] 0,05 А (где См — номинальная емкость бата­реи при 20-часовом режиме разряда и температуре электролита 25 *С) и прекращаться по достижении конечного напряжения на выходах, равного 5,25 В у 6-вольтной батареи и 10,5 В у 12-вольт- ной батареи.

С увеличением силы разрядного тока емкость батареи умень­шается, а при пуске двигателя стартером снижается в 3—6 раз, так как сила разрядного тока в этом случае возрастает до несколь­ких сотен ампер. При понижении температуры электролита ем­кость батареи также уменьшается вследствие увеличения вязкости электролита. При этом снижается скорость протекания химичес­ких процессов и замедляется проникновение электролита в поры активной массы пластин. В пределах температур от 18 до 27 'С ем­кость батареи изменяется в среднем на 1 % на каждый градус-

Устройство аккумуляторной батареи. Свинцово-кислотные ак­кумуляторные батареи состоят из трех, шести или двенадцати от­дельных аккумуляторов, соединенных последовательно между со­бой. Каждая такая батарея (рис. 10.2) состоит из моноблока 3 с отсеками для аккумуляторов; крышек 4 с заливными отверстия­ми, закрываемыми пробками 5; отрицательных 14 и положитель­ных /7 пластин, собранных соответственно в полублоки 7 и 13; сепараторов 16; токоведущих бареток 12 с выводными штырями и межэлементных перемычек 8_% служащих для последовательного соединения аккумуляторов в батарею.

Пластины аккумулятора являются наиболее ответственной ча­стью батареи и представляют собой решетки, в ячейки которых вмазывается активная масса. Решетки положительных и отрица­тельных пластин отливаются из свинцово-сурьмянистого сплава (94%—РЬи6% — БЬ). Присадка сурьмы повышает литейные ка­чества и прочность пластин. Выпускаются также пластины, сплав решеток которых имеет пониженное содержание сурьмы (1,5... 2 %), но увеличенное количество других присадок, позволяющих со­здавать так называемые необслуживаемые батареи с повышенным сроком службы.

Активной массой для положительных пластин является свин­цовый сурик РЬ₃0₄ (порошок ярко-красного цвета) и свинцовый глет" РЬО, а для отрицательных — свинцовый порошок, свинцо-

Рис. 10.2. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея: / — отсеки моноблока; 2— вставка; 3 — моноблок; 4 — крышка; 5— пробка; б. выводные штыри; 7, 13— полублоки; межэлемотиле перемычки; /0 — отражатель; 11 — предохранительный щиток; /2— токоеедушие баретки; /4, /7— отрицательные и положительные пластины соответственно; /5 — призма; 16 — сепараторы; 71 — шламовая камера

 

вый глет и раствор серной кислоты с добавлением специальных расширителей. После нанесения активная масса высушивается и затвердевает, прочно скрепляясь с решеткой. Пластины помещают в банки с электролитом, где они проходят заводскую формовку — зарядку электрическим током, в результате которой вещества, вмазанные в пластины, переходят на положительных пластинах в перекись свинца РЪ0₂ темно-коричневого цвета, а на отрицатель­ных пластинах — в губчатый свинец РЬ светло-серого цвета.

После формовки поверхности пластин становятся пористыми, вследствие чего в сотни раз увеличивается поверхность соприкос­новения электролита с активным веществом по сравнению с ви­димыми поверхностями пластин, что обеспечивает возможность повышения их емкости до заданной величины. После окончания формовки пластины могут быть оставлены в заряженном или раз­ряженном состоянии. На автомобили, как правило, устанавлива­ют батареи с сухозаряженными пластинами.

Отрицательные и положительные пластины мостиками-барстка- мн 12 объединяются в группы, называемые полублоками. Отрица­тельных пластин в полублоках 7ставят на одну больше и так, чтобы каждая положительная пластина находилась между отрицательными. Это вызвано тем, что положительные пластины легко коробятся, если они подвержены действию тока лишь с одной стороны.

Сепараторы 16 — изоляторы, которые помещают между по­ложительными и отрицательными пластинами. Сепараторы исклю­чают образование токоведуших мостиков между пластинами разной полярности при выпадении из них частиц активной массы. Сепа­раторы в основном изготавливают из мипора или мипласта. Чтобы лучше предохранить пластины аккумулятора от замыканий, сепа­раторы делают несколько большего размера, чем пластины. Поверх­ность сепараторов со стороны отрицательной пластины гладкая, а со стороны положительной — ребристая. Ребристая поверхность улучшает доступ электролита к положительной пластине, что весь­ма важно при работе аккумулятора в режиме стартерного разряда.

Электролит, которым заполняют отсеки аккумуляторной бата­реи, состоит из химически чистой серкой кислоты и дистиллиро­ванной воды. В крайнем случае при отсутствии дистиллированной воды допускается применение дождевой или снеговой воды, со­бранной в стеклянную тару непосредственно из атмосферы. Сер­ную кислоту плотностью 1,83 г/см^ для удобства пользования раз­водят в дистиллированной воде до плотности 1,40... 1,45 г/см¹. За­тем плотность электролита понижают до требуемой величины в зависимости от времени года и района, в котором эксплуатирует­ся аккумуляторная батарея.

Плотность электролита, приведенная к температуре 25 "С, для полностью заряженной батареи должна составлять 1,23... 1,30 г/см³. В центральных районах плотность электролита в летнее и зимнее время должна быть 1,27 г/см³, а в южных 1,25 г/см³. В районах Крайнего Севера ее увеличивают зимой до 1,30 г/см³, а летом уменьшают до 1,27 г/см³. При полном разряде баггареи плотность элеюролита снижается на 0,15...0,17 г/см³.

Электролит необходимо приготовлять в керамической, эбони­товой или другой кислотостойкой таре. Сначала в тару заливают дистиллированную воду, а затем серную кислоту. Смесь должна быть тщательно перемешана. При этом нужно соблюдать меры предосторожности, так как попадание на кожу электролита и тем более серной кислоты вызывает тяжелые ожоги. Уровень электро­лита, залитого в аккумулятор, должен быть на 10... 15 мм выше верхних кромок сепараторов или предохранительного щитка 11. При эксплуатации автомобилей для доведения уровня электроли­та до нормы следует доливать только дистиллированную воду или электролит.

Моноблок 3 представляет собой бак, в отсеках 1 которого ус­тановлены собранные полублоки аккумуляторов батареи. Его из­готавливают из эбонита, асфальтопековой пластмассы или тер­мопласта. Для увеличения прочности и кислотостойкости в отсеки моноблока запрессовывают кислотоупорные полихлорвиниловые вставки 2. На дне каждого отсека имеются призмы /5, на которые опираются положительные и отрицательные пластины. Между эти­ми призмами образуется шламовая камера 18, в которой оседают мелкие частицы активной массы (шлам), выпадающей из плас­тин по мере работы аккумуляторной батареи.

Каждый отсек моноблока закрывается крышкой 4, в которой имеется отверстие для заливки электролита и контроля его уровня. Заливочные отверстия закрываются вентиляционной пробкой 5 с отражателем 10, предохраняющим электролит от выплескивания во время движения. Полюсные выводы отдельных аккумуляторов соединяют межэлементными перемычками 8последовательно, т.е. положительный вывод одного аккумулятора соединяют с отрица­тельным выводом другого. К крайним выводам батареи привари­вают выводные штыри 6, на которых имеются знак»! «+» и «-», обозначающие полюсы батареи. Выводной штырь 9 положитель­ного полюса имеет несколько больший диаметр, чем штырь 6 отрицательного полюса.

Маркировка батарей означает их типы в соответствии с приня­тыми условными обозначениями. Типы батарей характеризуются назначением, числом аккумуляторов в батарее, номинальной ем­костью; их условные обозначения состоят из цифр и букв, напи­санных на перемычке, моноблоке или крышке в определенной последовательности.

Например, на автомобиле ЗИЛ-431410 устанавливается акку­муляторная батарея 6СТ-90ЭМН. Первая цифра маркировки оз­начает число последовательно соединенных аккумуляторов в ба­тарее, буквы СТ — батарею стартерного типа; число 90 — номи­нальную емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда, буквы ЭМ — материал моноблока (Э — эбонит, Т — термопласт) и сепараторов (М — мипласт, Р — мипор, С — стек­ловолокно); буква Н означает, что батарея несухозаряженная. Кроме того, условное наименование батарей, поставляемых в страны с тропическим климатом, должно содержать букву Т.

Генераторные установки

На современных автомобилях устанавливают генераторы пере­менного тока. Для нормальной работы имеющихся на автомобиле потребителей тока должно быть стабильное напряжение питания, поэтому независимо от частоты вращения ротора генератора и числа подключенных потребителей напряжение генератора долж­но быть постоянным. Поддержание постоянства напряжения и за­щита генератора от перегрузки обеспечиваются прибором, назы­ваемым регулятором напряжения или реле-регулятором.

В зависимости от дорожно-климатических условий и режимов эксплуатации автомобилей напряжение генератора, питающее по­требителей, рассчитанных на номинальное напряжение 12 В, дол­жно быть в пределах 13,2... 15,5 В.

Генератор переменного тока трехфазный, синхронный, с элек­тромагнитным возбуждением, по сравнению с генератором по­стоянного тока он имеет меньшие металлоемкость и габаритные размеры. При той же мощности он проще по конструкции и отли­чается большим сроком службы. Синхронным генератор называ­ется потому, что частота вырабатываемого им тока пропорцио­нальна частоте вращения ротора генератора. Удельная мощность генератора переменного тока, т.е. мощность генератора, приходя­щаяся на единицу его массы, примерно в 2 раза больше, чем у генератора постоянного тока. Это позволяет в 2—3 раза увеличить передаточное число привода генератора, вследствие чего при ча­стоте вращения на режиме холостого хода двигателя генераторы переменного тока развивают до 40 % номинальной мощности, что обеспечивает лучшие условия заряда аккумуляторных батарей и, как следствие, повышение их срока службы. Наряду с этим гене­раторы переменного тока, несмотря на их различие в номерах серий, по многим моделям легковых и грузовых автомобилей со­ответственно унифицированы и имеют ряд взаимозаменяемых деталей (приводные шкивы, крыльчатки, подшипники и др.), а по устройству не имеют принципиальных различий.

Устройство генератора переменного тока рассмотрим на при­мере генераторов серии Г250-ГЗ, который устанавливается на гру­зовом автомобиле ГАЗ-3307. Генератор представляет собой трех­фазную 12-полюсную электрическую машину с выпрямителями на кремниевых диодах; вентиляция — проточная. Основными час­тями генератора (рис. 10.3, а) являются статор, ротор, две крыш­ки, вентилятор и приводной шкив.

Статор 7 имеет неподвижную обмотку /#, в которой индуци­руется ЭДС, а ротор 8 — обмотку 9 возбуждения генератора, с помощью которой при вращении ротора создается подвижное электромагнитное поле. Статор является магнитопроводом и на­бран из тонких листов электротехнической стали, изолированных один от другого. На внутренней поверхности статора имеется во­семнадцать зубцов /7, на которые устанавливаются катушки 19 трехфазной обмотки. Каждая фаза состоит из шести последова­тельно соединенных катушек; фазные обмотки соединены между собой по схеме «звезда», а их свободные концы 16 присоединены к трем зажимам выпрямительного блока.

Ротор £ состоит из двух клювообразных стальных наконечни­ков, входящих один в другой и образующих двенадцати полюсную электромагнитную систему. Между наконечниками на втулке /5, установленной на рифленой поверхности вала 14 ротора, намота­на обмотка возбуждения, концы которой припаяны к контакт­ным кольцам 4. Вал ротора вращается в двух шарикоподшипниках 3 и /2, расположенных в крышках 1 и 10, изготовленных из алю­миниевого сплава. Обе крышки имеют кронштейны для крепле-

Рис. 10.3. Генератор переменного тока: а — конструкция; б — электрическая схема; /, 10 — крышки генератора; 2 — корпус кремниевых диодов; 3. /2 — шарикоподшипник; 4 — контактные коль­ца; 5 — медно-графитовыс щетки; 6 — щеткодержатель; 7 — статор; 8 — ротор; 9 — обмотка возбуждения; 11 — вентилятор; Л? — приводной шкив; 14 — вол ротора; /5 — втулка; 16 — концы обмоток; 17 — зубцы статора: 18 — обмотка статора; 19 — катушки трехфазной обмотки; и «Ш» (шунт) — выводы на передней крышке

а

ння генератора на двигателе и прорези, через которые вентилято­ром И просасывается воздух, охлаждающий генератор. На задней крышке 10 крепится натяжная планка для регули­ровки натяжения ремня вентилятора. На передней крышке 1 уста­новлен щеткодержатель б, в отверстие которого вставляются две медно-графитовые щетки 5, прижимаемые пружинами к контакт­ным кольцам 4. На генераторе имеются три вывода: один из них положитель­ный (+), другой — шунт (ІІІ) и третий на корпус (-). Одна из щеток соединена с корпусом генератора, а другая с его изолиро­ванным выводом Ш. На валу ротора посажен приводной шкив Д

 

который в зависимости от серии генератора Г-250 (Г-250-ГЗ, Г- 250-В2 и др.) имеет различные диаметры и сечснис ручья под ре­мень, что является одним из параметров унификации генераторов.

Обмотка возбуждения генератора питается постоянным током от аккумуляторной батареи или от выпрямителя, к которым при­паяны ее выводы. При вращении ротора электромагнитное поле его полюсов пересекает витки катушек статора, индуцируя в каж­дой фазе переменную ЭДС. Вырабатываемый генератором перемен­ный ток преобразуется в постоянный выпрямительным блоком, собранным по трехфазной двухполупериодной схеме на шести кремниевых диодах. Диоды попарно расположены в трех секциях на специальном оребренном корпусе 2, закрепленном в крышке 1 ге­нератора.

Электрическая схема соединения обмоток генератора и выпря­мителей показана на рис. 10.3, б. Выпрямительный блок обеспе­чивает также постоянное соединение цепи генератора с аккуму­ляторной батареей, а так как его диоды пропускают ток только в одном направлении, то этим исключается возможность разряда аккумуляторной батареи через обмотки генератора, когда напря­жение генератора меньше напряжения аккумуляторной батареи.

Регуляторы напряжения

Существенным недостатком вибрационных реле-регуляторов, работающих совместно с генераторами постоянного тока, являет­ся большое искрообразование между контактами в период их раз­мыкания. Это вызывает сильное окисление и эрозию контактов, вследствие чего происходят потери напряжения и мощности ге­нератора. Поэтому на современных автомобилях применяют гене­раторные установки переменного тока с полупроводниковыми контактно-транзисторными и бесконтактно-транзисторными реле- регуляторами. В полупроводниковых бесконтактно-электронных регуляторах сила тока возбуждения генератора регулируется при помощи полупроводников-транзисторов, эмиттерно-коллекгорная цепь которых включена последовательно с обмоткой возбуждения генератора.

Сущность работы бесконтактно-электронных регуляторов за­ключается в том, что при напряжении на клеммах генератора мень­ше предельного транзистор, включенный последовательно с об­моткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток воз­буждения.

Если напряжение превышает предельное значение, то транзи­стор запирается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуж­дения генератора.

Этот процесс обычно происходит с большой частотой, и прак­тически напряжение генератора остается постоянным.

Принципиальная схема такого регулятора напряжения показа­на на рис. 10.4, его работа заключается в следующем. Когда на­пряжение генератора ниже заданной величины, стабилитрон ДІ не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряже­ния стабилизации. При этом транзистор ТІ закрыт, и ток идет по цепи: «+» аккумуляторной батареи—амперметр А—выключатель ВЗ—резистор Я5—диод Д2—резистор 116—«-» аккумуляторной батареи. При этом база составного транзистора Т2—ТЗ оказывает­ся под положительным потенциалом и в цепи база-эмитгер тран­зистора Т2 и база—эмиттер транзистора ТЗ проходит ток, откры­вая составной транзистор Т2—ТЗ и соединяя цепь обмотки воз­буждения генератора с минусом аккумуляторной батареи.

Цепь тока обмотки возбуждения:«+» аккумуляторной батареи— амперметр А—выключатель ВЗ—зажим В регулятора—обмотка возбуждения ОВ генератора—зажим Ш регулятора—переход кол­лектор—эмиттер составного транзистора Т2—ТЗ—«-» аккумуля­торной батареи.

Рис. 10.4. Принципиальная электросхема бесконтактно-транзисторного регулятора напряжения:

Д1 — стабилитрон; Д2, Д3 — диоды; ТІ. Т2. ТЗ - транзисторы; Rl —R6 - рези­сторы; CI, С2 — конденсаторы; ВІ. В. Ш — зажимы регулятора; ВЗ — выключа­тель; А - амперметр; ОВ — обмотки возбуждения генератора

Когда напряжение генератора достигает заданного значения (13,5... 15,0 В), происходит «пробой» (т.е. резкое снижение сопро­тивления) стабилитрона Д1, и через резистор Ш, стабилитрон Д1 и переход база—эмиттер транзистора Т1 начинает проходить ток управления. Транзистор ТІ открывается. Так как транзистор ТІ включен параллельно цепи, состоящей из диода Д2 и резисто­ра 116, при очень малом сопротивлении перехода коллектор—эмит­тер открытого транзистора Т1 сила тока в цепи диода Д2 и резис­тора 116 резко падает. Поэтому отрицательные потенциалы базы и
эмиттера составного транзистора Т2—ТЗ оказываются равными, и составной транзистор Т2—ТЗ закрывается. При этом цепь об­мотки возбуждения прерывается, что приводит к снижению на­пряжения генератора. Напряжение на стабилитроне также умень­шается, сопротивление стабилитрона возрастает, ток через него не проходит, и транзистор Т1 закрывается, а составной транзис­тор Т2— ТЗ открывается. Цепь обратной связи, состоящая из кон­денсатора СІ и резистора Я4, ускоряет открытие и закрытие тран­зисторов. Когда составной транзистор Т2—ТЗ закрывается, поло­жительный потенциал его коллектора повышается и по цепи об­ратной связи Я4...С1 и переходу база—эмиттер транзистора ТІ, а также через резистор ЯЗ действует импульс тока, способствую­щий более быстрому открыванию транзистора ТІ, что ускоряет закрытие составного транзистора Т2—ТЗ.

Конденсатор С1 при этом заряжается. Когда составной транзи­стор Т2—ТЗ открывается, конденсатор С1 разряжается и ток идет по цепи: конденсатор С1 — резистор Я4—коллектор—эмиттер со­ставного транзистора Т2—ТЗ—резистор ИЗ—эмиттер—база тран­зистора Т1—конденсатор С1, что способствует более быстрому закрыванию транзистора ТІ, а следовательно, открыванию со­ставного транзистора Т2—ТЗ.

При запирании составного транзистора Т2—ТЗ прерывается ток в цепи обмотки возбуждения генератора и в ней индуцирует­ся ЭДС самоиндукции. Под действием этой ЭДС создается ток са­моиндукции, который проходит через гасящий диод ДЗ, тем са­мым предотвращая пробой транзисторов Т2 и ІЗ. Конденсатор С2 выполняет роль фильтра.

На ряде моделей грузовых автомобилей семейства ЗИЛ-4314, -4333 и легковых автомобилей семейства ГАЗ устанавливаются ге­нераторы серий соответственно 32.3701 и 1601.3701, которые по устройству не имеют существенных отличий от генератора, пред­ставленного на рис. 10.3, но работают совместно с бесконтактно- электронными регуляторами напряжения типа 13.3702; 201.3702 и др. Типичным примером такого регулятора напряжения явля­ется регулятор серии 13.3702-01, устанавливаемый на автомо­билях ГАЗ-31029, -3110 «Волга» и др. Он обеспечивает поддержа­ние напряжения генератора в пределах 13,4... 14,7 В.

Его электронная схема включает в себя измерительный блок (рис. 10.5) состоящий из резисторов Ю, 1*2, 113, 114, диода У01 и транзистора \Т2, управляющего транзистора \ТЗ, предусили- теля \Тб, выходного каскада с транзистором УТ8 и схемы его защиты с транзистором \Т4. Наряду с этим для обеспечения раз­личных режимов работы элементов регулятора применительно к реальным условиям эксплуатации автомобиля в него дополнитель­но встроены резисторы Я5—Я9, Я12—Ш4, диоды \Ю5, \Ю7, УВ9 и конденсаторы СІ, СЗ, С4.

Рис. 10.5. Электросхема электронного регулятора напряжения 13.3702-01 (автомобилей ГАЗ-31029, -3110 «Волга»): / — регулятор напряжения; 2 — вы ключ апрель: 3 — указатель тока; 4 — аккуму­ляторная батарея; 5 — генератор; Ш — Я14 — резисторы; СІ—С4 — конденса­тори; УОІ У07, У/09 - диоды; \TO-VT4. УТ6, УТ8 - транзисторы

 

При напряжении генератора ниже допустимого уровня тран­зистор УТ2, а следовательно, и транзистор \ПГЗ закрыты (сопро­тивление их перехода эмиттер—коллектор составляет несколько десятков тысяч Ом), а транзисторы \Т6 и УТ8 открыты (сопро­тивление их переходов эмиттер—коллектор не превышает 2 Ом). Такой режим обеспечивает протекание тока максимальной силы через обмотку возбуждения генератора.

По мере увеличения частоты вращения ротора генератора на­пряжение на его выводах увеличивается. Когда напряжение гене­ратора достигнет определенной величины, транзистор УТ2, а сле­довательно, и транзистор УГЗ откроются, а транзисторы \Т6 и УТ8 закроются. Это вызовет прекращение протекания тока в цепи обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора начнет снижаться, что приведет к закрытию транзисторов \ЛГ2, \ПГЗ и открытию транзисторов УТ6 и \ПГ8. По обмотке возбуждения вновь начнет протекать ток, и напряжение генератора начнет повышаться. Таким образом, изменяя силу тока (среднее значение) в обмотке возбуждения, транзистор УТ8 автоматически регулирует напря­жение генератора в заданных пределах.

Для предохранения от выхода из строя транзистора УТ8 при аварийном повышении силы тока в цепи возбуждения генератора (например, замыкание вывода «Ш» на вывод «+») в схеме преду­смотрена электронная защита, которая работает следующим об­разом. При протекании рабочего тока по обмотке возбуждения генератора транзистор УТ4 находится в закрытом состоянии и не влияет на режим работы транзисторов УТ6 и \Т8.

Если по какой-либо аварийной причине в цепи обмотки воз­буждения генератора резко увеличится напряжение, на коллекто­ре транзисторов VT6, VT8 возникнет импульс напряжения, кото­рый, воздействуя через конденсатор С2 и цепочку обратной связи (резисторы RIO и R11) на транзисторы VT3, VT4, переведет их в автоколебательный режим, и средняя сила тока, протекающего через транзистор VT8, резко снизится, что предохраняет его от преждевременного отказа.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия свинцового аккумулятора?

2. Объясните устройство стартерной аккумуляторной батареи.

3. Какие факты определяют ЭДС, внутреннее сопротивление и на­пряжение аккумулятора?

4. Каким образом маркируют аккумуляторные батареи?

5. Объясните по схемам устройство генератора Г250-ГЗ и принцип его работы с бссконтактно-транэисториым регулятором напряжения.

6. Объясните принципиальную схему бесконтактно-транзисторного регулятора напряжения.

7. В чем сущность работы электронно-транзисторного регулятора на­пряжения серии 13.3702-01?

ГЛАВА 11 СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ