УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АВТОМОБИЛЯХ И ТРАКТОРАХ ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Генераторные установки являются источником электрической энергии в системах электроснабжения автомобилей и тракторов (АиТ). Они состоят из электрогенератора, выпрямителя, регулятора напряжения и аккумуляторной батареи. Электрогенератор является энергетическим преобразователем механической энергии ДВС в электрическую.В основу работы электрогенератора положено двухпараметрическое физическое явление, определяемое законами электромагнитной индукции.
В нем происходит преобразование механической энергии вращательного движения ротора в магнитном поле, создаваемом током возбуждения, в электрическую энергию электрического тока. Напряжение на выходе электрогенератора определяется по формуле: где Еr - ЭДС генератора; Uo - падение напряжения на выпрямительном элементе; Z - полное сопротивление обмотки статора; Ir - ток генератора (среднее значение выпрямленного тока); Се - конструктивный коэффициент электрической машины переменного тока; п - частота вращения ротора; Ф - магнитный поток.
Без учета остаточного магнитного потока полюсов ротора магнитный поток генератора можно представить в виде линеаризованной зависимости где Iв - ток возбуждения; а, b - постоянные коэффициенты аппроксимации кривой намагничивания, зависящие от конструкции генератора и применяемых магнитных материалов.С учетом зависимости На основании полученного выражения можно сделать вывод, что по-стоянства напряжения генератора при изменении частоты вращения ротора и тока нагрузки можно добиться изменением тока возбуждения.
Повышение частоты вращения должно сопровождаться уменьшением тока возбуждения, а увеличение нагрузки - увеличением тока возбуждения.Пренебрегая падением напряжения на выпрямительном элементе, можно с помощью уравнения (1.1) определить изменение силы тока возбуждения: На основании выражения (1.2) можно создать программный регулятор напряжения.
Генераторная установка является системой автоматического регулиро-вания (САР) напряжения и стабилизирует его на заданном уровне Uz = const и в заданной точке при всех режимах работы. Объектом управления является электрогенератор, управляющей подсистемой - регулятор.Возмущающими воздействиями на САР являются: частота вращения ротора генератора, сила тока нагрузки и температура окружающей среды Т. Все современные САР напряжения АиТ в качестве регулирующего воздействия используют ток возбуждения генератора, который определяет магнитный поток генератора, а следовательно, и выходное напряжение. На рис.1.1. представлена структурная схема генератора как объекта управления, где Uo, Z, Ir, n, T - возмущающие воздействия; Iв - управляющее воздействие; Ur - регулируемая величина.
Входной величиной генератора можно считать угловое перемещение Ga, а выходной - ток нагрузки Ir. Регулятор стабилизирует напряжение при изменении возмущающих воздействий путем воздействия на ток в обмотке возбуждения, которая вы-полняет функции элемента устройства воздействия на электрогенератор.
Ток возбуждения можно менять путем введения в цепь обмотки переменного сопротивления (дросселирующего регулирующего органа). Для электрических САР такими переменными сопротивлениями являются переменные резисторы (потенциометры) и угольные столбики, сопротивление которых изменяется в широких пределах под действием силы, сжимающей угольный порошок в столбике.
Эти устройства относятся к аналоговым элементам и имеют низкую надежность из-за подвижных контактов и механического привода. Электрические непрерывные регулирующие органы не нашли применение в САР напряжения АиТ. В настоящее время в генераторных установках используются исключительно двухпозиционные системы автоматического регулирования напряжения.Первоначально применялись системы автоматического регулирования с использованием квантованных двухпозиционных сигналов непрерывного действия.
В настоящее время начинают распространяться системы регулирования напряжениях использованием широтно- импульсных сигналов дискретного действия/ 2. ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ Формирование управляющего воздействия Низкие требования к качеству напряжения потребителей, интегрирующие свойства индукционного энергетического преобразователя и большая электрическая емкость аккумуляторной батареи позволили использовать двухпозиционное регулирование в САР напряжения в электрической сети АиТ. В таких САР ток возбуждения имеет два значения, которые определяются значениями коммутируемых сопротивлений R{ и R2 в цепи обмотки возбуждения:.