Регулирование напряжения в генераторах постоянного тока. Постоянное напряжение на зажимах генератора при изменяющихся оборотах двигателя поддерживается за счет изменения величины тока в обмотках возбуждения. Для этого генераторы оборудованы вибрационными регуляторами напряжения.
Основные части регулятора напряжения — электромагнит, вибратор и добавочное сопротивление. Как видно на схеме, обмотка возбуждения 6 генератора включена в цепь якоря параллельно потребителям через стойку 12 регулятора, якорек 2 и контакты 3 и 4. Параллельно контактам в цепи тока возбуждения включено дополнительное сопротивление 5. Обмотка 14 электромагнита регулятора включена в цепь генератора параллельно потребителям.
Когда напряжение на клеммах генератора не превышает допустимого, по обмотке 14 электромагнита проходит небольшой ток, вызывающий незначительное намагничивание сердечника 13. Усилием пружины 11 контакты 3 и 4 удерживаются в замкнутом состоянии. При этом цепь тока возбуждения будет следующей: положительная щетка — масса генератора — обмотка возбудителя — клемма Ш — клемма Я (через стойку 12, якорек 2 и контакты 3 и 4) — отрицательная щетка 10. Добавочное сопротивление 5 закорочено, и ток через него почти не идет.
Когда напряженно генератора превысит допустимое, увеличится и ток в обмотке 14. Сила притяжения якорька 2 электромагнитом станет больше сопротивления пружины 11, и контакты разомкнутся. Ток возбуждения от клеммы Ш к клемме Я в данном случае пойдет лишь через дополнительное сопротивление 5, благодаря чему величина его резко уменьшится. Уменьшение тока возбуждения уменьшает величину магнитного потока, а следовательно, и э.д.с. в обмотке якоря генератора. Поэтому напряжение на клеммах генератора падает, контакты генератора замыкаются, и весь процесс повторяется снова.
Таким образом, при высоких оборотах якорек регулятора все время вибрирует, а напряжение на клеммах генератора колеблется от некоторого максимального значения до минимального. Колебания напряжения вследствие большой их частоты не отражаются на равномерности накала ламп. Величину напряжения регулируют изменением натяжения пружины 11.
Условия совместной работы генератора постоянного тока с аккумуляторной батареей. Начиная от некоторого значения оборотов и при более высоких оборотах напряжение, поддерживаемое регулятором, бывает всегда больше э.д.с. аккумуляторной батареи. Поэтому независимо от количества включенных потребителей батарея всегда будет заряжаться, а ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь, будет увеличиваться пропорционально числу включаемых потребителей.
Таким образом, при работе генератора возможны случаи, когда ток, проходящий через обмотки якоря, будет превышать допустимую величину и в результате сильного нагрева изоляция обмоток может разрушиться (по техническим условиям температура обмотки якоря не должна превышать 120, а обмотки возбуждения 90 градусов Цельсия). Кроме того, аккумуляторная батарея будет перезаряжаться, что приведет к «кипению» электролита и разрыхлению активной массы пластин. Чтобы взбежать указанных последствий, в цепь генератора включают специальный ограничитель тока, который предохраняет генератор от перегрузки и, работая совместно с регулятором напряжения, обеспечивает регулирование величины зарядного тока в зависимости от степени заряженности батареи.
Если двигатель работает на малых оборотах, то напряжение на клеммах генератора оказывается ниже напряжения батареи. Поэтому батарея будет разряжаться не только на потребители, но и на обмотки генератора. Это приводит к нагреву обмотки и неоправданному разряду батареи. Чтобы избежать этих последствий, в тот момент, когда напряжение генератора становится меньше напряжения батареи, их необходимо разъединить, а когда напряжение генератора становится больше э.д.с. батареи, снова соединить, чтобы обеспечить постоянную подзарядку батареи. Замыкание и размыкание цепи генератор — батарея осуществляются автоматически. Для этого вместо выключателя 1 (схема) устанавливают автоматически действующее приспособление — реле обратного тока.
Итак, чтобы обеспечить нормальную совместную работу генератора и аккумуляторной батареи в цепи генератора, необходимо иметь три автоматически действующих устройства: регулятор напряжения, ограничитель тока и реле обратного тока. Конструктивно эти приборы выполняют обычно в виде одного общего узла, называемого реле-регулятором.
Реле-регуляторы РР-80Б и РР-80. На тракторах ДТ-24 в ДТ-14 установлены реле-регуляторы марок РР-80Б и РР-80. Они отличаются друг от друга лишь различной регулировкой ограничителя тока. На основании 2 (рис. 1, а) под герметически установленной крышкой 7 крепится реле обратного тока 4, ограничитель тока 5 и регулятор напряжения 6.
Рис. 1. Реле-регуляторы РР-80 и РР-80Б. а) Общий вид: 1 — резиновый амортизатор; 2 — основание в сборе; 3 — уплотнительная прокладка; 4 — реле обратного тока; 5 — ограничитель тока; 6 — регулятор напряжении; 7 — крышка, б) Схема электрических соединений: I, II, III — спиральные пружины; IV — регулировочная гайка; R1, R2, R3 и R4 — сопротивления.
Под основанием смонтированы четыре сопротивления: R1=80, R2=15, R3=30 и R4=1 Ом. Первые три сопротивления включаются в цепь при размыкании контактов регулятора напряжения и ограничителя тока, а четвертое включено в цепь постоянно. К трем изолированным зажимам присоединяются провода. От зажима Б провода идут к потребителям и к аккумуляторной батарее, а от зажимов Я и Ш — соответственно к зажимай Я и Ш генератора. Электромагнит реле обратного тока имеет две обмотки: параллельную генератору, состоящую из большого числа витков тонкого провода, и последовательную с ним, состоящую из нескольких витков толстого провода.
На якорьке реле установлены два контакта. Когда якорек притягивается к сердечнику, они соприкасаются с двумя неподвижными контактами стойки. На неработающем двигателе под влиянием пружины 1 (рис. 1, б) контакты реле находятся о разомкнутом состоянии. Когда двигатель начинает работать, на клеммах генератора создается напряжение, под действием которого через параллельную обмотку реле проходит ток от генератора. Как только напряженно достигает величины, на которую отрегулировано реле, якорек притягивается к сердечнику, контакты замыкаются и включают генератор и цепь. При этом весь ток нагрузки генератора проходит через последовательную обмотку реле, что увеличивает силу притяжения якорька к сердечнику, так как обе обмотка намагничивают сердечник в одном направлении.
При снижении оборотов, когда напряжение генератора станет меньше напряжения аккумуляторных батарей, через последовательную обмотку реле начинает проходить обратный ток от батареи к генератору. При этом магнитное поле последовательной обмотки реле противодействует магнитному полю параллельной обмотки 1. По мере увеличения обратного тока сила магнитного притяжения якоря к сердечнику достигнет величины, на которую отрегулировано реле, пружина 1 размыкает контакты, разрывал цепь между генератором и аккумуляторной батареей. Благодаря этому предотвращается разрядка аккумуляторной батареи через обмотки генератора.
Ограничитель тока имеет электромагнит, якорек с подвижным контактом и неподвижный контакт. Усилием пружины контакты удерживаются в замкнутом состоянии.
На сердечнике электромагнита имеются две обмотки: последовательная и ускоряющая. Через последовательную обмотку проходят весь ток нагрузки генератора.
Когда ток, отдаваемый генератором, достигает предельной величины, якорек ограничителя притягивается к сердечнику, размыкая контакты. При этом последовательно с обмоткой возбуждения генератора включаются две параллельные группы добавочных сопротивлений, вследствие чего ток, отдаваемый генератором, уменьшается. При этом сила магнитного притяжения якорька ослабевает и контакты под действием пружины вновь замыкаются, ток возрастает и рабочий цикл ограничителя тока повторяется. В момент размыкания контактов включаются дополнительные сопротивления и ток в ускоряющей обмотке резко снижается, что вызывает более быстрое размагничивание сердечника, а следовательно, и увеличение частоты колебаний якорька.
Регулятор напряжения по конструкции аналогичен ограничителю тока. Принцип действия его был рассмотрен выше. Обмотка электромагнита включена в цепь генератора параллельно обмотке возбуждения.
В магнитной цепи регулятора напряжения имеется магнитный шунт МШ, который обеспечивает повышение напряжения генератора в зимнее время на 0,2—0,3В. Пластинка шунта изготовлена из сплава, магнитное сопротивление которого со снижением температуры уменьшается. При этом доля магнитного потока сердечника, проходящего через магнитный шунт, увеличивается, а через якорек уменьшается. Поэтому, чтобы разомкнуть контакты регулятора, требуется повышенное напряжение генератора.
Регулировочные данные, за исключением максимального тока нагрузки, у обоих реле-регуляторов одинаковы: напряжение включения реле обратного тока составляет 12—13В, обратный ток выключения реле обратного тока — 0,5—6А, напряжение, поддерживаемое регулятором, при скорости вращения якоря генератора 3000 об/мин и токе нагрузки 10А равно 13,8—14,8В. Максимальный ток нагрузки у РР-80 равен 10—11А, у РР-80Б — 12—14А. [Дизельные колесные тракторы. Гельман Б.М. и др. 1959г.]