Регулятор напряжения генератора устройство. Работа генератора и проверка регулятора напряжения. Технические характеристики генераторов

Введение

Цель – изучение конструкции и диагностических параметров регуляторов напряжения.

1. Рассмотреть конструкции регуляторов напряжения.

2. Изучить порядок подключения генератора и регулятора напряжения к установке.

3. Снять диагностические параметры регулятора напряжения согласно порядку выполнения лабораторной работы.

4. Дать оценку полученным результатам.

5. Составить отчет о проделанной работе.

Теория

Принцип работы регулятора напряжения

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы - при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции - защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузок, автоматически включать в бортовую сеть силовую цепь генераторной установки или обмотку возбуждения.

По своей конструкции регуляторы делятся на бесконтактные транзисторные, контактно-транзисторные и вибрационные (реле-регуляторы). Разновидностью бесконтактных транзисторных регуляторов являются интегральные регуляторы, выполняемые по специальной гибридной технологии, или монолитные - на монокристалле кремния. Несмотря на столь разнообразное конструктивное исполнение, все регуляторы работают по единому принципу.

Напряжение генератора зависит от трех факторов - частоты вращения его ротора, силы тока нагрузки и величины магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, который зависит от силы тока в этой обмотке. Любой регулятор напряжения содержит:

· чувствительный элемент, воспринимающий напряжение генератора (обычно это делитель напряжения на входе регулятора),

· элемент сравнения, в котором напряжение генератора сравнивается с эталонной величиной,

· регулирующий орган, изменяющий силу тока в обмотке возбуждения, если напряжение генератора отличается от эталонной величины.

В реальных регуляторах эталонной величиной может быть не обязательно электрическое напряжение, но и любая физическая величина, достаточно стабильно сохраняющая свое значение, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах.

В транзисторных регуляторах эталонной величиной является напряжение стабилизации стабилитрона, к которому напряжение генератора подводится через делитель напряжения. Управление током в обмотке возбуждения осуществляется электронным или электромагнитным реле.

Частота вращения ротора и нагрузка генератора изменяются в соответствии с режимом работы автомобиля, а регулятор напряжения любого типа компенсирует влияние этого изменения на напряжение генератора воздействием на ток в обмотке возбуждения. При этом вибрационный или контактно-транзисторный регулятор включает в цепь и выключает из цепи обмотки возбуждения последовательно резистор (в двухступенчатых вибрационных регуляторах при работе на второй ступени «закорачивает» эту обмотку на массу), а бесконтактный транзисторный регулятор напряжения периодически подключает и отключает обмотку возбуждения от цепи питания.

В обоих вариантах изменение тока возбуждения достигается за счет перераспределения времени нахождения переключающего элемента регулятора во включенном и выключенном состояниях.

Если сила тока возбуждения должна быть, например, для стабилизации напряжения, увеличена, то в вибрационном и контактно-транзисторном регуляторах время включения резистора уменьшается по сравнению со временем его отключения, а в транзисторном регуляторе время включения обмотки возбуждения в цепь питания увеличивается по отношению к времени ее отключения.

На Рис. 2.1 показано влияние работы регулятора на силу тока в обмотке возбуждения для двух частот вращения ротора генератора n1 и n2, причем частота вращения n2 больше, чем n1.

При большей частоте вращения относительное время включения обмотки возбуждения в цепь питания транзисторным регулятором напряжения уменьшается, среднее значение силы тока возбуждения уменьшается, чем и достигается стабилизация напряжения.

Рис. 2.1. Изменение тока в обмотке возбуждения

при различной частоте вращения ротора n(n2>n1)

tвкл и tвыкл – время нахождения реле соответственно во включенном и выключенном состояниях.

С ростом нагрузки напряжение уменьшается, относительное время включения обмотки увеличивается, среднее значение силы тока возрастает таким образом, что напряжение генераторной установки остается практически неизменным.

На Рис. 2.2 представлены типичные регулировочные характеристики генераторной установки, показывающие, как изменяется сила тока в обмотке возбуждения при неизменном напряжении и изменении частоты вращения или силы тока нагрузки. Нижний предел частоты переключения регулятора составляет 25-30 Гц.

Рис. 2.2. Зависимость напряжения генератора и силы тока в обмотке возбуждения от частоты вращения (а) и силы тока в нагрузке (в)

Электрическая сеть любого автомобиля питается за счет генератора, который приводится во вращение двигателем при помощи ременной передачи. Его обороты постоянно меняются, начиная от 900 и заканчивая несколькими тысячами, вызывая соответствующее вращение ротора. Для нормальной работы всех электроприборов и зарядки аккумулятора, в бортовой сети напряжение должно быть стабильным, что обеспечивает реле-регулятор. Являясь самым слабым звеном в системе электроснабжения, устройство в первую очередь нуждается в проверке при обнаружении неполадок зарядки АКБ и других поломках электросети автомобиля.

Принцип работы

Регулятор напряжения автогенератора предназначен для поддержания напряжения бортовой сети в необходимых пределах при любом режиме работы и различной частоте вращения генератора, изменении нагрузки и перепадах внешней температуры. Также он способен выполнять дополнительные функции – защищать генератор от перегрузок и аварийного режима работы, автоматически подключать к бортовой цепи обмотки возбуждения или систему сигнализации аварии генератора.

Работа любого регулятора напряжения основана на одном и том же принципе, и определяется следующими факторами:

Частотой оборотов ротора.
Силой тока, которую генератор отдает в нагрузку.
Показателем магнитного потока, которую создает ток обмотки возбуждения.

Более высокие обороты ротора определяют повышение напряжения генератора. Рост силы тока на обмотке возбуждения делает сильнее магнитный поток, и одновременно напряжение. Любой регулятор напряжения стабилизирует его за счет изменения тока возбуждения. При росте или снижении напряжения, регулятор понижает или повышает ток возбуждения, регулируя напряжение в необходимых пределах.

Сам реле-регулятор представляет собой электронную схему с выходами к графитным щеткам. Его устанавливают как в самом корпусе генератора рядом со щетками, так и вне его, и тогда щетки крепятся к щеткодержателю.

Неисправности

Чаще всего реле-регулятор выходит из строя по следующим причинам:

При исправном АКБ отсутствует ток зарядки, из-за чего он не заряжается. Это происходит при плохом присоединении проводов к зажимам реле или при обрыве цепи от генератора к батарее. Устраняется закреплением провода в цепи, проверкой и регулировкой регулятора напряжения и реле-регулятора.
Недостаточный ток зарядки при разряженной АКБ или большой при полностью заряженном аккумуляторе вызваны нарушением регулировки регулятора напряжения. Устраняется регулировкой устройства или его заменой.
Горение и перегорание ламп с чрезмерным накалом происходит при нарушении регулировки реле-регулятора или замыкании контактов. Устраняется разъединением и зачисткой замкнувших контактов, регулировкой или заменой регулятора напряжения.
Большой ток разряда после остановки мотора. Происходит при замыкании контактов реле-регулятора (спекании контактов, поломке пружины якоря) или коротком замыкании электропровода. Ремонтируется нахождением и устранением короткого замыкания при отключенном аккумуляторе, проверкой и регулировкой ограничителя тока, размыканием и зачисткой контактов, заменой пружины с регулировкой ее зазора и натяжения.

Как проверить реле регулятор

Поломка реле-регулятора проявляется в систематическом недозаряде или перезаряде аккумулятора. Простейшая проверка устройства проводится тестером в режиме вольтметра на постоянном токе в пределах от 0 до 20В. Щупы прибора при неработающем двигателе подсоединяются к клеммам АКБ и фиксируют показания вольтметра, которые от состояния батареи варьируются в пределах 12-12,8 В.

После двигатель запускают и смотрят на показания прибора: напряжение должно повыситься до 13-13,8 В, в зависимости от оборотов коленвала. Дальнейшее повышение оборотов должно соответственно увеличивать напряжение. Так, на средней частоте вращения оно составляет 13,5-14 В, а при максимальных достигает 14-14,5 В. Отсутствие повышения напряжения после запуска мотора свидетельствует о неисправности реле-регулятора.

Существует вероятность, зарядка аккумулятора отсутствует по другой причине, к примеру, из-за неисправности в самом генераторе. С целью установки диагноза, реле-регулятор снимается для более точной проверки при помощи тестера и 12-вольтовой лампы. Дополнительно понадобятся провода с клеммами, блок питания или зарядное устройство, в котором можно регулировать ток.

После подключения реле к схеме и включении блока питания лампа загорится. Регулятором напряжения постепенно увеличивают ток и следят за показаниями вольтметра или шкалой подключенного тестера. При показаниях до 14,5 В лампа должна гореть, а после превышения гаснуть. Если после уменьшения ниже 14,5 она загорается снова, значит реле-регулятор исправен. При отклонениях работы в ту или иную сторону реле будет давать перезаряд или не выдавать необходимый ток для заряда, что является поводом для его замены.

Подобным образом проверяются интегральные реле, которые в народе называют «шоколадки», применяемые на более старых моделях отечественных машин. Схема также подключается к блоку питания или зарядному устройству через лампочку, которая должна гаснуть при достижении необходимого предела напряжения. При этом нужно обратить внимание на состояние клемм, которые при загрязнении или окислении могут создать дополнительное сопротивление и при исправном реле вызывать потерю напряжения.

Замена реле регулятора генератора

Замена реле необходима в следующих случаях:

Износ щеток, при котором контакт с реле-регулятором пропадает и генератор не работает.
Пробой в схеме устройства, который вызывает в системе увеличение напряжения.
Поломка креплений или корпуса, которое может привести к замыканию.

Процесс замены устройства рассмотрен на примере генератора Лада-Калина. Замена реле-регулятора связан с демонтажем генератора, и осуществляется в следующем порядке:

Снятие с генератора клеммы «минус».
Демонтаж генератора.

3. Отщелкивание на крышке генератора пластиковых фиксаторов и ее снятие.

4. Отключение разъема диодного моста.

5. Откручивание гайки и демонтаж втулки контактной группы.

6. Выкручивание пары винтов, удерживающих реле-регулятор.

7. Демонтаж самого реле.

8. Сборку проводят в обратном порядке.

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Все регуляторы напряжения имеют измерительные элементы, являющиеся датчиками напряжения, и исполнительные элементы, осуществляющие его регулирование.

На современных автомобилях применяют полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, которые, как правило, встроены в генератор и объединены со щеточным узлом. Они изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Эти регуляторы не подвержены разрегулировке и не требуют никакого обслуживания, кроме контроля надежности контактов.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации - изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С.

Принцип действия регулятора напряжения

Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки - тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить - увеличивается.

Принцип работы электронного регулятора удобно продемонстрировать на достаточно простой схеме регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch, представленной на рис. 5.6:

Датчиком напряжения является стабилитрон VD2. При достижении заданной величины напряжения, стабилитрон "пробивается" и по нему начинает протекать ток. Напряжение к стабилитрону VD2 подводится от вывода генератора "D+" через делитель напряжения на резисторах R1(R3 и диод VD1, осуществляющий температурную компенсацию. Когда напряжение низкое, стабилитрон не пропускает электрический ток и через лампочкуHLток проходит к обмотке возбуждения генератора. Когда напряжение достигает максимальной величины, стабилитрон пробивается и электронный блок прекращает подаче тока в обмотку возбуждения (рис. 5.7).

Из рис. 5.6 хорошо видна роль лампы HL контроля работоспособного состояния генераторной установки (лампа контроля заряда на панели приборов автомобиля). При неработающем двигателе автомобиля замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва. После запуска двигателя, на выводах генератора "D+" и "В+" появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня. Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора в случае обрыва цепи обмотки возбуждения при работающем двигателе автомобиля лампа HL загорается.

В настоящее время все больше фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения. В этом случае в регулятор заводится вывод фазы генератора. При неработающем двигателе автомобиля, напряжение на выводе фазы генератора отсутствует и регулятор напряжения в этом случае переходит в режим, препятствующий разряду аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения. Например, при включении выключателя зажигания схема регулятора переводит его выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера. После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

Реле-регулятор напряжения генератора — это неотъемлемая часть системы электрооборудования любого автомобиля. С его помощью производится поддержка напряжения в определенном диапазоне значений. В данной статье вы узнаете о том, какие конструкции регуляторов существуют на данный момент, в том числе будут рассмотрены механизмы, давно не используемые.

Основные процессы автоматического регулирования

Совершенно неважно, какой тип генераторной установки используется в автомобиле. В любом случае он имеет в своей конструкции регулятор. Система автоматического регулирования напряжения позволяет поддерживать определенное значение параметра, независимо от того, с какой частотой вращается ротор генератора. На рисунке представлен реле-регулятор напряжения генератора, схема его и внешний вид.

Анализируя физические основы, с использованием которых работает генераторная установка, можно прийти к выводу, что напряжение на выходе увеличивается, если скорость вращения ротора становится выше. Также можно сделать вывод о том, что регулирование напряжения осуществляется путем уменьшения силы тока, подаваемого на обмотку ротора, при повышении скорости вращения.

Что такое генератор

Любой автомобильный генератор состоит из нескольких частей:

1. Ротор с обмоткой возбуждения, вокруг которой при работе создается электромагнитное поле.

2. Статор с тремя обмотками, соединенными по схеме "звезда" (с них снимается переменное напряжение в интервале от 12 до 30 Вольт).

3. Кроме того, в конструкции присутствует трехфазный выпрямитель, состоящий из шести полупроводниковых диодов. Стоит заметить, что реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 в системе впрыска) одинаков.

Но работать генератор без устройства регулирования напряжения не сможет. Причина тому — изменение напряжения в очень большом диапазоне. Поэтому необходимо использовать систему автоматического регулирования. Она состоит из устройства сравнения, управления, исполнительного, задающего и специального датчика. Основной элемент — это орган регулирования. Он может быть как электрическим, так и механическим.

Работа генератора

Когда начинается вращение ротора, на выходе генератора появляется некоторое напряжение. А подается оно на обмотку возбуждения посредством органа регулировки. Стоит также отметить, что выход генераторной установки соединен напрямую с аккумуляторной батареей. Поэтому на обмотке возбуждения напряжение присутствует постоянно. Когда увеличивается скорость ротора, начинает изменяться напряжение на выходе генераторной установки. Подключается реле-регулятор напряжения генератора Valeo или любого другого производителя к выходу генератора.

При этом датчик улавливает изменение, подает сигнал на сравнивающее устройство, которое анализирует его, сопоставляя с заданным параметром. Далее сигнал идет к устройству управления, от которого производится подача на Регулирующий орган способен уменьшить значение силы тока, который поступает к обмотке ротора. Вследствие этого на выходе генераторной установки производится уменьшение напряжения. Аналогичным образом производится повышение упомянутого параметра в случае снижения скорости ротора.

Двухуровневые регуляторы

Двухуровневая система автоматического регулирования состоит из генератора, выпрямительного элемента, аккумуляторной батареи. В основе лежит электрический магнит, его обмотка соединена с датчиком. Задающие устройства в таких типах механизмов очень простые. Это обычные пружины. В качестве сравнивающего устройства применяется небольшой рычаг. Он подвижен и производит коммутацию. Исполнительным устройством является контактная группа. Орган регулировки — это постоянное сопротивление. Такой реле-регулятор напряжения генератора, схема которого приведена в статье, очень часто используется в технике, хоть и является морально устаревшим.

Работа двухуровневого регулятора

При работе генератора на выходе появляется напряжение, которое поступает на обмотку электромагнитного реле. При этом возникает магнитное поле, с его помощью притягивается плечо рычага. На последний действует пружина, она используется как сравнивающее устройство. Если напряжение становится выше, чем положено, контакты электромагнитного реле размыкаются. При этом в цепь включается постоянное сопротивление. На обмотку возбуждения подается меньший ток. По подобному принципу работает реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 и других автомобилей отечественного и импортного производства. Если же на выходе уменьшается напряжение, то производится замыкание контактов, при этом изменяется сила тока в большую сторону.

Электронный регулятор

У двухуровневых механических регуляторов напряжения имеется большой недостаток — чрезмерный износ элементов. По этой причине вместо электромагнитного реле стали использовать полупроводниковые элементы, работающие в ключевом режиме. Принцип работы аналогичен, только механические элементы заменены электронными. Чувствительный элемент выполнен на который состоит из постоянных резисторов. В качестве задающего устройства используется стабилитрон.

Современный реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 21099 является более совершенным устройством, надежным и долговечным. На транзисторах функционирует исполнительная часть устройства управления. По мере того как изменяется напряжение на выходе генератора, электронный ключ замыкает или размыкает цепь, при необходимости подключают добавочное сопротивление. Стоит отметить, что двухуровневые регуляторы являются несовершенными устройствами. Вместо них лучше использовать более современные разработки.

Трехуровневая система регулирования

Качество регулирования у таких конструкций намного выше, нежели у рассмотренных ранее. Ранее использовались механические конструкции, но сегодня чаще встречаются бесконтактные устройства. Все элементы, используемые в данной системе, такие же, как и у рассмотренных выше. Но отличается немного принцип работы. Сначала подается напряжение посредством делителя на специальную схему, в которой происходит обработка информации. Установить такой реле-регулятор напряжения генератора ("Форд Сиерра" также может оснащаться подобным оборудованием) допустимо на любой автомобиль, если знать устройство и схему подключения.

Здесь происходит сравнение действительного значения с минимальным и максимальным. Если напряжение отклоняется от того значения, которое задано, то появляется определенный сигнал. Называется он сигналом рассогласования. С его помощью производится регулирование силы тока, поступающего на обмотку возбуждения. Отличие от двухуровневой системы в том, что имеется несколько добавочных сопротивлений.

Современные системы регулирования напряжения

Если реле-регулятор напряжения генератора китайского скутера двухуровневый, то на дорогих автомобилях используются более совершенные устройства. Многоуровневые системы управления могут содержать 3, 4, 5 и более добавочных сопротивлений. Существуют также следящие системы автоматического регулирования. В некоторых конструкциях можно отказаться от использования добавочных сопротивлений.

Вместо них увеличивается частота срабатывания электронного ключа. Использовать схемы с электромагнитным реле попросту невозможно в следящих системах управления. Одна из последних разработок — это многоуровневая система управления, которая использует частотную модуляцию. В таких конструкциях необходимы добавочные сопротивления, которые служат для управления логическими элементами.

Как снимать реле-регулятор

Снять реле-регулятор напряжения генератора ("Ланос" или отечественная "девятка" у вас - не суть важно) довольно просто. Стоит заметить, что при замене регулятора напряжения потребуется всего один инструмент — плоская или крестовая отвертка. Снимать генератор или ремень и его привод не нужно. Большинство устройств находится на задней крышке генератора, причем объединены в единый узел с щеточным механизмом. Наиболее частые поломки происходят в нескольких случаях.

Во-первых, при полном стирании графитовых щёток. Во-вторых, при пробое полупроводникового элемента. О том, как провести проверку регулятора, будет рассказано ниже. При снятии вам потребуется отключить аккумуляторную батарею. Отсоедините провод, который соединяет регулятор напряжения с выходом генератора. Выкрутив оба крепежных болта, можно вытянуть корпус устройства. А вот реле-регулятор напряжения имеет устаревшую конструкцию - он монтируется в подкапотном пространстве, отдельно от щеточного узла.

Проверка устройства

Проверяется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2106, "копеек", иномарок одинаково. Как только произведете снятие, посмотрите на щетки - у них должна быть длина более 5 миллиметров. В том случае, если этот параметр отличается, нужно проводить замену устройства. Чтобы осуществить диагностику, потребуется источник постоянного напряжения. Желательно, чтобы можно было изменить выходную характеристику. В качестве источника питания можно использовать аккумулятор и пару пальчиковых батареек. Еще вам необходима лампа, она должна работать от 12 Вольт. Вместо нее можно использовать вольтметр. Подключаете плюс от питания к разъему регулятора напряжения.

Соответственно, минусовой контакт соединяете с общей пластиной устройства. Лампочку или вольтметр соединяете со щетками. В таком состоянии между щетками должно присутствовать напряжение, если на вход подается 12-13 Вольт. Но если вы будете подавать на вход больше, чем 15 Вольт, между щетками напряжения не должно быть. Это признак исправности устройства. И совершенно не имеет значения, диагностируется реле-регулятор напряжения генератора ВАЗ 2107 или другого автомобиля. Если же контрольная лампа горит при любом значении напряжения или вовсе не загорается, значит, присутствует неисправность узла.

Выводы

В системе электрооборудования автомобиля реле-регулятор напряжения генератора "Бош" (как, впрочем, и любой иной фирмы) играет очень большую роль. Как можно чаще следите за его состоянием, проверяйте на наличие повреждений и дефектов. Случаи выхода из строя такого устройства нередки. При этом в лучшем случае разрядится аккумуляторная батарея. А в худшем может повыситься напряжение питания в бортовой сети. Это приведет к выходу из строя большей части потребителей электроэнергии. Кроме того, может выйти из строя и сам генератор. А его ремонт обойдется в кругленькую сумму, а если учесть, что АКБ очень быстро выйдет из строя, расходы и вовсе космические. Стоит также отметить, что реле-регулятор напряжения генератора Bosch является одним из лидеров по продажам. У него высокая надежность и долговечность, а характеристики максимально стабильны.

Содержание:

Напряжение – это фактически и есть электричество. Оно существует как первородная сила, воздействие которой на любые объекты влечет за собой последствия, обусловленные их свойствами. Поэтому возможность управлять напряжением, его величиной означает влиять на ход множества процессов в электрических цепях. А это самое главное в прикладной электротехнике. Далее расскажем о том, как управлять электричеством, пользуясь тиристором.

Такие разные напряжения

Напряжение может быть с разными свойствами. Поэтому даже законы, описывающие те или иные явления, связанные с электричеством, ограничены в применении. Например, закон Ома для участка цепи. И таких примеров множество. Поэтому, оговаривая свойства электрического регулятора, необходимо точно указывать, какое именно напряжение подразумевается, В общем рассматриваются две главные его разновидности – постоянное и переменное.

Они, как начало и конец некоего интервала, внутри которого расположены в огромном разнообразии импульсные сигналы. И ранее, и сейчас, и, скорее всего, в будущем регулировать величину их всех может лишь один элемент – резистор. То есть регулируемый резистор – реостат. Он всегда обеспечивает один и тот же эффект, независимо от вида напряжения. Причем в любой момент времени. А момент времени применительно к переменному или импульсному сигналу, – это основа его определения.

Какое напряжение регулирует тиристор

Ведь в зависимости от него величина напряжения меняется. Резистором можно управлять сигналом в любой момент времени. А вот тиристором такой результат невозможно получить, потому что он ключ. У него только два состояния:

с минимальным сопротивлением, когда ключ замкнут;
с максимальным сопротивлением, когда ключ разомкнут.

Следовательно, тиристор для мгновенного значения напряжения не может рассматриваться как его регулятор. Только в пределах достаточно большого интервала времени, при котором учитываются многие мгновенные значения сигнала, тиристор может рассматриваться как регулятор напряжения. Поскольку такая величина именуется как действующее значение, будет правильным уточнить определение регулятора как

тиристорный регулятор действующего напряжения.

Как соединить ключ и нагрузку

Наиболее привлекательной характеристикой тиристоров с самого начала их появления была стойкость к силе тока большой величины. Как следствие, эти полупроводниковые приборы нашли широкое применение во множестве мощных устройств. Однако в любом случае, когда рассматривается электрический регулятор, существует электрическая цепь с нагрузкой. В эквиваленте нагрузка представляется как резистор с некоторым импедансом.

Чтобы напряжение на этом резисторе изменилось, необходимы дополнительные элементы, которые соединены с ним либо последовательно, либо параллельно. Первые тиристоры были незапираемыми. Их можно было открыть (включить) в любой момент. Но для выключения необходимо было уменьшить силу тока до некоторого минимального значения. По этой причине незапираемые тиристоры применяются и по сей день лишь в электрических цепях переменного или выпрямленного тока.

На постоянном напряжении они тоже использовались, но весьма ограниченно. Например, в первых фотовспышках с управляемой силой света. Свет лампы фотовспышки, который путем управления тиристором формирует необходимое освещение объекта, дает наглядное представление о тиристоре как об электрическом регуляторе для лампы – нагрузки. Энергию для этого обеспечивал конденсатор, который разряжался через специальную лампу. И в этом случае получалась вспышка наибольшей силы.

Но для того чтобы лампа давала меньше света, параллельно с ней включался тиристор. Лампа включалась и освещала объект. А специальный оптический датчик со схемой управления следил за его характеристиками. И в нужный момент включал тиристор. Он шунтировал лампу, которая выключалась со скоростью срабатывания тиристора. При этом часть энергии конденсатора просто исчезала в виде тепла, не принося никакой пользы. Но в то время иначе и не могло быть – запираемых тиристоров еще не было.

Типы тиристоров и отличия схем для их использования

Тиристор запирался, поскольку зарядный ток конденсатора был подобран с учетом этого. Безусловно, схема с последовательным соединением тиристора и нагрузки существенно эффективнее. И она широко применяется. Все диммеры, которыми пользуются для управления освещением и электробытовыми приборами, работают по такой схеме. Но в них могут быть существенные отличия в связи с типом используемого тиристора. Схема с симметричным тиристором, который работоспособен на переменном напряжении при непосредственном соединении с нагрузкой, получается более простой.

Но если сравнивать симметричные тиристоры с обычными, пропускающими ток в одном направлении, сразу обращает на себя внимание заметно более широкий модельный ряд последних. К тому же предельные электрические параметры у них заметно больше. Но при этом обязательно наличие выпрямителя. Если регулируется сеть 220 В, необходим выпрямительный мост, в котором 4 мощных диода. Но каждый полупроводниковый прибор, независимо от того, транзистор это, тиристор или диод, характеризуется остаточным напряжением.

Оно мало изменяется в соответствии с силой тока, протекающего через него. И при этом на каждом из полупроводниковых приборов рассеивается тепло. Если токи достигают единиц ампер, тепловая мощность составит единицы ватт. Потребуются охлаждающие радиаторы. А это – ухудшение конструктивных показателей. Поэтому симисторные регуляторы более компактны и экономичны. Чтобы отказаться от выпрямительного моста, применяют схему из двух одинаковых тиристоров, соединенных параллельно и встречно.

Безусловно, это более экономичное решение относительно потерь. Однако у ключей должны быть соответствующие предельные обратные напряжения. А это значительно ограничивает число их моделей, пригодных для этой схемы. К тому же, получить симметричные полуволны, управляя двумя ключами, сложнее, чем при одном тиристоре. Но при большой силе тока, которая в промышленных установках может составлять сотни ампер и более на включенном тиристоре, рассеивается мощность в сотни ватт. Динамические потери еще больше разогревают ключи.

По этой причине уменьшение числа полупроводниковых приборов в мощных электрических регуляторах – это важнейшая задача. Далее на изображениях показаны промышленные тиристорные регуляторы напряжения. В современном ассортименте тиристоров среди моделей, выпускаемых серийно, присутствуют запираемые ключи. Они могут быть использованы в цепях постоянного тока.

Поэтому задачи регулирования напряжения в тысячи вольт при мощностях, величина которых измеряется мегаваттами, сегодня успешно решаются различными моделями тиристоров.