Regulace napětí automobilového alternátoru Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Zdeněk Vala. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské a poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV).
Regulace napětí automobilového alternátoru Regulace napětí automobilového alternátor spočívá v regulované změně budícího proudu Ib. K jeho změně dochází v závislosti na otáčkách alternátoru. Tedy při zvyšování otáček dochází k odbuzování alternátoru (klesá budící proud) a naopak, při snižování otáček zase k jeho přibuzování (zvyšuje se budící proud). V podstatě platí, že napětí alternátoru je funcí budícího proudu. Regulátor je tedy zařízení, které udržuje napětí generátoru v určitém rozmezí při proměnných otáčkách, proměnném zatížení a proměnné teplotě okolí. Rozdělení regulátorů: alternátoru 1. Podle konstrukce: a) mechanické, vibrační b) polovodičové 2. Podle umístění: a) externí, umístěné mimo alternátor b) integrované, jsou přímo součástí alternátoru Mechanické, vibrační regulátory Základní částí tohoto regulátoru je elektromagnetická cívka laděná na provozní napětí automobilu. Cívka působí magneticky na kotvičku, která ovládá kontakty relé. Při zvyšování otáček, akceleraci, dochází ke stupňovitému zeslabování budícího proudu alternátoru. Tím slábne elektromagnetická indukce a dochází ke snížení indukovaného napětí. Při poklesu otáček dojde přepnutím kontaktů ke zvýšení budícího proudu, indukované napětí se zvětší. Touto vibrací kontaktů dochází k udržování napětí v podstatě na konstantní hodnotě. Obr. Typy regulátorů napětí
a) Tvrdá jednostupňová regulace Relé má napěťovou cívku (vinutí) a dva kontakty. Při zvýšených otáčkách byl kontakt rozepnut, budící proud byl omezen odporem Rr a tím došlo k jeho poklesu. Při snížených otáčkách docházelo k sepnutí kontaktu, tím byl odpor Rr vyřazen z činnosti-byl zkratován na. Budící vinutí bylo připojeno tedy přímo na kostru. Došlo ke zvětšení budícího proudu a tím ke zvýšení indukovaného napětí. Využití hlavně u dynam pomaloběžných motorů, kde při nízkých až středních otáčkách nebylo nutné regulovat. b) Tvrdá dvoustupňová regulace Relé má napěťovou cívku a tři kontakty. Regulace pracuje na dva stupně a to podle otáček. Při snížených otáčkách až do středních se uplatňuje I. stupeň regulace, při zvýšených otáčkách pracuje II. stupeň regulace. I. stupeň je shodný jako u předchozí regulace, uplatňuje se při nízkých a středních otáčkách :- nízké otáčky - budící vinutí je připojeno kontaktem přímo na kostru, Ib je největší - střední otáčky kontakt se přesune do mezipolohy, budí vinutí je připojeno na kostru přes odpor Rr, budící proud Ib klesne, je omezen odporem II. stupeň uplatňuje se při vysokých otáčkách - v krátkých intervalech dochází ke zkratování budícího vinutí stroje, zařízení pracuje jen s remanentním (zbytkovým) magnetismem, při poklesu otáček se kontakt přesouvá do mezipolohy, kdy je v budícím vinutí zařazen rezistor Rr. Tento způsob regulace se používá především u dynam rychloběžných motorů nebo pro výkonné alternátory. c) Měkká dvoustupňová regulace Relé má napěťovou a proudovou cívku a tři kontakty Tvrdá dvoustupňová regulace je zde doplněna proudovou regulací. Jakmile dochází ke zvětšování proudového zatížení stroje, generátoru, proudové vinutí spolupracuje s napěťovým a kontakt relé je více přitahován. Regulátor začíná pracovat již při nižším napětí. Při těchto regulacích kontakty relé kmitají v rozpětí cca od 50 do 500 Hz. Velká frekvence kontaktů a vzniklé samoindukční napětí budícího vinutí způsobuje opotřebení kontaktů.
Pro výkonné alternátory s vysokými otáčkami je výhodná tvrdá dvoustupňová regulace (viz níže uvedený obrázek). Obr. Naukové schéma obvodu alternátor relé - akumulátor 1 dvoustupňový vibrační regulátor napětí (tvrdá dvoustupňová regulace) ČK červená kontrolka nabíjení S spínač denních spotřebičů Funkce: Předbuzení stroje se provádí pomocí kontrolky nabíjení a ochranného rezistoru Ro z akumulátoru. Tento rezistor zmenšuje závislost předbuzení na rozdílnosti žárovek téhož typu nebo na případném spálení kontrolky. Rezistor současně zabraňuje, aby kontrolka dlouho prosvítala (z těchto důvodů se dnes raději používá rozpínací relé kontrolky).
Polovodičově regulátory U těchto regulátorů nedochází k zeslabování budícího proudu jako u předchozích. Budící proud má stálou, konstantní velikost. Dochází však ke změně tvaru proudového (budícího) impulsu, tedy mění se jejich interval neboli šířka při zachování konstantní velikosti. Tímto se docílí, že rozsah regulovaného napětí je velmi malý a proto jeho provozní hodnota je v podstatě konstantní. Regulátor pracuje s minimální hysterezí. Obr. Polovodičový regulátor napětí - konstrukce 1 kovový kryt (chladič) 2 výkonové tranzistory 3 potenciometr 4 základová deska
Obr. Funkční schéma nabíjecího obvodu alternátor polovodičový regulátor rozpínací Relé kontrolky akumulátor 1 polovodičový regulátor napětí 2- rozpínací relé kontrolky nabíjení
Obr. Impulsová regulace, budící pulsy Výše uvedený obrázek polovodičové regulace je funkční schéma pro tzv. minusovou regulaci alternátoru. Funkce regulátoru: -zapneme elektrický rozvod spinač S, napětí se dostane na svorku 54 a také na svorku 15/54 -otevře se tranzistor T2 a také výkonový tranzistor T3 T2 kladným impulsem do báze přes odpor R4, po otevření dostane kladný impuls T3 do báze a to přes odpor R3 -budícím vinutím alternátoru projde proud otevřený T3 připojí budící vinutí na kostru svorku DF -alternátor je tak okamžitě po spuštění motoru připraven k činnosti - volnoběh -při zvyšování otáček dochází k regulaci napětí alternátoru je v činnosti Zeyerova dioda Dz -Dz se zvýšeným napětím pootevře (zvýšení otáček alternátoru znamená zvýšení generovaného napětí), kladný puls otevře tranzistor T1 -T1 uzavře tranzistor T2 a ten uzavře tranzistor T3 odpojí DF, tedy budící vinutí od kostry, přeruší se tok proudu budícím vinutím, reálně poklesne napětí alternátoru -tímto dojde také k poklesu napětí na Zenerově diodě Dz, ta se přivře, přestane pracovat -tímto se uzavře tranzistor T1 a tranzistory T2 a T3 se opět otevřou, DF jde znovu na kostru Popsaný pochod se v krátkých intervalech opakuje Kontrolku ovládá rozpínací relé, jehož cívka je zapojena jedním koncem na svorku Mo střed statorového vinutí, které je zapojeno do hvězdy, druhý konec cívky je připojen na kostru. Jakmile dojde k chodu alternátoru, objeví se na středu vinutí napětí, které cívka registruje a kontaktem odpojí kontrolku. Při ztrátě chodu alternátoru, ztrácí střed vinutí statoru napětí a kontakt připojí opět kontrolku. která se rozsvítí a tímto dává signál o stavu stroje. Pozn, Tranzistor T3 je výkonový tranzistor, pracuje ve funkci spínače tedy otevřen, uzavřen. PhDr. Svatopluk Pavlis Elektrotechnika motorových vozidel, SNTL 1987