Projekt: Autodiagnostika pro žáky SŠ - COPT Kroměříž, Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.38/ REGULÁTORY...1

Podobné dokumenty
3 REGULACE ALTERNÁTORŮ

Regulace napětí automobilového alternátoru

Stejnosměrné generátory dynama. 1. Princip činnosti

Základy elektrotechniky

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

Princip alternátoru. Usměrňování, chod, chlazení automobilového alternátoru.

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

1 OBSAH 2 STEJNOSMĚRNÝ MOTOR. 2.1 Princip

Ele 1 Synchronní stroje, rozdělení, význam, princip činnosti

Ukázka práce na nepájivém poli pro 2. ročník SE. Práce č. 1 - Stabilizovaný zdroj ZD + tranzistor

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl Tematická oblast ELEKTRONIKA

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, rozdělení stejnosměrných strojů a jejich vlastnosti

Dlouhou dobu byl nejvíce a téměř výhradně používaným generátorem elektrického proudu generátor stejnosměrného proudu, dynamo.

princip činnosti synchronních motorů (generátoru), paralelní provoz synchronních generátorů, kompenzace sítě synchronním generátorem,

Spínače s tranzistory řízenými elektrickým polem. Používají součástky typu FET, IGBT resp. IGCT

Osnova přípravného studia k jednotlivé zkoušce Předmět - Elektrotechnika

Zdroje napětí - usměrňovače

1.1 Pokyny pro měření

Dioda jako usměrňovač

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vítězslav Stýskala TÉMA 1. Oddíly 1-3. Sylabus tématu

Synchronní stroj je točivý elektrický stroj na střídavý proud. Otáčky stroje jsou synchronní vůči točivému magnetickému poli.

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Zdroje elektrické energie v motorovém vozidle

LC oscilátory s transformátorovou vazbou

Základy elektrotechniky

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný osciloskopem. Jaké je efektivní napětí signálu?

Příloha P1 Určení parametrů synchronního generátoru, měření provozních a poruchových stavů synchronního generátoru

Mgr. Ladislav Blahuta

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Elektrický výkon v obvodu se střídavým proudem. Účinnost, účinník, činný a jalový proud

GENERÁTORY, ALTERNÁTORY

Projekt Pospolu. Poruchy elektronických zařízení. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Jiří Ulrych.

Unipolární tranzistor aplikace

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

Stejnosměrné stroje Konstrukce

Stejnosměrný generátor DYNAMO

1 Jednoduchý reflexní přijímač pro střední vlny

Stabilizátory napětí a proudu

Příloha 3 Určení parametrů synchronního generátoru [7]

Elektrické stroje. Jejich použití v automobilech. Použité podklady: Doc. Ing. Pavel Rydlo, Ph.D., TU Liberec

Polovodičové usměrňovače a zdroje

Bipolární tranzistory

1 JEDNOFÁZOVÝ INDUKČNÍ MOTOR

CTU02, CTU03, CTU33. CTU řada rychlých tyristorových modulů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

Palubní sítě napájené z alternátoru

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY pro OPT

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

než je cca 5 [cm] od obvodu LT1070, doporučuje se blokovat napětí U IN

Elektrotechnická zapojení

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_11_ZT_E

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

ÚVOD. Výhoda spínaného stabilizátoru oproti lineárnímu

Návrh a realizace regulace otáček jednofázového motoru

Základy elektrotechniky

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

ZDROJ 230V AC/DC DVPWR1

X14 AEE + EVA Mindl. Odstředivý regulátor předstihu zážehu

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Modul výkonových spínačů s tranzistory N-FET

1 STEJNOSMĚRNÉ STROJE

ZÁKLADY POLOVODIČOVÉ TECHNIKY. Doc.Ing.Václav Vrána,CSc. 03/2008

+ U CC R C R B I C U BC I B U CE U BE I E R E I B + R B1 U C I - I B I U RB2 R B2

A1M14 SP2 Min. NULOVÉ SPÍNAČE

Zesilovač. Elektronický obvod zvyšující hodnotu napětí nebo proudu při zachování tvaru jeho průběhu. Princip zesilovače. Realizace zesilovačů

Součástky s více PN přechody

1.3 Bipolární tranzistor

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů tyristoru část Teoretický rozbor

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

3. VYBAVENÍ LABORATOŘÍ A POKYNY PRO MĚŘENÍ

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_15_Bipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

20ZEKT: přednáška č. 10. Elektrické zdroje a stroje: výpočetní příklady

200W ATX PC POWER SUPPLY

STYKAČE. Obr Schématická značka elektromagnetického stykače

Impulsní regulátor ze změnou střídy ( 100 W, 0,6 99,2 % )

U01 = 30 V, U 02 = 15 V R 1 = R 4 = 5 Ω, R 2 = R 3 = 10 Ω

Napájení krokových motorů

Mechatronické systémy se spínanými reluktančními motory

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ MEII MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH SOUČÁSTKÁCH

1. Spouštění asynchronních motorů

TWG II. CAG Electric Machinery. Trojfázové synchronní generátory v bezkartáčovém provedení. Úvod: Hlavní ukazatele: Požadavky na prostředí:

zařízení 2. přednáška Fakulta elektrotechniky a informatiky prof.ing. Petr Chlebiš, CSc.

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Název: Téma: Autor: Číslo: Prosinec Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Transkript:

REGULÁTORY OBSAH REGULÁTORY...1 1 Základní pojmy Zdrojová soustava - REGULÁTORY...1 1.1 Regulace napětí...1 1.2 Regulace proudu...3 1.3 Zpětný spínač...4 1.4.2 Podle způsobu zapojení...4 2 REGULACE ALTERNÁTORU...5 2.1 Regulátory alternátorů buzených stejnosměrným proudem...5 2.1.1 Polovodičové regulátory...5 2.1.2 Regulátory provedené hybridní technikou...12 1 Základní pojmy Zdrojová soustava - REGULÁTORY 1.1 Regulace napětí Velikost indukovaného napětí závisí podle Lenzova zákona na velikosti změny magnetického toku za určitý čas: u = N. Φ t U točivých zdrojů to prakticky znamená, že velikost indukovaného napětí je závislá na množství indukčních čar, které protnou vodiče v jednotce času, tzn. na počtu otáček rotoru a intenzitě magnetického pole (statoru nebo rotoru, podle druhu generátoru). Poněvadž generátor je poháněn od motoru, mění se jeho otáčky v poměrně značném rozsahu, takže svorkové napětí by značně kolísalo a při vysokých otáčkách by dosahovalo vysokých hodnot. Proto je nutno napětí regulovat, a to tak, aby se provozní napětí pohybovalo kolem 14 V (pro jmenovité napětí 12 V), případně 28 V (24 V). Napětí generátoru leží tedy těsně pod napětím, při kterém začíná plynování elektrod (14,4 V respektive 28,8 V), tím je 1

zaručeno dostatečné nabíjení akumulátoru a nehrozí nebezpečí jeho přebíjení. Na obr. 1 je závislost mezi velikostí budicího proudu Ib a napětím UG indukovaným v pracovním vinutí. Z grafu plyne, že požadovaná velikost budicího proudu závisí nejen na otáčkách alternátoru, ale i na jeho zatížení. Obr. 1 Závislost svorkového napětí na budícím proudu Regulace se provádí změnou intenzity magnetického pole. Poněvadž intenzita magnetického pole je závislá na velikosti budicího proudu Ib, reguluje se velikost tohoto proudu. Regulátor periodicky spíná a vypíná budicí obvod a tím mění velikost budicího proudu a zesiluje nebo zeslabuje příslušné magnetické pole. V okamžiku sepnutí budicího obvodu však nedochází k náhlému vzrůstu budicího proudu na maximální hodnotu, která by odpovídala činnému odporu budicího vinutí. V důsledku vlastní indukčnosti budicího vinutí je nárůst velikosti budicího proudu pozvolnější a tomu odpovídá i pomalejší nárůst svorkového napětí generátoru (obr. 2). 2

Obr. 2 Průběh regulace Podobně také při přerušení budicího obvodu dochází vlivem vlastní indukčnosti budicího vinutí k pomalejšímu poklesu budicího proudu i svorkového napětí alternátoru. Velikost budicího proudu je závislá na dobách sepnutí ts a vypnutí tv, které jsou závislé na zatížení a počtu otáček generátoru. Pokud nebude regulátor pracovat, tzn. že budicí obvod bude trvale sepnut, bude mít budicí proud velikost I hmax. 1.2 Regulace proudu Generátor je nutno ochránit i proti nadměrnému odběru proudu, který by znamenal přetěžování a případné zničení pracovního vinutí. Tato regulace se provádí pouze u dynam, poněvadž u alternátoru není možné odebírat větší než určitý maximální proud. Uvedená vlastnost alternátorů souvisí s principem jejich činnosti. Odpor (reaktance) pracovního vinutí je tvořena ohmickou a indukční složkou. Při malých otáčkách se uplatňuje především složka ohmická, s rostoucími otáčkami však vzrůstá, podle vztahu X = ω.l velikost indukčního odporu, a to tak, že při vysokých otáčkách lze vliv ohmického odporu 3

zanedbat. Pro maximální velikost proudu Imax lze odvodit vztah: I max = k.φ = konst. L k - konstrukční konstanta Фma gne tick ý tok (B) Lvlastní indukčnost vinutí (H) Z uvedené rovnice plyne, že u alternátoru nemůže proud přesáhnout určitou maximální hodnotu ani v případě zkratu. 1.3 Zpětný spínač Úkolem zpětného spínače je zabránit, aby proud šel z akumulátoru do generátoru v případě, že je na akumulátoru větší napětí než na generátoru. To by vedlo k velmi rychlému vybíjení akumulátoru. Také toto patření se uplatňuje pouze u dynam, u alternátorů je zpětný tok proudu znemožněn usměrňovacími diodami. 1.4 Základní druhy regulátorů 1.4.1 Podle principu činnosti elektromagnetické (vibrační) elektromagnetická relé, elektronické (bezkontaktní) - aktivní části těchto regulátorů jsou tvořeny spínacími polovodičovými prvky, tranzistory, případně tyristory. - základní části těchto regulátorů tvoří 1.4.2 Podle způsobu zapojení s plusovou regulaci regulační rezistor, případně spínací tranzistor je zapojen mezi konec budicího vinutí a kladný pól generátoru, tzn., že začátek budicího vinutí je zapojen na záporný pól zdroje (svorka B- nebo D-), s minusovou regulací regulační rezistor, případně spínací tranzistor je zapojen mezi konec budícího vinutí a záporný pól generátoru, tzn., že začátek budicího vinutí je zapojen na kladný pól zdroje (svorka B+ nebo D+). 4

2 REGULACE ALTERNÁTORU U alternátorů se provádí pouze regulace napěťová. 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. 2.1 Regulátory alternátorů buzených stejnosměrným proudem 2.1.1 Polovodičové regulátory Polovodičové regulátory mohou být sestaveny z diskrétních součástí (tranzistory, diody, tyristory), v poslední době se však stále více používá hybridní technika (kombinace diskrétních součástí a integrovaných obvodů [IC - Integrated Circuit]), případně monolitické obvody, kdy je celý regulátor umístěn na jednom čipu. 2.1.1.1 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. 5

2.1.1.2 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. 3. (1) - výkonový stupeň (2) - řídicí stupeň (3) - odporový dělič (4) - kompenzační diody Obr. 3 Polovodičový regulátor typu EE 6

Regulátor je osazen třemi tranzistory NPN. Tranzistor VT1 tvoří řídící 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 R?. 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. 2.1.1.3 Činnost polovodičového regulátoru typu EE Plné buzení (obr. 4a) 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 R 6 a tranzistor je otevřen. Otevřený tranzistor VT2 zajišťuje 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. 7

Obr. 4a Polovodičový regulátor - maximální buzení Minimální buzení (obr. 4b) Napětí dodávané alternátorem je větší než Zenerovo napětí diody VZ. Dioda se stane vodivou, báze tranzistoru VT1 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 VT 3 uzavřen obvod budicího vinutí přes diodu VD3 a proud IA, 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. 8

Rychlost opakování cyklu závisí především na počtu otáček alternátoru a jeho zatížení. Obr. 4b Polovodičový regulátor - minimální buzení 2.1.1.4 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. 5a) 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 VD 2. 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 R5 jedná o plusovou regulaci. Jinak je princip činnosti regulátoru prakticky stejný. Bude-li Zenerova dioda VZ uzavřena bude uzavřen i tranzistor VT, tranzistory VT a VT3 v Darlingtonově zapojeni 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. 9

Obr. 5a Nastavování polovodičových regulátorů - základní zapojení Seřizování regulačního napětí (obr. 5b) Běžně se u regulátorů toto napětí, které závisí na velikosti Zenerova napětí diody VZ, seřizovat nedá. Obr. 5b Nastavování polovodičových regulátorů - seřizování regulačního napětí Je-li místo rezistoru R2 zapojen odporový trimr RP (obr. 5b), na jehož běžec je připojena 10

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 svorce 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. 5c). Obr. 5c Nastavování polovodičových regulátorů - regulace v závislosti na okolní teplotě 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 hodnoty zvýší napětí regulační i svorkové napětí alternátoru. 11

2.1.2 Regulátory provedené hybridní technikou Celý regulátor, jehož schéma je na obr. 6, je umístěn ve vzduchotěsném pouzdru (obr. 7 - 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 držáku kartáčů a tvoří tedy integrovanou součást alternátoru. Tyto regulátory bývají spolu s usměrňovači z normálních diod používány u alternátorů s víkovou konstrukcí. (1)výkonový stupeň (2) regulační a ovládací obvod s IC (3) ochranná dioda Obr. 6 Schéma hybridního regulátoru typu EL (5) 12

Obr. 7 Hybridní regulátor Regulátory vyrobené hybridní technikou mají tyto vlastnosti: kompaktní provedení, malou hmotnost, malý počet částí, a proto také malý počet spojovacích míst, vysokou spolehlivost i při provozu v extrémních podmínkách. 13

POUŽITÉ ZDROJE KREJČÍ, František. Elektrotechnika I: pro 2. ročník UO Automechanik. Vyd. 1. Praha: Informatorium, 2006, 196 s. ISBN 80-733-3049-0. JAN, Zdeněk, Bronislav ŽDÁNSKÝ a Jinřich KUBÁT. Automobily: pro 2. ročník UO Automechanik. 2. vyd. Brno: Avid, 2009, 259 s. ISBN 978-80-87143-13-1. REMEK, Branko, Jiří ŠŤASTNÝ a Jinřich KUBÁT. Autoelektrika a autoelektronika: pro 2. ročník UO Automechanik. Vyd. 2., opr. Praha: T. Malina, 1995, 276 s. ISBN 80-9007599-1. 14