Enache,V., Seea-eea u3

Sistemul de alimentare electric

1

3.2 Releul regulator de tensiune

3.1.3 Generalităţi

Generatorul de curent electric montat pe autovehicul lucrează la un regim de

turaţie şi sarcină variabil. Ca urmare şi

tensiunea la bornele acestuia va fi

variabilă. În plus este necesar să se

modifice tensiunea de încărcare funcţie de

temperatura mediului. Nivelul tensiunii

trebuie să fie mărit iarna pentru a permite

ameliorarea încărcării bateriei iar vara este

necesar ca tensiunea să fie limitată la un

nivel inferior pentru a se înlătura pericolul

supraîncărcării bateriei.

În vederea asigurării funcţionării

normale a consumatorilor şi a bunei

conlucrări cu bateria de acumulatori,

alternatorul este echipat cu un releu

regulator de tensiune.

În cazul, alternatoarelor cu Figura 3.31

autoexcitaţie şi relee regulatoare de Relee regulatoare de tensiune tensiune electronice,

în vederea protejării

echipamentului electronic, se prevede şi un dispozitiv de protecţie faţă de

supratensiunile care pot apare la scurtcircuite sau variaţii bruşte de sarcină. În fig.

3.31 se prezintă câteva variante de relee regulatoare de tensiune.

3.1.4 Principiul reglării tensiunii

În cazul alternatoarelor cu excitaţie electromagnetică, reglarea tensiunii se

realizează prin modificarea valorii curentului de excitaţie iar în cazul releelor

electronice prin întreruperea cu o anumită frecvenţă a alimentării excitaţiei.


2

Figura 3.32

Schema logică a releului regulator de tensiune

În fig. 3.32 se prezintă schema logică de funcţionare a releului regulator de

tensiune.

Releul regulator de tensiune, prin dispozitivul său de măsurare, compară

permanent tensiunea la bornele alternatorului cu valoarea de referinţă (ex. 14 V). În

momentul în care apare o variaţie a tensiunii UR faţă de mărimea de referinţă,

dispozitivul de măsurare transmite o comandă dispozitivului de reglare care modifică

valoarea curentului de excitaţie în sensul creşterii sau micşorării lui (sau întrerupe

alimentarea excitaţiei), până când dispare diferenţa dintre mărimea de referinţă şi

tensiunea UR. În acest fel, dacă se menţine o valoare constantă a mărimii de referinţă,

se va menţine în mod automat constantă şi tensiunea reglată UR.

Cu cât reglarea se face cu frecvenţă mai mare, cu atât calitatea reglării este

superioară iar pulsaţiile curentului de excitaţie sunt mai mici.

În fig. 3.33 se prezintă grafic funcţionarea releului regulator de tensiune pentru

două cazuri: turaţie de antrenare joasă (n1) şi turaţia de antrenare înaltă (n2).

S-au utilizat următoarele notaţii:

Iexc – curentul de excitaţie,

TF – timpul de funcţionare,

TC – timpul de cuplare,


3

Im – curentul de excitaţie mediu, A

– alimentare,

ÎA – întreruperea alimentării.

Figura 3.33

Funcţionarea releului regulator de tensiune

3.2.3 Variante constructive

După modul în care este realizat dispozitivul de reglare a curentului de excitaţie

şi dispozitivul de măsură, releele regulatoare de tensiune pot fi:

electromecanice (cu contacte), electronice şi hibride.

3.2.3.1 Releul regulator de tensiune electromecanic (cu contacte)

Acest tip de releu se utiliza la modelele mai vechi de automobile.


4

Funcţionarea lui se bazează pe introducerea unei rezistenţe de reglare în serie cu

înfăşurarea de excitaţie a alternatorului, când tensiunea la bornele acestuia depăşeşte

o anumită valoare dată. Comanda se

realizează prin intermediul contactelor

acţionate de înfăşurarea de comandă.

Din punct de vedere constructiv

acest tip de releu poate fi cu o singură

treaptă sau în două trepte.

Schema de principiu este

prezentată în fig. 3.34. În această figură

se prezintă schema

electrică a alternatorului 1,

echipat cu redresorul 2 şi regulatorul de

tensiune 4 alimentat prin intermediul a

trei diode de excitaţie 3.

Existenţa releului regulator în

circuitul electric al generatorului modifică

caracteristica generatorului U=f(n) fapt

prezentat în fig. 3.35. Figura 3.34

Schema releului regulator de tensiune electromecanic

Figura 3.35 Figura 3.36 Caracteristica generatorului echipat cu regulator Caracteristica releului regulator de tensiune în de tensiune două trepte


5

Domeniul de lucru al regulatorului de tensiune este caracterizat de turaţiile

nmin şi nmax. Turaţia maximă trebuie să fie mai mare decât turaţia alternatorului la

turaţia maximă a motorului. În cazul în care această condiţie nu poate fi îndeplinită se

adoptă un regulator de tensiune cu

contacte în două trepte. În acest caz

contactul mobil cuprinde două trepte. În

prima treaptă se scurtcircuitează sau

introduce rezistenţa de reglare Rr prin

contactul fix. Dacă tensiunea are

tendinţa de creştere şi în continuare,

sub acţiunea forţei magnetice a

înfăşurării Bu se parcurge al doilea

segment până la închiderea celui de-al

doilea contact. În acest caz, înfăşurarea

de excitaţie este scurtcircuitată şi

valoarea curentului de excitaţie devine practic nulă.

În fig. 3.36 se prezintă

caracteristica U=f(n) pentru un Schema constructivă a releului regulator de Figura

3.37

generator echipat cu regulator de tensiune electromecanic tensiune în două trepte.

Domeniul de funcţionare al acestui regulator se caracterizează prin cele trei turaţii

corespunzătoare celor două trepte.

În fig. 3.37 se prezintă schema de principiu a regulatorului de tensiune

electromecanic.

Pe jugul 1 se fixează miezul 2 din oţel moale şi izolat faţă de el contactul fix

6. lama mobilă 4, fixată elastic de jugul 1 este echilibrată cu arcul de reglare 5 astfel

încât contactele 10 să fie normal închise. Pe miezul 2se aşează înfăşurarea 3. Între

miez şi armătura lamei mobile există întrefierul 0. Întrefierul poate fi reglat cu

şurubul 9.

Forţa de deschidere a contactelor 10 se reglează cu ajutorul arcului 5. La

construcţiile mai noi, se utilizează arcuri lamelare care se reglează prin îndoirea

suportului de sprijin.

Pentru introducerea rezistenţei de reglaj în circuitul de excitaţie al

generatorului, prin deschiderea contactului este necesar ca cuplul creat de arc să fie

echilibrat de cuplul creat de înfăşurarea de comandă.


6

Pornind de la acest echilibru se poate

determina expresia tensiunii reglate de releu.

Tensiunea reglată de releu depinde de

valoarea întrefierului, de forţa exercitată de

arc, de parametrii înfăşurării de comandă şi de

temperatură. Influenţa temperaturii asupra

tensiunii reglate este un fenomen nedorit

deoarece, la scăderea temperaturii scade şi

tensiunea reglată (fig. 3.38).

Din punct de vedere practic este de

dorit o variaţie inversă, deoarece iarna creşte

rezistenţa internă a bateriei iar curentul de

Figura 3.38 încărcare scade.

Variaţia tensiunii reglate funcţie de Din aceste considerente,

trebuie temperatură redusă influenţa temperaturii asupra tensiunii

reglate. Se pot utiliza următoarele metode de

compensare:

• utilizarea pentru înfăşurarea de comandă a unor conductori cu

coeficientul termic al rezistivităţii α=0;

• modularea forţei arcului funcţie de temperatură;

• utilizarea shuntului magnetic;

• utilizarea de termistoare.

În cazul multor relee se utilizează metode combinate de compensare. Releu

regulator de tensiune electromecanic cu contacte duble.

În fig. 3.39 a se prezintă schema constructivă iar în fig. 3.39 b, schema electrică

a unui releu regulator de tensiune electromecanic cu contacte duble.

Figura 3.39

Releu regulator de tensiune cu contacte duble

Principalele componente sunt: electromagnetul cu miezul magnetic şi

înfăşurarea de comandă 1, armătura mobilă cu contactele mobile şi arcul lamelar 2,

suportul ce conţine contactele fixe 3.


7

În afară de rezistenţa de reglaj Rr, conectată între borna principală D+ şi borna

de excitaţie DF, releul mai cuprinde o rezistenţă de absorbţie (stingere) Rs, conectată

în paralel cu înfăşurarea de excitaţie, care are rolul de a micşora supratensiunile ce

apar datorită variaţiei curentului de excitaţie în momentul deschiderii contactelor. În

serie cu înfăşurarea de tensiune a releului se introduce rezistenţa de compensare

termică RCT, cu coeficientul termic al rezistivităţii negativ, pentru a se realiza

compensarea influenţei temperaturii asupra reglării tensiunii. Între contactul fix (de

masă) 3 al treptei a doua şi masă, se conectează rezistenţa de protecţie Rp, sub forma

unui fir calibrat care are rol de protecţie în cazul unei conectări greşite. Contactul mobil

are forma de „L” rotit cu 90° iar arcul de sprijin este lamelar.

Releul dispune de un reglaj brut constând în modificarea întrefierului, prin

reglarea poziţiei suportului celor două contacte fixe cu şurubul lateral 4 şi un reglaj fin

constând în tensionarea arcului lamelor cu ajutorul camei 5.

În fig. 3.40 se prezintă diagrama de reglaj a unui releu regulator de tensiune

cu contacte duble (model Electroprecizia 1410).

Figura 3.40

Reglajul realizat de releul cu contacte duble

Reglajul se realizează în două trepte, turaţia de antrenare fiind de 5000

rot/min. La treapta a II a, curentul debitat trebuie să fie între 2 – 12 A, iar tensiunea în

limitele 13,9 – 14,5 V. În treapta I curentul prescris este 25 ... 35 A, iar tensiunea de

13,2 – 14,3 V.

Releele regulatoare de tensiune electromecanice sunt caracterizate printr-un

preţ de fabricaţie scăzut, construcţie simplă, posibilitate de reglaj, dar prezintă şi o serie

de limite:

• prezenţa maselor în mişcare introduce o inerţie care limitează

frecvenţa de lucru şi prin aceasta domeniul de reglare este larg;

• existenţa contactelor mecanice limitează valoarea curentului de

excitaţie ce

poate fi comandat.


8

Datorită creşterii valorii curentului de excitaţie care trebuie comandat şi

condiţiilor de reglare precisă a valorii tensiunii, la automobilele moderne s-a trecut la

utilizarea releelor regulatoare de tensiune electronice.

3.2.3.2 Relee regulatoare de tensiune electronice

Aceste relee s-au generalizat fiind utilizate pe toate tipurile de autovehicule.

Avantajul lor constă în capacitatea de a comanda curenţi de excitaţie mari, de a realiza

frecvenţe de lucru foarte mari, cu efect asupra reducerii plajei de reglaj, permiţând

totodată utilizarea de dispozitive de protecţie contra supratensiunilor.


9

Releele regulatoare de tensiune electronice pot fi dispuse separat sau

integrate alternatorului, soluţie ce determină reducerea cablurilor de legătură.

Principiul de funcţionare

În principiu, funcţionarea acestor relee se bazează pe utilizarea unei diode

Zener, capabilă să se blocheze sau să conducă funcţie de un nivel precis al tensiunii,

ea constituind elementul sensibil de comandă al releului.

Pentru puteri mici se utilizează scheme cu două tranzistoare cu germaniu sau

siliciu.

Figura 3.41

Schema de principiu a releului regulator de tensiune electronic

În fig. 3.41 este prezentată schema de principiu a unui regulator de tensiune

electronic şi modul de legare la alternator. Componentele electronice principale sunt:

un tranzistor de putere T1(p-n-p), un tranzistor de comandă T2(p-n-p) şi o diodă

stabilizatoare Zener DZ, alimentată potenţiometric prin intermediul divizorului de

tensiune format de rezistenţele R1 şi R2.

Emiterele celor două tranzistoare sunt alimentate (pozitivate) la borna „D+” a

alternatorului, iar colectoarele se racordează la borna „D–” prin intermediul rezistenţei

R3, respectiv diodei de descărcare D.

Colectorul tranzistorului T2 se racordează la baza tranzistorului T1, formând un

circuit basculant, iar tranzistorul de putere se înseriază în circuitul înfăşurării de

excitaţie a alternatorului prin borna DF.

Principiul de reglare a tensiunii constă în întreruperea periodică, cu o frecvenţă

ridicată, a curentului de excitaţie al alternatorului.

Funcţionarea releului este caracterizată prin două regimuri:

• la tensiuni mici ale alternatorului, aplicate diodei stabilizatoare DZ (ex.

sub 13 V), prin intermediul divizorului de tensiune format de R1 şi R2, aceasta nu

conduce, astfel încât tensiunea de polarizare, aplicată pe rezistenţa R1 tranzistorului

T2 să fie mică, cu efect asupra blocării tranzistorului T2.

Deoarece prin rezistenţa R3 nu trece curent, tensiunea de polarizare a

tranzistorului T1, este practic egală cu tensiunea la bornele alternatorului, ceea ce face

ca tranzistorul T1 să intre în conducţie, permiţând trecerea curentului de la emiter la

colector şi borna DF, excitaţia alternatorului fiind alimentată.


10

• când tensiunea alternatorului creşte peste o anumită valoare prescrisă

(ex. 14,2 V), dioda stabilizatoare DZ intră în conducţie determinând creşterea tensiunii

de polarizare a tranzistorului de comandă T2 şi intrarea acestuia în conducţie.

Tensiunea de polarizare a tranzistorului de putere T1 va scădea determinând blocarea

acestuia şi întreruperea curentului de excitaţie.

Prin micşorarea tensiunii la bornele alternatorului, dioda stabilizatoare va

reveni la starea iniţială de blocare, tranzistorul de comandă T2 se blochează, iar

tranzistorul de putere T1 va comanda alimentarea cu curent a excitaţiei alternatorului.

Dioda de descărcare D, conectată în paralel cu înfăşurarea de excitaţie este

necesară în toate schemele deoarece, la întreruperea curentului de excitaţie pot apare

supratensiuni care periclitează semiconductoarele. Dioda D este astfel conectată,

încât la aplicarea tensiunii directe ea conduce, în schimb, după întreruperea circuitului,

ea permite trecerea curentului de excitaţie.

În fig. 3.42 se prezintă o serie de variante utilizate în practică, prevăzute în

plus cu o serie de elemente care au rolul de a îmbunătăţi caracteristicile de funcţionare,

creşterea gradului de sensibilitate, securitatea sau anduranţa.

Figura 3.42

Variante de scheme de relee regulatoare de tensiune electronice

Pentru compensarea variaţiilor de tensiune în funcţie de variaţiile de

temperatură, se poate utiliza un termistor RCT (fig. 3.42 a), a cărui rezistenţă variază

cu temperatura. El se va conecta în paralel cu una din rezistenţele divizorului de

tensiune.

Divizorul de tensiune prin care se alimentează dioda stabilizatoare DZ

cuprinde mai multe rezistenţe, dintre care, o parte servesc drept potenţiometru pentru

reglarea fină, iar celelalte pot fi scoase parţial din circuit pentru a putea modifica în


11

trepte tensiunea aplicată diodei stabilizatoare, şi o dată cu aceasta, pentru a putea

modifica tensiunea reglată a releului (fig. 3.42 c şi d). De obicei, între emiterul şi baza

tranzistorului de comandă se prevede o rezistenţă R4 (fig. 3.42 b), care evită apariţia

curentului rezidual de colector, atunci când circuitul bazei tranzistorului se întrerupe.

Pentru accelerarea blocării tranzistorului de putere T1, în unele scheme, în

circuitul emiterului se conectează o diodă de polarizare inversă D1 (fig. 3.42 b). În timp

ce tranzistorul de comandă este blocat, tranzistorul de putere conduce, având

potenţialul bazei mai mic decât potenţialul emiterului. Când tranzistorul de comandă

intră în conducţie, căderea de tensiune pe dioda D1 produce o polarizare inversă a

bazei tranzistorului de putere, determinând blocarea activă a acestuia. Dioda are şi

rolul de protecţie în cazul aplicării unei tensiuni inverse.

La unele variante, (fig. 3.42 a), alimentarea tranzistorului de putere se face

printr-o rezistenţă RS, conectată în circuitul emiterului, care determină o reacţie

pozitivă şi o compensare a curentului invers al tranzistorului la creşterea temperaturii.

Pentru îmbunătăţirea comutaţiei tranzistoarelor prin micşorarea inerţiei,

evitarea pierderilor şi încălzirii inutile a tranzistoarelor, se pot utiliza circuite de reacţie.

Un astfel de circuit se compune dintr-un condensator Cr şi o rezistenţă Rr, conectate

în serie, între baza tranzistorului de comandă T2 şi colectorul tranzistorului de putere

T1 (fig. 3.42 b şi c).

În cazul unor curenţi de excitaţie mari se pot utiliza relee cu trei tranzistoare.

3.2.3.3 Relee regulatoare de tensiune hibride

Releele regulatoare de tensiune moderne sunt realizate în tehnologie hibridă,

cuprinzând circuite integrate şi componente discrete dispuse într-o carcasă ermetică

amplasată direct pe alternator.

În fig. 3.43 a se prezintă construcţia unui releu regulator de tensiune hibrid iar

în fig. 3.43 b schema electrică de principiu.

Figura 3.43

Releul regulator de tensiune

a) construcţie b) schema electrică de principiu


12

Pe o placă ceramică sunt dispuse toate

componentele iar conectarea lor se realizează

printr-un circuit imprimat.

Elementul principal al releului

îl constituie un circuit integrat (C.I.) care

cuprinde toate funcţiile de comandă şi reglare,

inclusiv compensarea termică.

Circuitul integrat controlează mărimea

de ieşire prin care se comandă circuitul

basculant format din cei doi tranzistori,

realizându-se întreruperea cu o anumită

frecvenţă a alimentării înfăşurării de excitaţie a

alternatorului.

Tranzistorii şi dioda de protecţie sunt

lipiţi direct pe un soclu metalic pentru a se Figura 3.44 garanta o bună răcire. Compensarea

termică a tensiunii reglate În fig. 3.44 se prezintă compensarea termică realizată de acest releu.

Soluţia asigură o schemă simplă şi compactă, cu un număr redus de

componente şi conexiuni, o funcţionare sigură, realizând o compensare termică

precisă.

3.2.3.4 Relee regulatoare multifuncţionale

Rolul releului regulator multifuncţional nu este limitat doar la reglarea tensiunii,

obiectivul avut în vedere fiind de a utiliza pentru alternator şi releu unele informaţii

prezente la bord.

Caracteristicile funcţionale ale releelor regulatoare multifuncţionale pot fi

cuprinse în trei grupe:

• Ameliorarea funcţionării motorului prin:

• excitaţia întârziată a alternatorului după pornire;

• excitaţia întârziată a alternatorului după o creştere a încărcării; •

întreruperea alimentării excitaţiei alternatorului în etapa de demaraj.

• Ameliorarea bilanţului încărcării prin:

• măsurarea tensiunii reale a bateriei;

• măsurarea temperaturii bateriei;

• mărirea regimului de relanti când tensiunea în reţea este prea scăzută;

• reglarea regimului termic al alternatorului pentru o mai bună exploatare

a acestuia.

• Semnalarea la bord a defecţiunilor, diagnosticarea acestora prin:

• semnalizarea întreruperii alimentării excitaţiei;

• semnalizarea supratensiunilor;

• controlul funcţionării lămpilor martor de la bord.


13

Pentru sistemul alternator – regulator – baterie – consumatori, ideal ar fi să se

poată controla direct capacitatea reziduală a bateriei şi de a utiliza acest parametru în

strategia generală de gestionare a reţelei de bord, prin măsurarea cu precizie a

tensiunii şi temperaturii bateriei, a curenţilor de încărcare – descărcare, a gradului de

utilizare a alternatorului.

Documents

Enache,V., Seea-eea u3