3 REGULACE ALTERNÁTORŮ Jak již bylo uvedeno, provádí se u alternátorů pouze regulace napět'ová. Ve srovnání s dynamy tedy odpadá proudová regulace a zpětný spínač. Samozřejmě, že diodami usměrňovače prochází v závěrném směru určitý proud, jeho velikost je však řádově 10-4 A a je ho tedy možno zanedbat. U alternátorů je třeba rozdělit regulátory nejen podle principu (elektromagnetické a polovodičové), ale i podle toho, používají-li se pro alternátory s buzením stejnosměrným proudem nebo pro alternátory s buzením permanentními magnety. 3.1 Regulátory alternátorů buzených stejnosměrným proudem 3.1.1 Regulátory elektromagnetické Tyto regulátory mají stejný princip jako regulátory dynam, z dříve uvedených důvodů jsou však podstatně jednodušší. Obr. 4. 7 Elektromagnetické regulátory alternátorů Na obr. 4.7a je jednostupňový regulátor, na obr. 4.7b regulátor dvoustupňový. Na obrázcích je použito stejné značení jako u regulátorů dynam a také popis činnosti je naprosto stejný s tím rozdílem, že na regulačním relé KA1 odpadá proudové vinutí LP1 a samozřejmě chybí i zpětný spínač. U obou regulátorů jsou červeně zakresleny proudy v případě základního nastavení. V případě, že alternátor nemá pomocný usměrňovač, budou svorky označeny B+ a B-, u alternátorů s pomocným usměrňovačem jsou svorky označeny D+ a B- (v obou případech však může být svorka B- označena i D-).
3.1.1.1 Vlastnosti elektromagnetických regulátorů poměrně značné rozměry i hmotnost, mohou být umístěny pouze mimo alternátor, nemožnost dosáhnout vysoké frekvence sepnutí kontaktů a z toho důvodu i omezená přesnost regulace, opalování kontaktů a s tím spojené zvýšené nároky na údržbu a opravy, jiskření kontaktů, které je zdrojem rušení. Jak jsme již v předchozím uvedli, používá se u malých jednostopých vozidel jednoduchý alternátor s permanentními magnety, který nevyžaduje žádnou regulaci, protože dává téměř stálý proud do zátěže, kterou je obvykle žárovka předního světlomětu a žárovka zadního koncového světla. Při výměně těchto žárovek musí být bezpodmínečně dodrženy parametry žárovek podle předpisu výrobce. U všech větších vozidel, kde se vyskytují různé spotřebiče, se mění zatížení alternátoru podle jejich připojení. Zejména tam, kde je ve vozidle akumulátorová baterie, musí být alternátor vybaven regulačním relém - regulátorem. Regulátor pro alternátor má tedy tu funkci, že udržuje výstupní napětí alternátoru na konstantní velikosti (7 V, 14 V, 28 V). Regulace napětí alternátoru, buzeného stejnosměrným proudem, pracuje na tom principu, že regulační relé mění proud do budicího vinutí alternátoru tak, že při různých otáčkách motoru i při různém odběru proudu zůstává napětí na stejné velikosti. Obr. 6. 18 Konstrukce regulačního relé Nejrozšířenějšími regulátory byly do nedávna regulátory vibrační, které jsou v dnešní době vytlačeny modernějšími a přesněji pracujícími regulátory polovodičovými. Princip regulace napětí alternátoru si vysvětlíme pomocí jednoduchého vibračního regulačního relé. Podstatnou částí regulačního relé je elektromagnet tvořený cívkou 9, jádrem 8, jhem 14 a kotvou 5 (obr. 6.18): Proti přítažné síle elektromagnetu působí na kotvu plochá pružina 12 jejíž síla se při výrobě seřídí přihnutím konce třmenu 13. Kontakty l, 2 jsou v klidu spojeny 3, 4 rozpojeny. Na obrázku 6.19 je schéma zapojení jednostupňového regulátoru napětí, na kterém si vysvětlíme činnost regulace. Do série s budicím vinutím FG je zařazen
rezistor R, který je periodicky spojován nakrátko kontaktem 4. Plochá pružina se snaží držet kontakt ve spojené poloze (poloha a). Proti ní působí síla elektromagnetu, jehož napěťové vinutí je připojeno k výstupním svorkám alternátoru. Obvody jsou navrženy tak, že účinkem elektromagnetu se kontakt střídavě spojuje a rozpojuje. Při rychlém periodickém spojování a rozpojování kolísá sice napětí UG mezi hodnotami U~m;a a UG,aX, ale na žárovkách žádné kolísání světla nepozorujeme. Kmitočet vibrace bývá 50 až 500 Hz. Obr. 6.19 Schéma zapojení jednostupňového regulátoru napětí Obr. 6.20 Průběh proudu v budícím vinutí alternátoru Představme si, že napětí dosáhlo hodnoty U Gmax. Síla elektromagnetu přemůže tah pružiny, kontakt se rozpojí a tím se zařadí do budicího obvodu rezistor R. Budicí proud ib se však nezmění skokem, protože indukčnost budicího obvodu se snaží udržet ib na původní výši. Proto klesá ib a U G jen jistou rychlostí. Když U G klesne na U Gmin přemůže tah pružiny přítažnou sílu elektromagnetu a kontakt spojí rezistor R nakrátko. Budicí proud ib a napětí U G začne stoupat a když dostoupí U Gmax, celý děj se opakuje znovu. Čas T 1, po který je kontakt spojen, a čas T2, po který je rozpojen, se samočinně nařizuje tak, že napětí U G je i při velkých změnách otáček a zatížení alternátoru téměř stálé. Zanedbáme-li kolísání napětí mezi hodnotami U Gmax a U Gmin a nazveme střední hodnotu napětí U G, pak při sepnutí kontaktu regulačního relé nastává přechodový stav podle rovnice: Ldi R bi + = U G (6.7) dt Řešení této diferenciální rovnice pro proud i je:
τ1 i = I ( 1 e ) křivka I na obr. 6.20. max t Při rozpojení kontaktu je do obvodu buzení zařazen rezistor R a rovnice pro přechodový stav je: Ldi ( R b + R) i + = U G (6.8) dt Řešení této rovnice pro proud i je: i t t τ 2 τ 2 = Imin (1 e ) + I maxe křivka 2 na obr. 6.20. b Rychlost nárůstu proudu v budicím vinutí závisí na časové konstantě L b τ 1 = (6.9) Rb rychlost poklesu proudu na časové konstantě τ 1 = kde Lb R + R b L b je indukčnost budicího vinutí, Rb - odpor budicího vinutí R - odpor zařazený do série k budicímu vinutí I max = U G /R b I min = U G /(Rb + R) Na obrázku 6.20 je znázorněn průběh proudu v obvodu buzení pro různé otáčky alternátoru n, a n2. I b1 je střední hodnota budícího proudu při otáčkách n 1, I b2 je střední hodnota budícího proudu při otáčkách n 2. Aby i při vysokých otáčkách regulátor správně pracoval, musí být rezistor R poměrně veliký a kontakt je při rozpojování namáhán poměrně velikým napětím. Namáhání i opotřebení kontaktů se zmenší a rezistor R vyjde menší, přejdeme-li od právě popsané jednostupňové regulace k regulaci dvoustupňové. Pomocí dalšího páru kontaktů (viz obr. 6.21.) se při vysokých otáčkách alternátoru spojí budicí vinutí FG úplně nakráto. Přitom neklesne proud ib v tomto vinutí úplně na nulu. Účinkem indukčnosti vinutí FG klesá ib jen poměrně pomalu. Při nízkých otáčkách pracují jen kontakty prvého stupně, při vysokých jen kontakty druhého stupně. Při jistých středních otáčkách jsou oba páry kontaktů rozpojeny ( plavou"). Namáhání kontaktů je malé, takže je možno jako materiálu použít stříbra, které jen málo oxiduje. Odpor vinutí elektromagnetu napěťového regulátoru, které bývá navinuto měděným vodičem, stoupá s teplotou. Napětí potřebné k tomu, aby se kotva elektromagnetu dala do pohybu, stoupá. V teplém stavu by tedy regulátor nařizoval vyšší napětí než ve stavu studeném.
Vliv teploty lze zmenšit různým způsobem. Lze např. navinout cívku elektromagnetu na menší napětí a předřadit jí vhodně velký tepelně nezávislý rezistor (obr. 6.22, 6.23 - rezistor RK), či dokonce termistor nebo část pružicí soustavy (např. závěs kotvy) zhotovit z dvojkovu. Vzdálenosti jsou mezi kontakty tak malé, že na pohled vibrace kotvy ani nepozorujeme, ale vnímáme je při doteku. Odpor regulačního rezistoru nesmí být příliš veliký, protože pak by mezi kontakty prvého stupně bylo příliš veliké napětí. Kdyby však byl příliš malý, bylo by namáhání kontaktů druhého stupně příliš veliké. Budicí obvod, který musí být napájen ze stejnosměrné strany, musí být od akumulátorové baterie odpojen, je-li alternátor v klidu. Alternátory nemají remanentní magnetický tok tak velký, aby se mohly samy nabudit při malých otáčkách, proto je budicí obvod při nízkých otáčkách vždy napájen z akumulátorové baterie. Alternátor, (který má budicí vinutí), je konstruován pro spolupráci s akumulátorovou baterií. Obr. 6.21 Schéma zapojení dvojstupňového regulátoru napětí Obr. 6.22. Schéma zapojení třífázového šestidiodového alternátoru s vibračním regulátorem a elektromagnetickým spínačem kontrolky dobíjení
Obr. 6.23. Schéma zapojení třífázového devítididového alternátoru s vibračním regulátorem Na obrázku 6.22 je zapojení třífázového šestidiodového alternátoru s vibračním regulátorem. Budicí vinutí alternátoru FG je napájeno přímo z akumulátorové baterie. Kontrola dobíjení je pomocí spínače S, viz kap. 6.1.10. Na obrázku 6.23 je zapojení třífázového devítidiodového alternátoru s vibračním regulátorem. Budící vinutíje po zapnutí spínače V napájeno přes kontrolku dobíjení a k ní paralelně připojený rezistor Rl. Je-li napětí alternátoru vyšší než-li napětí akumulátoru je budící vinutí napájeno ze svorky D+ alternátoru. Můžeme tedy říci, že tento typ alternátoru pracuje za chodu s vlastním buzením. V obou případech se jedná o regulační relé s dvoustupňovou regulací. 6.1.8 Polovodičová regulace alternátoru V posledních letech, kdy výrazně poklesla cena polovodičových součástí, používají výrobci motorových vozidel téměř výhradně regulátory polovodičové. Při výrobě velikých sérií je cena polovodičového regulátoru srovnatelná či dokonce nižší než cena regulátoru vibračního. Velkou výhodou polovodičového regulátoru je velmi malý zástavbový prostor a stálost již ve výrobě nastavených parametrů. Nejnovější regulátory se vyrábějí technologií integrovaných obvodů a tvoří obvykle jeden celek s držákem kartáčů alternátoru. Tranzistory v polovodičovém regulátoru pracují ve spínacím režimu. Tranzistor pracující ve spínacím režimu pracuje jako mechanický kontakt, ale bez nežádoucích vlastností, který každý kontaktní systém má (jiskření, kmitání,opotřebení apod.). Tranzistor pracující ve spínacím režimu, má tu výhodu, že bud je na něm velké napětí a neprotéká jím téměř žádný proud, nebo v sepnutém stavu je na něm téměř nulové napětí a může jím protékat velký proud. V obou případech je kolektorová ztráta P C = I C U CE malá. 3.1.2.1 Vlastnosti polovodičových regulátorů možnost dosažení velmi krátké doby spínání a tím i vysoké přesnosti regulace, žádné opotřebení, není tedy zapotřebí údržba, vysoké spínací proudy umožňují zmenšení rozměrů, při spínání nevzniká jiskření a tím se omezuje rušení odolnost proti nárazům, vibracím a povětrnostním vlivům, možnost elektronické kompenzace teplotních vlivů umožňuje dosažení velmi malé tolerance kolísání regulovaného napětí, malé rozměry umožňují ve většině případů montáž regulátoru přímo do alternátoru.
3.1.2.2 Zapojení polovodičového regulátoru typu EE I když konstrukce polovodičových regulátorů může být různá, základní princip zůstává ve všech případech stejný. Pro popis činnosti byl zvolen regulátor firmy BOSCH typu EE, jehož schéma je na obr. 4.8. (1) - výkonový stupeň (2) - řídicí stupeň (3) - odporový dělič (4) - kompenzační diody Obr. 4.8 Polovodičový regulátor typu EE Regulátor je osazen třemi tranzistory NPN. Tranzistor VT1 tvoří řídicí stupeň (2), jeho báze je napájena z odporového děliče (3) tvořeného rezistory R1, R2 a R3 přes Zenerovu diodu VZ. Horní konec děliče je spojen s kladnou svorkou D+, spodní konec se zápornou svorkou D-. Zenerova dioda slouží jako zdroj referenčního napětí a ovládá okamžik otevření a uzavření tranzistoru VT1. Diody VD1 a VD2 zapojené do série se Zenerovou diodou slouží k teplotní kompenzaci (4). Se zvyšující se teplotou totiž vodivost Zenerovy diody v závěrném směru klesá a naopak vodivost normální diody v propustném směru stoupá. Kombinací těchto dvou účinků se dosahuje vyrovnání tepelného působení. Kondenzátor C slouží k filtraci zvlněného napětí přiváděného z alternátoru. Tranzistory VT2 a VT3 tvoří výkonový stupeň (1). Tranzistory jsou v Darlingtonově zapojení a jsou zapojeny mezi svorku DF a D-, tj. do obvodu budicího vinutí. Celý stupeň funguje jako spínač. Rychlost spínání se zvyšuje použitím rezistoru R7. Při přerušení budicího obvodu polovodičovým spínačem vzniká vlivem vlastní indukčnosti budicího vinutí napěťová špička, přičemž výše napětí může dosáhnout i několika set voltů. Tato napěťová špička by mohla poškodit tranzistory VT2 a VT3. Proto je paralelně k budicímu vinutí zařazena ochranná dioda VD3. 3.1.2.3 Činnost polovodičového regulátoru typu EE Plné buzení (obr. 4.9a) Napětí dodávané alternátorem je nižší než Zenerovo napětí diody VZ. Na bázi tranzistoru VT1 není tedy požadované kladné napětí proti emitoru a tranzistor je uzavřen. Báze tranzistoru VT2 má proti emitoru kladné napětí dané úbytkem na rezistoru R6 a tranzistor je otevřen. Otevřený tranzistor VT2 zajišfuje potřebné kladné napětí i na bázi tranzistoru VT3, který je tedy rovněž otevřen. Budicí proud Ib jde tedy od svorky D+ přes budicí vinutí Lb a otevřený tranzistor VT3 ke svorce D-. Tím je zajištěno maximální buzení.
Obr. 4.9a Polovodičový regulátor - maximální buzeni Minimální buzení (obr. 4.9b) Napětí dodávané alternátorem je větší než Zenerovo napětí diody VZ. Dioda se stane vodivou, báze tranzistoru VT~ bude proti emitoru kladná a tranzistor se otevře. Otevřený tranzistor VT1 spojí bázi tranzistoru VT2 se záporným pólem a tranzistor VT2 se uzavře. Uzavřením tranzistoru VT2 se přeruší spojení báze tranzistoru VT3 s kladným pólem a tento tranzistor se rovněž uzavře. Tím je přerušen budicí obvod a buzení je minimální, dané pouze zbytkovým magnetismem drápkových pólů. K ochraně tranzistorů VT2 a VT3 před napěťovou špičkou, která vznikne při uzavření tranzistoru VT3, slouží dioda VD3. Jak plyne z obrázku, je po rozpojení tranzistoru VT3 uzavřen obvod budicího vinutí přes diodu VD3 a proud I A, vytvořený v důsledku napěťové špičky, prochází tímto obvodem. Na kolektorech tranzistorů VT2 a VT3 se nemůže v tomto případě objevit napětí větší než je součet napájecího napětí a úbytku napětí na diodě v propustném směru (tj. např. 14 V + 0,7 V). Po poklesu napětí alternátoru pod Zenerovo napětí diody VZ se dioda opět stane nevodivou, tranzistor VT1 se uzavře, tranzistory VT2 a VT3 otevřou a celý cyklus se opakuje. Rychlost opakování cyklu závisí především na počtu otáček alternátoru a jeho zatížení.
Obr. 4.9b Polovodičový regulátor - minimální buzeni 3.1.2.4 Nastavování polovodičových regulátorů V této části uvedené doplňky nejsou použity u regulátorů typu EE. Pro možnost dále popsaného nastavování je třeba upravit obvod referenčního napětí (obr. 4.10a) a s tím souvisí i další úpravy obvodu. Zenerova dioda VZ musí být zapojena anodou směrem k děliči napětí (tedy obráceně), pochopitelně obráceně musí být zapojeny i diody VD1 a VD2. Obr. 4.10a Nastavování polovodičových regulátorů základní zapojení
Vzhledem k nutnosti změnit polohu Zenerovy diody musí dojít také k přepólování (svorky D+ a D- si vymění místo), a proto je třeba použít místo tranzistorů NPN tranzistory PNP. Na rozdíl od předchozího zapojení se v tomto případě jedná o plusovou regulaci. Jinak je princip činnosti regulátoru prakticky stejný. Bude-li Zenerova dioda VZ uzavřena bude uzavřen i tranzistor VT1, tranzistory VT2 a VT3 v Darlingtonově zapojení budou otevřeny - buzení je maximální. Jakmile se Zenerova dioda otevře, otevře se i tranzistor VT1 a uzavřou se tranzistory VT2 a VT3 - buzení je minimální. Seřizování regulačního napětí (obr. 4.10b) Běžně se u regulátorů toto napětí, které závisí na velikosti Zenerova napětí diody VZ, seřizovat nedá. Obr. 4.10b Nastavování polovodičových regulátorů seřizování regulačního napětí Je-li místo rezistoru Rz zapojen odporový trimr RP (obr. 4.10b), na jehož běžec je připojena anoda diody VZ, je takové seřizování možné. Změnou polohy běžce se samozřejmě nemění Zenerovo napětí, které je dáno konstrukcí diody, ale napětí bodu A vzhledem ke svorce D+ a tím i napětí, při kterém se dioda otevře. Čím bude napětí bodu A vzhledem ke dvorce D+ vyšší, tím větší napětí bude (rovněž vzhledem ke svorce D+) k otevření Zenerovy diody zapotřebí. Regulace napětí v závislosti na okolní teplotě Zapojení je velmi podobné předchozímu s tím rozdílem, že je paralelně k rezistoru R1 připojen termistor RN se záporným teplotním součinitelem (obr. 4.10c). Při klesající okolní teplotě se odpor termistoru RN zvyšuje a napětí v bodě A vzrůstá. K otevření Zenerovy diody VZ bude tedy při nižší okolní teplotě zapotřebí vyšší napětí, a tím se o určitou hodnotu zvýší napětí regulační i svorkové napětí alternátoru.
Obr. x.x Schéma zapojení polovodičového regulátoru Pal Magneton Obr. 4.10c Nastavování polovodičových regulátorů regulace v závislosti na okolní teplotě
3.1.3 Regulátory provedené hybridní technikou Celý regulátor, jehož schéma je na obr. 4.11, je umístěn ve vzduchotěsném pouzdru (obr. 4.i2 - typ EL). Na keramické destičce jsou ochranné rezistory a integrovaný obvod IC (2), ve kterém jsou soustředěny všechny regulační a ovládací funkce. Samostatně jsou umístěny pouze tranzistory výkonového stupně (1) a ochranná dioda (3). Vzhledem k Darlingtonovu zapojení výkonového stupně je na něm úbytek napětí asi 1,5 V. Vývody z pouzdra jsou provedeny skleněnými průchodkami. Regulátor je připojen přímo na Tyto regulátory bývají spolu s usměrňovači držáku kartáčů a tvoří tedy integrovanou z normálních diod používány u alternátorů součást alternátoru. s víkovou konstrukcí. Obr. 4.11 Schéma hybridního regulátoru typu EL (1) výkonový stupeň, (2) regulační a ovládací obvod s IC, (3) ochranná dioda (1) - výkonový stupeň (2) - integrovaný obvod (IC) (3) - předřadné rezistory (4) - ochranná dioda (5) - elektrické výstupy Obr. 4.12 Hybridní regulátor
3.1.4 Monolitické regulátory Tato technika je dalším vývojovým stupněm techniky hybridní. V tomto případě jsou všechny obvody, tj. řídicí, regulační a ovládací, včetně ochranné diody, integrovány na jednom čipu (obr. 4.13). Výkonový stupeň je jednoduchý a vzniká na něm úbytek napětí pouze 0,5 V. Spolehlivost je vzhledem k ještě větší kompaktnosti konstrukce, tzn. menšímu počtu částí a spojů, ještě vyšší. Na obr. 4.14 je monolitický regulátor umístěný na alternátoru. Monolitické regulátory v kombinaci s usměrňovači osazenými Zenerovými diodami se používají pro alternátory s kompaktní konstrukcí. Obr. 4.14. Monolitický regulátor umístěný na alternátoru
Obr. 4.13 Schéma monolitického regulátoru (1) výkonový stupeň, (2) regulační a ovládací obvod, (3) ochranná dioda 3. 1. 6 Víceůčelový regulátor Víceúčelový regulátor (obr. 4.15) zajišťuje kromě své základní funkce také indikaci některých důležitých veličin, jako např. podnapětí, výpadek buzení, přetržení hnacího řemene apod. Na obr. 4.15 je základní schéma víceúčelového regulátoru. Alternátor není vybaven pomocným usměrňovačem, regulátor (2) je monolitický. Ze svorky L (označení nesouhlasí s tab. 1.4) se odebírá signál motor běží". Na svorce W je proporcionální signál, odpovídající počtu otáček motoru (viz Třetí kapitola - 2.5.4.4), okamžitou hodnotu provozního napětí je možno odebírat ze svorky B+. Kontrolky na přístrojové desce jsou často poměrně velké a ruší. Proto se v poslední době používají diody LED nebo LCD zobrazovače.
Obr. 4.15 Schéma víceúčelového regulátoru 1- palubní síť, 2 regulátor, 3 alternátor 4 zobrazovač 4 OCHRANA PROTI PŘEPĚTÍ Tato část se pochopitelně netýká pouze alternátorů, ale i všech spotřebičů na vozidle, zejména pokud obsahují elektronické prvky. Má však úzký vztah k regulaci, a proto je také do této kapitoly zařazena. Při správně připojené akumulátorové baterii a normálních provozních podmínkách není žádná ochrana proti přepětí potřebná. Malý vnitřní odpor akumulátoru tlumí běžné napěťové špičky, které v elektrické síti vozidla vznikají. Jako preventivní opatření při zvláštním druhu provozu (např. při transportu nebezpečných nákladů) nebo při poruchách v elektrickém rozvodu vozidla je použití ochrany proti přepětí vhodné. 4.1 Příčiny vzniku přepětí Přepětí v rozvodné síti motorového vozidla může vzniknout z těchto důvodů: porucha regulátoru, výpadek zapalování, odpojení spotřebičů, které představují převážně induktivní zátěž, poškození kontaktů, přerušení vodičů.
Příčinou největšího přepětí, které má charakter napěťových impulsů s dobou trvání řádově milisekundy o velikosti kolem 350 V, může být klasické bateriové zapalování. V dnešní době, vzhledem k používání moderních typů zapalování, tato příčina odpadá. Velmi častou příčinou vzniku přepětí je situace, kdy je při chodu motoru přerušeno vedení mezi alternátorem a akumulátorem (např. při spouštění pomocí vnějšího zdroje) a výkonné spotřebiče jsou odpojeny. Z toho důvodu nesmí při normálním provozu být akumulátor od alternátoru odpojen. V tomto případě navíc hrozí nebezpečí zničení usměrňovacích diod nebo polovodičového regulátoru, poněvadž u nezatíženého alternátoru se v pracovní vinutí vlivem vlastní indukce vytváří napětí až 100 V. Ochrana proti přepětí zaručuje bezporuchový provoz, vyžaduje ale doplňkové obvody a znamená tedy vyšší náklady. 4.2 Způsoby ochrany proti přepětí 4.2.1 Usměrňovač osazený Zenerovými diodami Popis viz Třetí kapitola - 2.5.4.1. 4.2.2 Alternátor a regulátor v provedení s vyšší elektrickou pevností V tomto případě mají polovodičové součásti vyšší zaručenou elektrickou pevnost. Pro provozní napětí 14 V je elektrická pevnost nejméně 200 V, pro napětí 28 V nejméně 350 V. Navíc je mezi svorku alternátoru B+ a kostru připojen kondenzátor, který odstraňuje přepětí vznikající v těchto místech. Takto upravený alternátor a regulátor ovšem odolávají přepětí pouze sami, nechrání ale žádné další spotřebiče a součásti palubní sítě. 4.2.3 Zařízení pro ochranu proti přepětí Zařízení pro ochranu proti přepětí jsou polovodičové obvody umístěné mezi svorky D+ a D- (B-) (kostru). Při vzniku přepětí je alternátor zkratován přes budicí vinutí. Tyto obvody chrání v první řadě alternátor a regulátor a teprve potom další části sítě. Alternátory nemají ochranu proti přepólování. Přepólování akumulátoru vede ke zničení polovodičových součástí v alternátoru a ohrožuje i polovodičové části ostatních obvodů. 4.2.3.1 Ochranný obvod proti přepětí bez automatiky Tento ochranný obvod (2) se používá u autobusů a nákladních vozidel s jmenovitým napětím 24 V, zejména ve spojení s alternátory řady T1 (obr. 4.18). Je zapojen přímo mezi svorky D+ a D-. Pokud se vytvoří mezi těmito svorkami napěťová špička nebo přepětí vyšší než asi 31 V, otevře se tyristor VS a svorky D+ a D- a tedy i budicí vinutí jsou spojeny do zkratu. Zenerova dioda VZ slouží jako zdroj referenčního napětí. Rezistory R1 a R2 a kondenzátor C vytváří zpožd'ovací obvod. Během několika milisekund jsou alternátor (5) i regulátor (4) přes svorky D+ a D zkratovány a alternátor poskytuje pouze malé napětí. Proud jde z akumulátoru do alternátoru, kontrolka svítí, a upozorňuje tak řidiče na závadu. Tyristor lze uzavřít, a odstranit tak zkrat pouze vypnutím spínače denních spotřebičů (3) nebo zastavením motoru a tedy i alternátoru (5). Dojde-li při montáži obvodu k záměně svorek D+ a D-, obvod neposkytuje žádnou ochranu proti přepětí. Aby kontrolka signalizovala i tento stav, je obvod doplněn bezpečnostní diodou VDb. Při přepólování je tato dioda zapojena v propustném směru a kontrolka bude svítit v každém případě.
Obr. 4.18 Ochrana proti přepětí bez automatiky 4.3.3.2 Ochranný obvod protí přepětí s automatíkou Také tento obvod (obr. 4.19) je určen zejména pro spojení s alternátory řady Tl. Obvod má dva vstupy D+ a B+, které jsou použity pro různou výši napětí a různou reakční dobu. Vstup D+ slouží stejně jako v předchozí části popsaný obvod pro rychlou ochranu proti přepětí. Vstup B+ se uplatňuje v případě, že je vadný regulátor. V takovém případě nedochází k regulaci buzení a v okamžiku, kdy napětí dostoupí velikosti 31 V, je zkratováno budicí vinutí. Tento stav trvá až do zastavení motoru. S tímto obvodem je možný omezený provoz bez akumulátoru. Při menším zatížení dochází ke krátkodobým výpadkům napětí, při velkém zatížení je budicí vinutí zkratováno trvale. Navíc jsou chráněny ostatní spotřebiče proti přepětí při poruše regulátoru.
Obr. 4.19 Ochrana proti přepětí s automatikou 2.5.4.1 Usrněrňovač se Zenerovými diodami (obr. 3. 16) V hlavním usměrňovači mohou být místo běžných diod použity diody Zenerovy. Zenerovy diody omezují napět'ové špičky, které mohou znamenat nebezpečí pro alternátor i regulátor. Navíc poskytují Zenerovy diody ochranu i pro všechny na přepětí citlivé spotřebiče. Usměrňovač osazený Zenerovými diodami omezuje přepětí u alternátorů pro provozní napětí 14 V na 25 V až 30V. Obr. 3.16 Usměrňovač se Zenerovými diodami