Regulatory napięcia wyjściowego alternatora
Wibracyjne regulatory napięcia
Bez zastosowania elementów regulacyjnych napięcie wyjściowe alternatora zmieniałoby się w zbyt szerokim zakresie. Wpływałoby to negatywnie na akumulator i odbiorniki energii elektrycznej zainstalowane w samochodzie.
Napięcie wyjściowe alternatora zależy od strumienia magnetycznego F wytworzonego przez uzwojenie wzbudzenia prędkości obrotowej n wirnika. Napięcie to określone jest wzorem: Uo=c*F*n, gdzie c – współczynnik o stałej wartości.
Napięcie wyjściowe alternatora nie będzie się zmieniało, jeśli iloczyn F *n będzie miał stałą wartość niezależnie od zmian prędkości obrotowej n. Będzie to możliwe tylko wtedy, gdy przy wzroście prędkości obrotowej n wartość strumienia F będzie malała a gdy prędkość obrotowa n będzie malała to wartość strumienia F będzie rosła.
Wartość strumienia magnetycznego F zależy od natężenia prądu w obwodzie wzbudzenia. Natężenie prądu w uzwojeniu wzbudzenia można zmieniać przez włączenie lub wyłączenie odpowiednio dobranego rezystora. Przy wzroście prędkości obrotowej wirnika w obwód wzbudzenia zostaje włączony odpowiedni rezystor, który zgodnie z prawem Ohma (I=U/R) wymusza zmniejszenie natężenia prądu. Gdy prędkość obrotowa maleje rezystor ten zostaje wyłączony z obwodu wzbudzenia, co powoduje, że natężenie prądu wzrasta. Cykliczne włączanie i włączanie dodatkowego rezystora pozwala utrzymać wartość średnią napięcia wyjściowego na właściwym poziomie.
W regulatorach wibracyjnych elementami regulującymi natężenie prądu w obwodzie wzbudzenia są rezystory. Są one włączane i wyłączane za pomocą styków sterowanych elektromagnesem. W regulatorach elektronicznych elementami regulującymi prąd w obwodzie wzbudzenia są tranzystory bipolarne, które sterowane są za pomocą układu elektronicznego kontrolującego napięcie wyjściowe alternatora.
Zasada działania regulatora jednostopniowego
Wraz ze zwiększaniem prędkości obrotowej alternatora zwiększa się wartość prądu wzbudzenia, a więc wzrasta również wartość napięcia alternatora. Dopóki napięcie alternatora nie wymaga regulacji, dopóty prąd w obwodzie wzbudzenia płynie przez rezystancję uzwojenia wzbudzenia Rf i zwarte styki regulatora. Przy wzroście napięcia zwiększa się prąd w uzwojeniu napięciowym elektromagnesu N, a więc również siła FN działająca na styk ruchomy S2, której zwrot jest przeciwny niż siły naciągu sprężyny Fs. Przy określonej wartości napięcia, przy której FN stanie się większe niż Fs nastąpi rozwarcie styków S1 i S2 oraz włączenie rezystancji dodatkowej Rd do obwodu wzbudzenia. Spowoduje to zmniejszenie prądu wzbudzenia alternatora, a więc i strumienia magnetycznego, wobec czego obniży się napięcie alternatora. Zmniejszy się również siła FN i gdy Fs >FN, wówczas styki regulatora zostaną ponownie zwarte. Ponownie zwiększa się prąd wzbudzenia (wyłączenie z obwodu wzbudzenia rezystancji dodatkowej), co z kolei powoduje wzrost napięcia na zaciskach alternatora. Cykl pracy jednostopniowego regulatora napięcia powtórzy się. Ponieważ częstotliwość zmian jest rzędu kilkunastu herców, regulator utrzymuje praktycznie stałą wartość napięcia.
Zasada działania regulatora dwustopniowego
Regulator ma trzy styki, z których zewnętrzne 1 i 3 są nieruchome. Dopóki napięcie alternatora nie wymaga regulacji, dopóty styki 1 i 2 są zwarte. Prąd wzbudzenia płynie w obwodzie, w którym znajduje się tylko rezystancja uzwojenia wzbudzenia. Przy dalszym wzroście napięcia następuje rozwarcie styków 1 i 2 pierwszego stopnia regulacji. W obwód wzbudzenia zostaje włączony rezystor dodatkowy R2. Gdy prędkość obrotowa nadal wzrasta, wzrasta również napięcie alternatora i rozpoczyna się praca na drugim stopniu regulacji. Styki 2 i 3 tego stopnia zwierają się i rozwierają. Przy zwarciu styków następuje dołączenie wyprowadzonego zacisku uzwojenia wzbudzenia 67 do masy. Ponieważ drugi koniec uzwojenia wzbudzenia jest na stałe połączony z masą, więc następuje gwałtowne zmniejszenie prądu wzbudzenia i dzięki temu napięcie alternatora nie może wzrosnąć ponad określoną wartość. Parametry wibracyjnych regulatorów napięcia alternatorów podano w tabl. 4.2.
Źródło: Jerzy Ocioszyński, Elektrotechnika i elektronika pojazdów samochodowych, WSiP, Warszawa 1996