Все статьи сайта Статьи о регуляторах напряжения Статьи о генераторах Напряжение генератора сильно зависит от оборотов двигателя Напряжение в сети автомобиля должно быть постоянным по величине.Генератор приводится ремнем от двигателя и, соответственно, обороты генератора все время меняются. Если не регулировать напряжение, то оно будет сильно меняться – увеличиваться при разгоне автомобиля и уменьшаться при сбросе газа и снижения скорости. Свет будет, то слишком яркий, то слишком тусклым, обороты электромоторов будут меняться, Аккумулятор быстро разрушится от избыточного напряжения, электроника станет работать непредсказуемо. Регулирование напряжения – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при изменениях оборотов и нагрузки генератора. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне. Посмотрим графики, которые показывают как меняется скорость нарастания и убывания напряжения на разных оборотах при включении и выключении тока возбужденияДля возбуждения генератора необходимо раскрутить ротор и включить ток возбуждения. Ток возбуждения создает магнитное поле ротора, которое генерирует в обмотке генератора Электродвижущую силу. На выходе генератора появляется напряжение. Напряжение не может появиться скачком, потому что в генераторе происходят переходные процессы, замедляющие нарастания и спады напряжения. Чем быстрее крутится ротор, тем быстрее нарастает напряжение и достигает большей величины. При размыкании цепи возбуждения, напряжение генератора снижается, чем больше обороты генератора, тем медленнее спадает напряжение. Проводим три опыта: Генератор крутится со скоростью 800 об. в мин, 3000 об. в мин., 5000 об. в мин. На графике показано нарастание напряжения при включении тока возбуждении и спада напряжения, при выключении тока возбуждения.
Расчетные параметры генератора, должны быть такими, чтобы уже на малых оборотах холостого хода, напряжение оказалось выше регулируемого значения – 14,2 Вольта, только в этом случае, регулятор сможет ограничить напряжение на заданном уровне. Генератор должен гарантировано обеспечить работу электрооборудования на холостом ходу двигателя 800 об. в мин., напряжение должно быть 16- 17 Вольт. На высоких оборотах (3000, 5000) предельное напряжение на выходе генератора получается значительно выше, регулируемого уровня – в два – три раза.
Регулирование напряжения Пример схемы регулятора напряжения Регулирование напряжение – это поддержание напряжения на постоянном уровне 14,2 – 13,8 Вольта, при сильных изменениях оборотов и нагрузки генератора. Для выполнения этой функции, в конструкции генератора предусмотрен регулятор напряжения. Генератор стремится поднять напряжение, а регулятор напряжения ограничивает его на заданном уровне. Задержка нарастания и плавный спад напряжения используются для регулирования напряжения. Между разными уровнями нарастающего и спадающего напряжения, есть определенный временной промежуток, который позволяет разнести по времени включение и выключение тока возбуждения. Как только нарастающее напряжение превысит регулируемый уровень, регулятор отключает обмотку возбуждения, и начинается спад напряжения. Как только на спаде, напряжение станет ниже регулируемого уровня, регулятор снова включает ток возбуждения, напряжение снова начинает расти. Так происходит пилообразный рост и спад напряжения. Моменты включения и выключения тока возбуждения выбираются так, чтобы среднее значения этого пилообразного напряжения, получилось 14,2 Вольта.
Дополнительные особенности регулирования напряжения. Постоянство напряжение дополнительно поддерживается тем, что с увеличение оборотов напряжение генератора (в пределах регулирования) быстрее нарастает и медленнее убывает. Тот факт, что при увеличении нагрузки ток возбуждения спадает быстрее, приводит к относительному росту среднего значения тока возбуждения и, значит, компенсирует снижение напряжения генератора при увеличении нагрузки. Эти две туманные фразы можно попытаться понять, если разобраться, как меняется среднее значение тока возбуждения при нарастании и убывании оборотов Зависимость среднего значения тока возбуждения от скорости нарастания и убывания напряжения генератора На малых оборотах напряжение медленно нарастает и быстро спадает, на средних быстрее вырастает и медленнее спадает, на высоких оборотах быстро вырастает и заметно медленнее спадает. Это видно на верхних графиках. Более длительное разомкнутое состояние означает, что среднее значение тока в цепи возбуждения снижается, это важно для поддержания постоянного уровня напряжения. При увеличении скорости вращения ротора увеличивается скорость изменения магнитного потока и, значит, повышается ЭДС генератора, но, так как, величина тока возбуждения снижается, происходит снижение ЭДС, то есть, происходят два встречных процесса – один повышает ЭДС, другой понижает, в среднем, значение ЭДС остается на прежнем уровне. Похожие процессы происходят при увеличении нагрузки, когда генератор вынужден отдавать большой ток. Как для любого источника, в этом случае увеличивается падение напряжения внутри источника, уменьшается скорость нарастания напряжение и его верхнее значение, и ускоряется спад напряжения. В этом случае увеличивается среднее значение тока возбуждения. То есть, регулятор, для того чтобы удержать выходное напряжение, при увеличении нагрузки, увеличивает ток возбуждения.
Пример простой схемы регулятора напряжения Я 112 А и Я 112 В Частота, с которой происходит включение – выключение тока возбуждения определяется качеством и чувствительностью схемы регулятора. Увеличение частоты приводит к повышению энергозатрат и дополнительному нагреву схемы, а значит потребует увеличения размеров. В современных ШИМ регуляторах напряжения, частота переключения выбирается задающим генератором. |
Чем выше обороты, тем быстрее нарастает напряжение достигает большей величины.
(см графики) Это помогает скомпенсировать увеличение ЭДС генератора.
Приборы регулирования работы генератора
Приборы регулирования работы генератора
Для получения от генератора необходимого напряжения и силы тока при переменном режиме работы двигателя автомобиля, а также для своевременного включения генератора в сеть и выключения при совместно работе с аккумуляторной батареей действие генератора регулируется специальными приборами.
К приборам, регулирующим работу генератора, относятся: регулятор напряжения, ограничитель тока и реле обратного тока.
Регулятор напряжения
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Регулятор напряжения служит для поддержания нормального напряжения генератора при переменных числах оборотов его якоря. При увеличении числа оборотов якоря вследствие возрастания скорости пересечения магнитных силовых линий магнитного поля витками обмотки напряжение генератора начинает возрастать. Но все потребители электрического тока рассчитаны на определенное напряжение. Поэтому для поддержания постоянства напряжения генератора применяют электромагнитные одноступенчатые регуляторы напряжения вибрационного типа.
Действие такого регулятора заключается в том, что при повышении напряжения генератора вследствие увеличения числа оборотов якоря в цепь обмотки возбуждения при помощи регулятора включается добавочное сопротивление.
Рис. 1. Схемы регулятора напряжения и ограничителя тока
В регуляторе напряжения имеются: основание с изолирующей пластиной, железное ярмо с сердечником, кронштейн с неподвижным изолированным контактом, якорек с подвижным контактом и оттяжной пружиной, намагничивающая обмотка сердечника, добавочное сопротивление.
Намагничивающая обмотка сердечника соединена одним концом с массой, а другим — через клемму проводом с клеммой генератора. Таким образом, обмотка подключена концами параллельно щеткам генератора и всегда находится под полным его напряжением. Добавочное сопротивление включено между клеммой Ш регулятора, соединенной с его ярмом, и клеммой, соединяемой проводом с клеммой генератора. Клеммы Ш генератора и регулятора напряжения соединены между собой проводом.
При работе генератора ток с плюсовой его щетки всегда идет по трем параллельно включенным цепям: к потребителю, к намагничивающей обмотке 8 сердечника регулятора и к обмотке возбуждения, возвращаясь в якорь через минусовую щетку.
При средних числах оборотов якоря генератора, когда на его щетках имеется нормальное напряжение, ток, проходящий по обмотке 8 сердечника регулятора, недостаточен для сильного намагничивания сердечника. Поэтому якорек под действием пружины поднят кверху и контакты регулятора замкнуты. При этом ток в обмотку возбуждения идет по следующей цепи: плюсовая щетка генератора — клемма Я генератора — провод — клемма Я регулятора — замкнутые контакты регулятора — ярмо и клемма Ш регулятора — провод — клемма Ш генератора — обмотка возбуждения — минусовая щетка генератора. Вследствие того, что сопротивление этой цепи невелико, получается сильное возбуждение полюсов, достаточное при средних числах оборотов якоря для получения нормального напряжения генератора.
При увеличении числа оборотов якоря напряжение генератора начинает повышаться, и по обмотке сердечника регулятора течет более сильный ток. Сердечник сильно намагничивается, притягивает якорек, преодолевая сопротивление пружины, и размыкает контакты.
Ток в обмотку возбуждения по старому пути уже идти не может, а проходит от клеммы Я к клемме Ш регулятора через добавочное сопротивление. В результате этого возбуждение и магнитное поле генератора уменьшаются и напряжение его резко снижается. При этом намагничивание сердечника регулятора уменьшается, контакты его опять замыкаются, пропуская ток в обмотку возбуждения, минуя сопротивление. Напряжение генератора вновь начинает возрастать до следующего размыкания контактов и т. д.
Таким образом, якорек непрерывно вибрирует, то включая, то выключая из цепи возбуждения сопротивление и поддерживая некоторое постоянное напряжение генератора, несмотря на повышение числа оборотов якоря.
Регулятор настраивают на определенное напряжение, изменяя натяжение пружины и изменяя величину зазора между якорем и сердечником при замкнутых контактах.
Для полной зарядки аккумуляторной батареи генератор в зимнее время должен обеспечивать несколько большее напряжение и величину зарядного тока, чем летом.
Это в современных регуляторах напряжения достигается автоматически при помощи магнитного шунта. Магнитный шунт 10 представляет собой пластинку, соединяющую верхнюю часть сердечника с ярмом и изготовленную из стали, магнитная проводимость которой изменяется в зависимости от ее температуры.
Летом при высокой температуре шунт обладает слабой магнитной проводимостью. Поэтому магнитный поток сердечника почти полностью замыкается через якорек, чем достигается притяжение его при более низком напряжении генератора.
Зимой вследствие понижения температуры магнитная проводимость шунта увеличивается, и часть магнитного потока сердечника замыкается на ярмо, минуя якорек. Поэтому для притяжения якорька требуется более сильное намагничивание сердечника и более сильный ток в обмотке, вследствие чего напряжение на щетках генератора и зарядный ток батареи соответственно возрастают.
В регуляторах напряжения некоторых типов на сердечнике, кроме основной намагничивающей обмотки, имеется еще вторая выравнивающая обмотка.
Ограничитель тока
Ограничитель тока служит для устранения перегрузки генератора большим током, идущим к потребителям, который может вызвать перегрев генератора и сгорание его обмоток.
Устройство ограничителя в основном такое же, как рассмотренного выше регулятора напряжения. На сердечнике (рис. 193, б), закрепленном на ярме ограничителя, намотана толстая основная обмотка, включенная последовательно в цепь нагрузки генератора (батарея и потребители). Кроме того, на сердечнике намотана дополнительная обмотка, включенная в цепь обмоток возбуждения генератора. При увеличении тока нагрузки, проходящего через основную обмотку ограничителя, сверх допустимых пределов (обычно свыше 25—30 а) сердечник ограничителя сильно намагничивается и притягивает якорек, размыкая контакты, преодолевая натяжение пружины. При этом имевшаяся ранее цепь тока на возбуждение, проходящая от плюсовой щетки через клемму Я генератора, провод, клемму ограничителя, основную обмотку, дополнительную обмотку, сердечник и ярмо, контакты, провод и клемму Ш генератора, размыкается, и ток на возбуждение идет через добавочное сопротивление.
Вследствие этого напряжение генератора падает и уменьшается отдаваемый им ток. Дополнительная обмотка ускоряет колебания якорька ограничителя тока при работе и называется ускоряющей обмоткой.
Реле обратного тока
Реле обратного тока служит для включения генератора в цепь, когда напряжение его становится больше напряжения батареи, и для выключения генератора при падении его напряжения ниже напряжения батареи. Тем самым реле устраняет разрядку батареи через обмотки генератора при малом его напряжении и предохраняет обмотки генератора от перегрева током батареи, что может иметь место при пониженных числах оборотов коленчатого вала двигателя или при его остановке.
Реле (рис. 194) имеет те же части, что и предыдущие приборы. Контакты реле находятся в разомкнутом состоянии при помощи пружины якорька. На сердечнике намотаны две обмотки. Толстая обмотка включена последовательно с контактами в цепь нагрузки генератора. Тонкая обмотка одним концом соединена с концом толстой обмотки через ярмо, а другим присоединена к массе, т.
е. она включена параллельно щеткам генератора и находится под полным его напряжением.
Генератор и батарея включены во внешнюю цепь параллельно, так как соединены с массой и сетью одноименными полюсами. Когда якорь генератора вращается медленно при малых числах оборотов коленчатого вала двигателя, напряжение генератора меньше, чем напряжение аккумуляторной батареи. Ток, проходящий от плюсовой щеткц генератора по толстой обмотке и тонкой обмотке реле на минусовую щетку, не обеспечивает достаточного намагничивания сердечника. Поэтому контакты реле под действием пружины размыкаются, и генератор отключается от клеммы Б реле и от внешней цепи, т. е. от батареи и всех потребителей. Последние начинают питаться от батареи, которая при этом разряжается.
Рис. 2. Схема реле обратного тока
При повышении числа оборотов якоря напряжение генератора возрастает, а ток, проходящий от него по обмоткам реле, увеличивается. Когда напряжение генератора превысит напряжение батареи, сердечник реле под действием этого тока намагничивается настолько, что притягивает якорек, замыкая контакты.
При этом генератор соединяется через толстую обмотку, ярмо и замкнутые контакты с клеммой Б реле и включается во внешнюю цепь, обеспечивая подзарядку батареи и питание потребителей.
Ток нагрузки генератора, протекая по толстой обмотке б реле в том же направлении, что и первоначальный намагничивающий ток, усиливает намагничивание сердечника, чем достигается надежное замыкание контактов.
При снижении числа оборотов якоря напряжение генератора становится ниже напряжения батареи. При этом через замкнутые контакты, толстую обмотку реле и через генератор потечет от батареи больший ток. Так как в толстой обмотке направление этого тока противоположно току, идущему от генератора, то сердечник реле будет размагничиваться. Контакты реле под действием пружины разомкнутся, и генератор отключится от батареи и внешней цепи.
Реле-регулятор
Все три рассмотренных выше прибора, регулирующих работу генератора, обычно объединяются в одном трехэлементном комбинированном приборе, называемом реле-регулятором.
На автомобилях с карбюраторным двигателем для совместной работы с двухполюсным генератором с напряжением 12В наибольшее применение получил трехэлементный реле-регулятор типа РР-24. Для автомобилей разных марок этот регулятор отличается только регулировочными данными.
Реле-регулятор типа РР-24 состоит из следующих частей: металлического основания с изоляционной пластиной, реле обратного тока (РОТ), ограничителя тока (ОТ), регулятора напряжения (РН), крышки, устанавливаемой на корпусе на уплотняющей прокладке и укрепляемой на основании двумя винтами, добавочных сопротивлений, укрепляемых с нижней стороны основания на изоляционной пластине, и трех выводных клемм Б, Я и Ш.
На корпусе имеется еще клемма, соединенная с массой, для присоединения провода от массы генератора.
Схема соединения всех приборов реле-регулятора показана на рис. 3. Один конец тонкой обмотки реле обратного тока РОТ присоединен на массу, а другой конец — к сердечнику и через ярмо вместе с концом толстой обмотки — к подвижному контакту реле.
Второй конец толстой обмотки реле соединен с толстой обмоткой ограничителя тока ОТ. Второй конец этой обмотки соединен с клеммой Я.
На сердечнике ограничителя тока, кроме основной обмотки, намотана дополнительная — ускоряющая обмотка сопротивлением 1 ом. Один конец обмотки соединен с сердечником и ярмом, а другой — с концом основной обмотки.
Один конец обмотки регулятора напряжения РН соединен с массой, а второй — с добавочным сопротивлением, равным 13 ом.
Неподвижные изолированные контакты регулятора напряжения и ограничителя тока соединены шиной, которая через добавочное сопротивление, равное 30 ом, и клемму Я соединена с концом основной обмотки ограничителя тока.
Рис. 3. Трехэлементный реле-регулятор типа РР-24
Рис. 4. Схема реле-регулятора типа РР-24
Ярмо и сердечпики регулятора напряжения и ограничителя тока соединены через два добавочных сопротивления, равные 13 и 80 ом.
Регулятор напряжения имеет магнитный шунт.
Клеммы реле-регулятора внутри соединены: клемма — с неподвижным изолированным контактом реле обратного тока РОТ, клемма — с концом обмотки ограничителя тока и клемма — с ярмом регулятора напряжения.
К клеммам реле-регулятора снаружи присоединены: к клемме — провод от потребителей и батареи через амперметр, к клемме — провод от клеммы генератора, к клемме — провод от клеммы генератора.
При нормальных напряжениях и отдаваемом токе генератора контакты реле обратного тока, регулятора напряжения и ограничителя тока замкнуты. Ток к потребителям идет по следующей цепи: плюсовая щетка генератора — клемма Я генератора — провод — клемма Я реле-регулятора — основная толстая обмотка ограничителя тока — толстая обмотка реле обратного тока и замкнутые контакты — клемма Б реле-регулятора — потребители и батарея через амперметр — масса — минусовая щетка генератора.
Ток на возбуждение генератора при этом идет, минуя добавочные сопротивления, по следующей цепи: плюсовая щетка генератора — клемма Я генератора — провод — клемма Я реле-регулятора — основная обмотка 7 ограничителя тока — дополнительная ускоряющая обмотка 6 — сердечник, ярмо ограничителя тока и замкнутые контакты — соединительная шина — замкнутые контакты и ярмо регулятора напряжения — клемма Ш реле-регулятора — клемма Ш генератора — обмотка возбуждения — минусовая щетка генератора.
При повышении напряжения генератора ток, проходящий по намагничивающей обмотке регулятора напряжения, вследствие увеличения числа оборотов якоря генератора усиливается, и контакты 9 регулятора размыкаются. При размыкании контактов регулятора напряжения ток на возбуждение идет через добавочные сопротивления по следующей цепи: плюсовая щетка генератора — клемма Я генератора — провод — клемма Я реле-регулятора — основная обмотка 7 ограничителя тока — дополнительная ускоряющая обмотка 6 — сердечник и ярмо ограничителя тока — добавочные сопротивления — клемма Ш реле-регулятора — провод — клемма Ш генератора — обмотка возбуждения — минусовая щетка генератора.
Общее дополнительное сопротивление, включаемое при этом в цепь обмотки возбуждения генератора, равно 93 ом, поэтому напряжение генератора резко падает, намагничивание сердечника регулятора напряжения уменьшается, и его контакты под действием пружины вновь замыкаются, выключая из цепи возбуждения добавочные сопротивления, затем контакты опять размыкаются и т.
д. Вследствие непрерывного размыкания и замыкания контактов напряжение генератора поддерживается постоянным, несмотря на изменение числа оборотов его якоря.
Намагничивающая обмотка регулятора напряжения включена последовательно с сопротивлением. При размыкании контактов регулятора напряжения ток, проходящий через это сопротивление, увеличивается от действия тока, идущего на возбуждение. Вследствие этого напряжение в намагничивающей обмотке регулятора напряжения в момент размыкания его контактов быстрее понижается, обеспечивая быстрое размагничивание его сердечника и ускоряя колебания якорька. В результате этого некоторые колебания напряжения генератора, вызываемые работой регулятора, становятся незаметными. Действие магнитного шунта аналогично действию магнитного шунта, рассмотренного ранее.
При увеличении потребляемого тока генератора контакты ограничителя тока вследствие намагничивания сердечника основной обмоткой размыкаются, и ток на возбуждение течет через добавочные сопротивления и сопротивление по двум параллельным цепям.
Первая цепь: плюсовая щетка генератора — клемма Я генератора — провод — клемма Я реле-регулятора — основная обмотка ограничителя тока — дополнительная ускоряющая обмотка — сердечник и ярмо ограничителя тока — добавочные сопротивления — клемма Ш реле-регулятора — провод — клемма Ш генератора — обмотка возбуждения — минусовая щетка генератора.
Одновременно ток идет и по второй цепи: плюсовая щетка генератора — клемма Я генератора — провод — клемма Я реле-регулятора — добавочное сопротивление — соединительная шина — замкнутые контакты и ярмо регулятора напряжения — клеммы Ш реле-регулятора и генератора — обмотка возбуждения — минусовая щетка генератора.
При этом общее сопротивление, включаемое в цепь обмотки возбуждения генератора, возрастает. Это вызывает колебания якорька ограничителя тока, поэтому напряжение и ток генератора снижаются и устраняется возможность перегрузки генератора.
Дополнительная ускоряющая обмотка, намотанная на сердечник ограничителя тока, включена таким образом, что при замкнутых контактах ограничителя через нее проходит весь ток, идущий на возбуждение генератора.
Поскольку направление этого тока совпадает с направлением тока в основной обмотке (обмотки работают согласованно), то дополнительная обмотка усиливает намагничивание сердечника ограничителя тока при замкнутых его контактах. При размыкании контактов ток возбуждения проходит через включенные сопротивления, величина тока снижается и намагничивающее действие обмотки уменьшается. Все это способствует ускорению колебаний якорька ограничителя тока, что при перегрузках генератора приводит к уменьшению колебания его напряжения.
При уменьшении напряжения генератора ниже напряжения батареи вследствие снижения числа оборотов якоря контакты реле обратного тока под действием обратного тока, идущего по толстой обмотке от батареи, размыкаются, выключая генератор из цепи потребителей.
Реле-регулятор типа РР-24 применяют на автомобилях «Москвич-408», «Волга», ГАЗ-51А, ЗИЛ-164 и др.
Аналогичное устройство и принцип действия имеют трехэлементные реле-регуляторы типа: РР-101, устанавливаемый на автомобилях «Чайка»; РР-130 — на автомобилях ГАЗ-53 А, ГАЗ-66, ЗИЛ-130 и их модификациях.
На автомобилях «Москвич-407» и «Москвич-403» применяли двухэлементный реле-регулятор типа РР-102. В этом реле-регуляторе имеются: реле обратного тока РОТ и регулятор напряжения РН. На сердечнике регулятора напряжения, кроме шунтовой намагничивающей обмотки 1, намотана еще вторая — толстая обмотка 2, включенная последовательно в сеть нагрузки генератора, что ограничивает максимальный ток, поступающий от генератора к потребителям. Таким образом, регулятор напряжения служит одновременно и ограничителем тока: Аналогичный по устройству и действию реле-регулятор типа РР-109 применен на автомобиле ЗАЗ-965А «Запорожец».
На грузовых автомобилях, оборудованных дизелями ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238, совместно с четырехполюсным генератором Г-105 с напряжением 24В применен трехэлементный реле-регулятор типа РР-107, отличающийся от рассмотренного ранее тем, что на сердечнике регулятора напряжения РН, кроме шунтовой намагничивающей обмотки, намотана еще дополнительная — выравнивающая обмотка, включенная через контакты регулятора напряжения РН и ограничителя тока ОТ последовательно с обмоткой возбуждения генератора.
На автомобилях КрАЗ-214 и его модификациях, совместно с четырех-полюсным генератором Г-8 с напряжением 12В с тремя выводными клеммами, применен четырехэлемент-ный реле-регулятор РР-8, имеющий, кроме реле обратного тока и ограничителя тока, два регулятора напряжения, из которых каждый соединен с одной из секций двух параллельно включенных обмоток возбуждения генератора. Регуляторы напряжения, кроме основной намагничивающей шунтовой обмотки, имеют дополнительные выравнивающие обмотки. Наличие двух регуляторов напряжения снижает ток, проходящий через них, и повышает надежность работы реле-регулятора. Размыкание и замыкание контактов регулятора напряжения происходит одновременно, что обеспечивается перекрестным включением их выравнивающих обмоток.
Аналогично устроен и работает реле-регулятор типа РР-27, применяемый на автомобиле ЗИЛ-111 с че-тырехнолюсным генератором типа Г-8В с напряжением 12В.
На автомобилях высокой проходимости обычно устанавливают брызгозащитные реле-регуляторы, имеющие дополнительное уплотнение между крышкой и корпусом и герметизированную конструкцию штепсельных разъемов.
Так, например, на автомобиле 3I1JI-131 применен брызгозащитный экранированный реле-регулятор типа РР-51.
почему напряжение питания двигателя постоянного тока уменьшается при увеличении нагрузки двигателя?
Когда я построил график напряжения питания одноэлементной батареи LiPo в течение рабочего периода, я обнаружил, что напряжение питания резко падает, когда двигателю подается команда увеличить скорость.
Это нормально и называется “провисание”. Представьте, если бы он не провисал – не было бы предела мощности, которую вы могли бы получить от батареи. Это явно неразумно, поэтому спад разумен.
Я думаю, что это как-то против модели двигателя постоянного тока. Если скорость разрядки батареи увеличивается для создания большего крутящего момента на стороне двигателя постоянного тока, напряжение питания должно увеличиваться, а не уменьшаться.
Насколько увеличится напряжение батареи? Напряжение батареи определяется химией.
Максимальное напряжение всегда в ненагруженном состоянии.
Поскольку двигатель можно рассматривать как индуктор.
Индуктор не индуктор.
Когда двигателю подается команда увеличить скорость, возникает пять пиков падения.
Совершенно нормально.
Модель батареи
имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab
Рисунок 1. Модель батареи и нагрузка.
Стандартный метод прогнозирования падения напряжения батареи заключается в моделировании батареи как идеальной (постоянного напряжения) батареи с внутренним последовательным сопротивлением. Если клеммы аккумулятора разомкнуты, измеренное на них напряжение будет напряжением аккумулятора. После загрузки напряжение на клеммах упадет пропорционально потребляемому току. Если известно внутреннее сопротивление, \$ R_{INT} \$, его можно рассчитать как \$ V_{DROP} = I \cdot R_{INT} \$.
Модель двигателя
смоделируйте эту схему
Для ситуации с прямым питанием от батареи, такой как ваша, двигатель постоянного тока можно смоделировать как резистор, сопротивление которого равно сопротивлению обмотки двигателя, включенного последовательно с источником постоянного тока. Источник напряжения «противо-ЭДС» (электродвижущая сила или напряжение). Мы знаем, что двигатель постоянного тока действует как генератор и что генерируемое напряжение пропорционально скорости. Поэтому обратная ЭДС пропорциональна скорости.
- При включении скорость равна нулю, поэтому противо-ЭДС равна нулю. Ток от батареи будет ограничен сопротивлением батареи и двигателя. \$ I = \frac {V_{B}}{R_B+R_M} \$.
- Как только двигатель начнет вращаться, противо-ЭДС начнет увеличиваться, препятствуя протеканию тока. Теперь ток определяется выражением \$ I = \frac {V_B – V_M}{R_B+R_M} \$, где \$ V_M \$ является противо-ЭДС. (Вы можете видеть, что предыдущее уравнение — это уравнение с \$ V_M \$ = 0.
)
)В результате при нагрузке двигателя скорость падает, противо-ЭДС, \$V_M\$, падает и ток увеличивается.
Индуктивность катушек не играет большой роли в обычном двигателе, так как преобладает сопротивление. Это гораздо более важно в ШИМ-контроллерах и переключателях, где индуктивность генерирует всплески и переходные процессы, с которыми необходимо правильно обращаться, чтобы избежать разрушения полупроводников и контактов, а также электромагнитных помех.
Если вы можете получить или измерить сопротивление и индуктивность вашего двигателя, вам будет полезно определить ожидаемое напряжение на индуктивном элементе, используя \$ V = L \frac{dI}{dt} \$, где \$ \frac {dI}{dt} \$ – скорость изменения тока в А/с.
ток – Уменьшает ли уменьшение напряжения скорость электронов в последовательной цепи?
спросил
Изменено 2 года, 10 месяцев назад
Просмотрено 612 раз
\$\начало группы\$
Допустим, у нас есть батарея 5В и омический проводник, потребляющий энергию, соединенные в последовательную цепь с постоянным сопротивлением.
Когда мы увеличиваем напряжение, количество электронов, протекающих через точку в секунду, также увеличивается. Но когда компонент потребляет энергию и создает разность потенциалов 5В, энергия на единицу заряда уменьшается, следовательно, всегда ли будет изменяться ток в последовательной цепи после компонента? Или дело в том, что изменение скорости слишком незначительно, и мы его игнорируем. Конечно, ток в последовательной цепи везде одинаков, иначе в проводе образовалась бы «пробка» из электронов, что странно. Так я могу знать, почему?
- напряжение
- ток
- серия
- электричество
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
Объяснение Нейла хорошее, но я решил взглянуть на него с другой стороны.
Вы были совершенно правы, говоря, что ток постоянен во всей цепи. Скажем, у нас есть источник 5 В, и мы используем провода для подключения его к резистору.
Я думаю, что вы можете запутаться, думая, что вся энергия, содержащаяся в токе, находится в его движении (кинетическая энергия), тогда как это почти вся потенциальная энергия (вы действительно не замечаете этого, пока не подключитесь к месту с другим потенциалом) ), поэтому есть много ссылок на гравитацию. Вот еще одно изображение задачи:
Вы держите шарики на вершине холма – они имеют потенциальную энергию 5В. Вы позволяете им идти по этому почти идеально гладкому льду с очень небольшим уклоном — это электроны, проходящие через провод — они теряют немного потенциальной энергии. Затем вы доберетесь до резистора — это очень неровный участок травы, но на очень крутом участке холма. Шарики сохраняют свое движение, но это требует потери большого количества их потенциальной энергии при движении по траве. Наконец есть еще один участок небольшого уклона слегка шероховатого льда провода с другой стороны. В целом шарики сохраняли свое движение повсюду, но за счет разной потенциальной энергии в разных местах.
Еще одна заметка о том, как на самом деле действуют электроны в металлах, которая, я думаю, может показаться вам интересной. Без приложенного напряжения электроны летают в обоих направлениях провода – со скоростью около миллиона километров в час – очень быстро, но в обоих направлениях, так что общий ток отсутствует! При подаче напряжения они по-прежнему летают очень быстро в обоих направлениях, но теперь также наблюдается небольшой общий тренд движения (это называется дрейфовой скоростью). И когда я говорю «маленький», я имею в виду всего несколько метров в час — действительно маленький! Именно это массовое движение мы описываем как текущий поток.
Продолжайте задавать подобные вопросы, это хорошая мысль!
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Рассмотрим последовательную цепь как каскад небольших водопадов.
Вода поступает наверх с той же скоростью, что и уходит снизу, скорость потока эквивалентна текущей.
Поместите поперечное сечение в любую точку между ними, и у вас все равно будет тот же объем воды, пересекающий эту плоскость. Можно было бы приравнять среднюю скорость носителей заряда к скорости воды, выше по тонкой трубе, медленнее по широкому проводнику.
Высота воды эквивалентна напряжению. Это потенциальная энергия, которой обладает вода в данный момент, ее способность совершать работу. Общее падение сверху вниз равно сумме отдельных падений на пути вниз. Неважно, будет ли сначала большой перепад, а затем маленький перепад, сумма высот составит общую высоту.
Ответить на вопрос «почему» несколько сложнее, на него можно ответить только в контексте того, что вы считаете очевидным. Мы наблюдаем, что это просто так. Если вы будете гнаться за объяснениями до самого конца, то в конечном итоге придете к квантовой механике, которая ни для кого не очевидна.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Но когда компонент потребляет энергию и создает разность потенциалов 5В, энергия на единицу заряда уменьшается, следовательно, всегда ли будет изменяться ток в последовательной цепи после компонента?
Ток в цепи будет постоянным.
То, что поступает из источника, должно вернуться к источнику.
Или это изменение курса слишком незначительное и мы его игнорируем.
Нет, никакого обмана или мошенничества.
Конечно, ток в последовательной цепи везде одинаков, иначе в проводе образовалась бы «пробка» электронов, что странно. Так я могу знать, почему?
имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab
Возможно, рисунок 1 поможет. Здесь ваш источник питания 5 В питает нагрузку R1 и течет 50 мА. В эквивалентной схеме мы разделили нагрузку на пять равных частей. Падение напряжения на каждой части теперь составляет 1/5 × 5 В = 1 В через 1/5 сопротивления, поэтому ток остается прежним, 50 мА. Вы можете разделить R1 сколько угодно раз, и напряжение на каждом элементе уменьшится пропорционально, но ток останется одинаковым во всей цепи.
Рис. 2. Замкнутая цепь велосипедной цепи.
Источник изображения: Студент технологии.
Вам может помочь представление о потоке заряда как о велосипедной цепи. Цепное колесо педали является источником энергии, а задняя звездочка — нагрузкой. При вращении педалей верхняя часть находится в напряжении, а нижняя провисает, но ни одно звено не расходуется и не пропадает во время езды. Цепь течет по замкнутому контуру и звенья в привод = звенья возвращаются из привода.
\$\конечная группа\$ 93, A — площадь поперечного сечения проволоки, v — дрейфовая скорость электронов, Q — заряд электрона. Чтобы сохранить ток в последовательной цепи одинаковым при падении напряжения на резисторе, одно из значений должно увеличиваться, поскольку скорость дрейфа уменьшается. Я думаю, что это должно привести к тому, что материал будет иметь более высокую электронную плотность, чтобы обеспечить тот же ток. Но тогда электронная плотность постоянна. Исправьте меня, чтобы я мог удалить ответ.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Да, скорость физических электронов уменьшается при падении напряжения, поскольку это вызывает падение тока при неизменном сопротивлении.