Напряжение U вентильного генератора регулируется изменением силы тока возбуждения. Обмотка возбуждения получает питание через регулятор напряжения от двухполупериодного выпрямителя или подсоединяется к однополупериодному дополнительному выпрямителю.
Рис. 1. Зависимости напряжения генератора и силы тока возбуждения: а — от частоты вращения ротора; б — от силы тока нагрузки
При увеличении частоты вращения n ротора генератора сила тока Iв возбуждения должна уменьшаться (рис. 1, а), а при увеличении силы тока нагрузки I — возрастать (рис. 1, б). Напряжение необходимо поддерживать постоянным в диапазоне частот вращения ротора от n0 до nmax, при этом сила тока возбуждения будет изменяться от Iв.max до Iв.min. Кратность регулирования по частоте вращения Кn=nmax/n0 для тракторных генераторов составляет 3…4, а кратность регулирования по силе тока возбуждения КI=Iв.max/Iв.min.
На тракторах применяют регуляторы напряжения дискретного действия. Как только напряжение генератора превышает заданный уровень, регулятор напряжения разрывает цепь электроснабжения обмотки возбуждения. В результате сила тока возбуждения и напряжение генератора начинают уменьшаться. При каком-то нижнем уровне напряжения регулятор вновь замыкает цепь питания обмотки возбуждения и напряжение генератора повышается. Процессы переключения периодически повторяются. Частота регулируемого напряжения должна быть выше 25…30 Гц, чтобы пульсации напряжения не вызывали заметных для глаз колебаний стрелок контрольно-измерительных приборов и мигания света ламп приборов освещения и световой сигнализации. При заметном пульсировании силы тока возбуждения и напряжения генератора их средние значения Iв.ср и Uн для заданных частот вращения и токов нагрузки остаются неизменными.
С увеличением частоты вращения ротора генератора относительное время включения цепи питания обмотки возбуждения уменьшается, а время отключения обмотки возбуждения от источника электроэнергии — увеличивается, поэтому среднее значение силы тока Iв.ср возбуждения, при котором стабилизируется напряжение, будет меньше. С увеличением силы тока нагрузки генератора относительное время разомкнутого состояния цепи электроснабжения обмотки возбуждения уменьшается. Включение и отключение обмотки возбуждения в электронных регуляторах обычно осуществляется выходным транзистором, соединенным последовательно с обмоткой возбуждения.
Схема интегрального регулятора напряжения приведена на рис. 2.
Рис. 2. Интегральный регулятор напряжения: R1-R8 — резисторы; С1-СЗ — конденсаторы; VD1 — стабилитрон; VD2 — диод; VT1-VT3 — транзисторы; LG — обмотка возбуждения; G — генератор; GB — аккумуляторная батарея; S1 -переключатель «зима-лето»; S2 — выключатель массы; Б, Д, В — выводы генераторной установки
Измеритель напряжения генератора состоит из стабилитрона VD1 и входного делителя напряжения R2, R3 и R4. Переменный резистор R4 служит для посезонного регулирования напряжения (зима 3 и лето Л). Регулирующий каскад имеет составной транзистор VT2-VT3, управляемый транзистором VT1, и резистор базы R6. Составной транзистор — это мощный выходной транзистор VT3 с дополнительным усилительным каскадом на транзисторе VT2. Общий коэффициент усиления составного транзистора примерно равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов VT2 и VT3, что позволяет иметь в базовой цепи выходного каскада высокоомный маломощный резистор R6.
Для повышения четкости переключения схемы между входом и выходом регулятора включена цепочка гибкой обратной связи R7-C2. Конденсатор СЗ является фильтром. Он исключает работу транзисторов в режиме «дребезга» (генерации).
Между выводом генератора В и обмоткой возбуждения включен резистор подпитки R8, способствующий улучшению самовозбуждения генератора. Конденсатор С1 обеспечивает фильтрацию входного сигнала регулятора в целях уменьшения ошибки регулирования (сглаживает пульсацию выпрямленного напряжения генератора).
Параллельно обмотке возбуждения LG генератора G включен гасящий диод VD2, через который накоротко замыкается ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения при запирании выходного транзистора регулятора напряжения.
Резистор R1 с переключателем S1 посезонной регулировки позволяет повысить уровень регулируемого напряжения на 0,8… 1,2В во время зимней эксплуатации трактора. При разомкнутом состоянии переключателя S1 уровень напряжения соответствует «летнему» значению (13,1… 14В). При замыкании переключателя S1 параллельно нижнему плечу входного делителя напряжения включается резистор R1, что приводит к увеличению регулируемого напряжения до «зимнего» уровня (14…15,3В).
Пока заданный уровень регулируемого напряжения не достигается, стабилитрон VD1 закрыт, соответственно закрыт и управляющий транзистор VT1. Выходной каскад VT2-VT3 открыт базовым током, протекающим по цепи: вывод В генератора — резистор R6 — переходы база-эмиттер транзисторов VT2-VT3 — минус генератора («масса»). Через открытый выходной транзистор ток с дополнительного выпрямителя проходит в обмотку возбуждения.
Когда напряжение генератора достигает регулируемого значения, увеличивается сила тока в делителе напряжения и падение напряжения на резисторе R4 становится равным напряжению пробоя стабилитрона VD1. Через открытый стабилитрон проходит ток базы транзистора VT1, который открывается и шунтирует входную базовую цепь составного транзистора VT2-VT3. Составной транзистор VT2-VT3 запирается и прерывает цепь питания обмотки возбуждения. Напряжение генератора падает, что приводит к снижению падения напряжения на резисторе R4, запиранию стабилитрона VD1, транзистора VT1 и переводу составного транзистора VT2-VT3 в открытое состояние. Процесс периодически повторяется, поддерживая в соответствии с ранее рассмотренным принципом регулирования напряжение генераторной установки на заданном уровне.
Регулятор поддерживает заданный уровень напряжения между выводом В и «массой» при изменении частоты вращения, токовой нагрузки и температуры. В схеме генераторной установки предусмотрена установка указателя РА тока и выключателя S2 аккумуляторной батареи GB. [Тракторы. Конструкция. Под общ. ред. И.П. Ксеневича, В.М. Шарипова. 2001г.]