Upload
kanyaro-attila
View
254
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
seea
Citation preview
Sistemul de alimentare electric
1
3.2 Releul regulator de tensiune
3.1.3 Generalităţi
Generatorul de curent electric montat pe autovehicul lucrează la un regim de
turaţie şi sarcină variabil. Ca urmare şi
tensiunea la bornele acestuia va fi
variabilă. În plus este necesar să se
modifice tensiunea de încărcare funcţie de
temperatura mediului. Nivelul tensiunii
trebuie să fie mărit iarna pentru a permite
ameliorarea încărcării bateriei iar vara este
necesar ca tensiunea să fie limitată la un
nivel inferior pentru a se înlătura pericolul
supraîncărcării bateriei.
În vederea asigurării funcţionării
normale a consumatorilor şi a bunei
conlucrări cu bateria de acumulatori,
alternatorul este echipat cu un releu
regulator de tensiune.
În cazul, alternatoarelor cu Figura 3.31
autoexcitaţie şi relee regulatoare de Relee regulatoare de tensiune tensiune electronice,
în vederea protejării
echipamentului electronic, se prevede şi un dispozitiv de protecţie faţă de
supratensiunile care pot apare la scurtcircuite sau variaţii bruşte de sarcină. În fig.
3.31 se prezintă câteva variante de relee regulatoare de tensiune.
3.1.4 Principiul reglării tensiunii
În cazul alternatoarelor cu excitaţie electromagnetică, reglarea tensiunii se
realizează prin modificarea valorii curentului de excitaţie iar în cazul releelor
electronice prin întreruperea cu o anumită frecvenţă a alimentării excitaţiei.
Sistemul de alimentare electric
2
Figura 3.32
Schema logică a releului regulator de tensiune
În fig. 3.32 se prezintă schema logică de funcţionare a releului regulator de
tensiune.
Releul regulator de tensiune, prin dispozitivul său de măsurare, compară
permanent tensiunea la bornele alternatorului cu valoarea de referinţă (ex. 14 V). În
momentul în care apare o variaţie a tensiunii UR faţă de mărimea de referinţă,
dispozitivul de măsurare transmite o comandă dispozitivului de reglare care modifică
valoarea curentului de excitaţie în sensul creşterii sau micşorării lui (sau întrerupe
alimentarea excitaţiei), până când dispare diferenţa dintre mărimea de referinţă şi
tensiunea UR. În acest fel, dacă se menţine o valoare constantă a mărimii de referinţă,
se va menţine în mod automat constantă şi tensiunea reglată UR.
Cu cât reglarea se face cu frecvenţă mai mare, cu atât calitatea reglării este
superioară iar pulsaţiile curentului de excitaţie sunt mai mici.
În fig. 3.33 se prezintă grafic funcţionarea releului regulator de tensiune pentru
două cazuri: turaţie de antrenare joasă (n1) şi turaţia de antrenare înaltă (n2).
S-au utilizat următoarele notaţii:
Iexc – curentul de excitaţie,
TF – timpul de funcţionare,
TC – timpul de cuplare,
Sistemul de alimentare electric
3
Im – curentul de excitaţie mediu, A
– alimentare,
ÎA – întreruperea alimentării.
Figura 3.33
Funcţionarea releului regulator de tensiune
3.2.3 Variante constructive
După modul în care este realizat dispozitivul de reglare a curentului de excitaţie
şi dispozitivul de măsură, releele regulatoare de tensiune pot fi:
electromecanice (cu contacte), electronice şi hibride.
3.2.3.1 Releul regulator de tensiune electromecanic (cu contacte)
Acest tip de releu se utiliza la modelele mai vechi de automobile.
Sistemul de alimentare electric
4
Funcţionarea lui se bazează pe introducerea unei rezistenţe de reglare în serie cu
înfăşurarea de excitaţie a alternatorului, când tensiunea la bornele acestuia depăşeşte
o anumită valoare dată. Comanda se
realizează prin intermediul contactelor
acţionate de înfăşurarea de comandă.
Din punct de vedere constructiv
acest tip de releu poate fi cu o singură
treaptă sau în două trepte.
Schema de principiu este
prezentată în fig. 3.34. În această figură
se prezintă schema
electrică a alternatorului 1,
echipat cu redresorul 2 şi regulatorul de
tensiune 4 alimentat prin intermediul a
trei diode de excitaţie 3.
Existenţa releului regulator în
circuitul electric al generatorului modifică
caracteristica generatorului U=f(n) fapt
prezentat în fig. 3.35. Figura 3.34
Schema releului regulator de tensiune electromecanic
Figura 3.35 Figura 3.36 Caracteristica generatorului echipat cu regulator Caracteristica releului regulator de tensiune în de tensiune două trepte
Sistemul de alimentare electric
5
Domeniul de lucru al regulatorului de tensiune este caracterizat de turaţiile
nmin şi nmax. Turaţia maximă trebuie să fie mai mare decât turaţia alternatorului la
turaţia maximă a motorului. În cazul în care această condiţie nu poate fi îndeplinită se
adoptă un regulator de tensiune cu
contacte în două trepte. În acest caz
contactul mobil cuprinde două trepte. În
prima treaptă se scurtcircuitează sau
introduce rezistenţa de reglare Rr prin
contactul fix. Dacă tensiunea are
tendinţa de creştere şi în continuare,
sub acţiunea forţei magnetice a
înfăşurării Bu se parcurge al doilea
segment până la închiderea celui de-al
doilea contact. În acest caz, înfăşurarea
de excitaţie este scurtcircuitată şi
valoarea curentului de excitaţie devine practic nulă.
În fig. 3.36 se prezintă
caracteristica U=f(n) pentru un Schema constructivă a releului regulator de Figura
3.37
generator echipat cu regulator de tensiune electromecanic tensiune în două trepte.
Domeniul de funcţionare al acestui regulator se caracterizează prin cele trei turaţii
corespunzătoare celor două trepte.
În fig. 3.37 se prezintă schema de principiu a regulatorului de tensiune
electromecanic.
Pe jugul 1 se fixează miezul 2 din oţel moale şi izolat faţă de el contactul fix
6. lama mobilă 4, fixată elastic de jugul 1 este echilibrată cu arcul de reglare 5 astfel
încât contactele 10 să fie normal închise. Pe miezul 2se aşează înfăşurarea 3. Între
miez şi armătura lamei mobile există întrefierul 0. Întrefierul poate fi reglat cu
şurubul 9.
Forţa de deschidere a contactelor 10 se reglează cu ajutorul arcului 5. La
construcţiile mai noi, se utilizează arcuri lamelare care se reglează prin îndoirea
suportului de sprijin.
Pentru introducerea rezistenţei de reglaj în circuitul de excitaţie al
generatorului, prin deschiderea contactului este necesar ca cuplul creat de arc să fie
echilibrat de cuplul creat de înfăşurarea de comandă.
Sistemul de alimentare electric
6
Pornind de la acest echilibru se poate
determina expresia tensiunii reglate de releu.
Tensiunea reglată de releu depinde de
valoarea întrefierului, de forţa exercitată de
arc, de parametrii înfăşurării de comandă şi de
temperatură. Influenţa temperaturii asupra
tensiunii reglate este un fenomen nedorit
deoarece, la scăderea temperaturii scade şi
tensiunea reglată (fig. 3.38).
Din punct de vedere practic este de
dorit o variaţie inversă, deoarece iarna creşte
rezistenţa internă a bateriei iar curentul de
Figura 3.38 încărcare scade.
Variaţia tensiunii reglate funcţie de Din aceste considerente,
trebuie temperatură redusă influenţa temperaturii asupra tensiunii
reglate. Se pot utiliza următoarele metode de
compensare:
• utilizarea pentru înfăşurarea de comandă a unor conductori cu
coeficientul termic al rezistivităţii α=0;
• modularea forţei arcului funcţie de temperatură;
• utilizarea shuntului magnetic;
• utilizarea de termistoare.
În cazul multor relee se utilizează metode combinate de compensare. Releu
regulator de tensiune electromecanic cu contacte duble.
În fig. 3.39 a se prezintă schema constructivă iar în fig. 3.39 b, schema electrică
a unui releu regulator de tensiune electromecanic cu contacte duble.
Figura 3.39
Releu regulator de tensiune cu contacte duble
Principalele componente sunt: electromagnetul cu miezul magnetic şi
înfăşurarea de comandă 1, armătura mobilă cu contactele mobile şi arcul lamelar 2,
suportul ce conţine contactele fixe 3.
Sistemul de alimentare electric
7
În afară de rezistenţa de reglaj Rr, conectată între borna principală D+ şi borna
de excitaţie DF, releul mai cuprinde o rezistenţă de absorbţie (stingere) Rs, conectată
în paralel cu înfăşurarea de excitaţie, care are rolul de a micşora supratensiunile ce
apar datorită variaţiei curentului de excitaţie în momentul deschiderii contactelor. În
serie cu înfăşurarea de tensiune a releului se introduce rezistenţa de compensare
termică RCT, cu coeficientul termic al rezistivităţii negativ, pentru a se realiza
compensarea influenţei temperaturii asupra reglării tensiunii. Între contactul fix (de
masă) 3 al treptei a doua şi masă, se conectează rezistenţa de protecţie Rp, sub forma
unui fir calibrat care are rol de protecţie în cazul unei conectări greşite. Contactul mobil
are forma de „L” rotit cu 90° iar arcul de sprijin este lamelar.
Releul dispune de un reglaj brut constând în modificarea întrefierului, prin
reglarea poziţiei suportului celor două contacte fixe cu şurubul lateral 4 şi un reglaj fin
constând în tensionarea arcului lamelor cu ajutorul camei 5.
În fig. 3.40 se prezintă diagrama de reglaj a unui releu regulator de tensiune
cu contacte duble (model Electroprecizia 1410).
Figura 3.40
Reglajul realizat de releul cu contacte duble
Reglajul se realizează în două trepte, turaţia de antrenare fiind de 5000
rot/min. La treapta a II a, curentul debitat trebuie să fie între 2 – 12 A, iar tensiunea în
limitele 13,9 – 14,5 V. În treapta I curentul prescris este 25 ... 35 A, iar tensiunea de
13,2 – 14,3 V.
Releele regulatoare de tensiune electromecanice sunt caracterizate printr-un
preţ de fabricaţie scăzut, construcţie simplă, posibilitate de reglaj, dar prezintă şi o serie
de limite:
• prezenţa maselor în mişcare introduce o inerţie care limitează
frecvenţa de lucru şi prin aceasta domeniul de reglare este larg;
• existenţa contactelor mecanice limitează valoarea curentului de
excitaţie ce
poate fi comandat.
Sistemul de alimentare electric
8
Datorită creşterii valorii curentului de excitaţie care trebuie comandat şi
condiţiilor de reglare precisă a valorii tensiunii, la automobilele moderne s-a trecut la
utilizarea releelor regulatoare de tensiune electronice.
3.2.3.2 Relee regulatoare de tensiune electronice
Aceste relee s-au generalizat fiind utilizate pe toate tipurile de autovehicule.
Avantajul lor constă în capacitatea de a comanda curenţi de excitaţie mari, de a realiza
frecvenţe de lucru foarte mari, cu efect asupra reducerii plajei de reglaj, permiţând
totodată utilizarea de dispozitive de protecţie contra supratensiunilor.
Sistemul de alimentare electric
9
Releele regulatoare de tensiune electronice pot fi dispuse separat sau
integrate alternatorului, soluţie ce determină reducerea cablurilor de legătură.
Principiul de funcţionare
În principiu, funcţionarea acestor relee se bazează pe utilizarea unei diode
Zener, capabilă să se blocheze sau să conducă funcţie de un nivel precis al tensiunii,
ea constituind elementul sensibil de comandă al releului.
Pentru puteri mici se utilizează scheme cu două tranzistoare cu germaniu sau
siliciu.
Figura 3.41
Schema de principiu a releului regulator de tensiune electronic
În fig. 3.41 este prezentată schema de principiu a unui regulator de tensiune
electronic şi modul de legare la alternator. Componentele electronice principale sunt:
un tranzistor de putere T1(p-n-p), un tranzistor de comandă T2(p-n-p) şi o diodă
stabilizatoare Zener DZ, alimentată potenţiometric prin intermediul divizorului de
tensiune format de rezistenţele R1 şi R2.
Emiterele celor două tranzistoare sunt alimentate (pozitivate) la borna „D+” a
alternatorului, iar colectoarele se racordează la borna „D–” prin intermediul rezistenţei
R3, respectiv diodei de descărcare D.
Colectorul tranzistorului T2 se racordează la baza tranzistorului T1, formând un
circuit basculant, iar tranzistorul de putere se înseriază în circuitul înfăşurării de
excitaţie a alternatorului prin borna DF.
Principiul de reglare a tensiunii constă în întreruperea periodică, cu o frecvenţă
ridicată, a curentului de excitaţie al alternatorului.
Funcţionarea releului este caracterizată prin două regimuri:
• la tensiuni mici ale alternatorului, aplicate diodei stabilizatoare DZ (ex.
sub 13 V), prin intermediul divizorului de tensiune format de R1 şi R2, aceasta nu
conduce, astfel încât tensiunea de polarizare, aplicată pe rezistenţa R1 tranzistorului
T2 să fie mică, cu efect asupra blocării tranzistorului T2.
Deoarece prin rezistenţa R3 nu trece curent, tensiunea de polarizare a
tranzistorului T1, este practic egală cu tensiunea la bornele alternatorului, ceea ce face
ca tranzistorul T1 să intre în conducţie, permiţând trecerea curentului de la emiter la
colector şi borna DF, excitaţia alternatorului fiind alimentată.
Sistemul de alimentare electric
10
• când tensiunea alternatorului creşte peste o anumită valoare prescrisă
(ex. 14,2 V), dioda stabilizatoare DZ intră în conducţie determinând creşterea tensiunii
de polarizare a tranzistorului de comandă T2 şi intrarea acestuia în conducţie.
Tensiunea de polarizare a tranzistorului de putere T1 va scădea determinând blocarea
acestuia şi întreruperea curentului de excitaţie.
Prin micşorarea tensiunii la bornele alternatorului, dioda stabilizatoare va
reveni la starea iniţială de blocare, tranzistorul de comandă T2 se blochează, iar
tranzistorul de putere T1 va comanda alimentarea cu curent a excitaţiei alternatorului.
Dioda de descărcare D, conectată în paralel cu înfăşurarea de excitaţie este
necesară în toate schemele deoarece, la întreruperea curentului de excitaţie pot apare
supratensiuni care periclitează semiconductoarele. Dioda D este astfel conectată,
încât la aplicarea tensiunii directe ea conduce, în schimb, după întreruperea circuitului,
ea permite trecerea curentului de excitaţie.
În fig. 3.42 se prezintă o serie de variante utilizate în practică, prevăzute în
plus cu o serie de elemente care au rolul de a îmbunătăţi caracteristicile de funcţionare,
creşterea gradului de sensibilitate, securitatea sau anduranţa.
Figura 3.42
Variante de scheme de relee regulatoare de tensiune electronice
Pentru compensarea variaţiilor de tensiune în funcţie de variaţiile de
temperatură, se poate utiliza un termistor RCT (fig. 3.42 a), a cărui rezistenţă variază
cu temperatura. El se va conecta în paralel cu una din rezistenţele divizorului de
tensiune.
Divizorul de tensiune prin care se alimentează dioda stabilizatoare DZ
cuprinde mai multe rezistenţe, dintre care, o parte servesc drept potenţiometru pentru
reglarea fină, iar celelalte pot fi scoase parţial din circuit pentru a putea modifica în
Sistemul de alimentare electric
11
trepte tensiunea aplicată diodei stabilizatoare, şi o dată cu aceasta, pentru a putea
modifica tensiunea reglată a releului (fig. 3.42 c şi d). De obicei, între emiterul şi baza
tranzistorului de comandă se prevede o rezistenţă R4 (fig. 3.42 b), care evită apariţia
curentului rezidual de colector, atunci când circuitul bazei tranzistorului se întrerupe.
Pentru accelerarea blocării tranzistorului de putere T1, în unele scheme, în
circuitul emiterului se conectează o diodă de polarizare inversă D1 (fig. 3.42 b). În timp
ce tranzistorul de comandă este blocat, tranzistorul de putere conduce, având
potenţialul bazei mai mic decât potenţialul emiterului. Când tranzistorul de comandă
intră în conducţie, căderea de tensiune pe dioda D1 produce o polarizare inversă a
bazei tranzistorului de putere, determinând blocarea activă a acestuia. Dioda are şi
rolul de protecţie în cazul aplicării unei tensiuni inverse.
La unele variante, (fig. 3.42 a), alimentarea tranzistorului de putere se face
printr-o rezistenţă RS, conectată în circuitul emiterului, care determină o reacţie
pozitivă şi o compensare a curentului invers al tranzistorului la creşterea temperaturii.
Pentru îmbunătăţirea comutaţiei tranzistoarelor prin micşorarea inerţiei,
evitarea pierderilor şi încălzirii inutile a tranzistoarelor, se pot utiliza circuite de reacţie.
Un astfel de circuit se compune dintr-un condensator Cr şi o rezistenţă Rr, conectate
în serie, între baza tranzistorului de comandă T2 şi colectorul tranzistorului de putere
T1 (fig. 3.42 b şi c).
În cazul unor curenţi de excitaţie mari se pot utiliza relee cu trei tranzistoare.
3.2.3.3 Relee regulatoare de tensiune hibride
Releele regulatoare de tensiune moderne sunt realizate în tehnologie hibridă,
cuprinzând circuite integrate şi componente discrete dispuse într-o carcasă ermetică
amplasată direct pe alternator.
În fig. 3.43 a se prezintă construcţia unui releu regulator de tensiune hibrid iar
în fig. 3.43 b schema electrică de principiu.
Figura 3.43
Releul regulator de tensiune
a) construcţie b) schema electrică de principiu
Sistemul de alimentare electric
12
Pe o placă ceramică sunt dispuse toate
componentele iar conectarea lor se realizează
printr-un circuit imprimat.
Elementul principal al releului
îl constituie un circuit integrat (C.I.) care
cuprinde toate funcţiile de comandă şi reglare,
inclusiv compensarea termică.
Circuitul integrat controlează mărimea
de ieşire prin care se comandă circuitul
basculant format din cei doi tranzistori,
realizându-se întreruperea cu o anumită
frecvenţă a alimentării înfăşurării de excitaţie a
alternatorului.
Tranzistorii şi dioda de protecţie sunt
lipiţi direct pe un soclu metalic pentru a se Figura 3.44 garanta o bună răcire. Compensarea
termică a tensiunii reglate În fig. 3.44 se prezintă compensarea termică realizată de acest releu.
Soluţia asigură o schemă simplă şi compactă, cu un număr redus de
componente şi conexiuni, o funcţionare sigură, realizând o compensare termică
precisă.
3.2.3.4 Relee regulatoare multifuncţionale
Rolul releului regulator multifuncţional nu este limitat doar la reglarea tensiunii,
obiectivul avut în vedere fiind de a utiliza pentru alternator şi releu unele informaţii
prezente la bord.
Caracteristicile funcţionale ale releelor regulatoare multifuncţionale pot fi
cuprinse în trei grupe:
• Ameliorarea funcţionării motorului prin:
• excitaţia întârziată a alternatorului după pornire;
• excitaţia întârziată a alternatorului după o creştere a încărcării; •
întreruperea alimentării excitaţiei alternatorului în etapa de demaraj.
• Ameliorarea bilanţului încărcării prin:
• măsurarea tensiunii reale a bateriei;
• măsurarea temperaturii bateriei;
• mărirea regimului de relanti când tensiunea în reţea este prea scăzută;
• reglarea regimului termic al alternatorului pentru o mai bună exploatare
a acestuia.
• Semnalarea la bord a defecţiunilor, diagnosticarea acestora prin:
• semnalizarea întreruperii alimentării excitaţiei;
• semnalizarea supratensiunilor;
• controlul funcţionării lămpilor martor de la bord.
Sistemul de alimentare electric
13
Pentru sistemul alternator – regulator – baterie – consumatori, ideal ar fi să se
poată controla direct capacitatea reziduală a bateriei şi de a utiliza acest parametru în
strategia generală de gestionare a reţelei de bord, prin măsurarea cu precizie a
tensiunii şi temperaturii bateriei, a curenţilor de încărcare – descărcare, a gradului de
utilizare a alternatorului.