GRUPUL COLAR VOIEVODUL MIRCEA

TRGOVITE

FILIERA : TEHNOLOGIC

PROFIL: TEHNIC

SPECIALIZAREA : TEHNICIAN MECATRONIST

ING. OPREA ADRIAN BUCUR FLORIN DANIEL CLASA : a XII a H

ARGUMENT .......................................................................................................................4 I. GENERALITATI (RELEUL REGULATOR); ....................................................................51. Clasificarea releelor regulatoare electronice..................................................................52. Caracteristicile de funcionare ale releelor regulatoare electronice..............................103. Construcia releelor electronice pentru alternatoare......................................................15 4 . ncercrile releelor regulatoare electronice pentru alternatoare....................................19 II. PRI COMPONENTE ( PIESE ELECTRONICE ) : ..................................................... 20 1. Circuite logice SI-NU (NAND).....................................................................................20 2. C. I. MMC 4011 (TEHNOLOGIA MOS) ....................................................................20 3. TRANZISTORUL (BC 107; BD 136; 2N3055); ........................................................22 4. DIODA STABILIZATOARE (1N4001); ................................................................... 23 5. DIODA ZENER (DZ 6V2). ........................................................................................ 23 III. DATE DE CATALOG (BC 107; BD136; 2N3055); ......................................................... 24 1. FUNCTIONAREA SCHEMEI; ....................................................................................24 IV. ANEXE : ............................................................................................................................ 29 V. BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................ 31ARGUMENT Aceasta tema mi-am ales-o deoarece mi s-a prut un subiect interesant de a-mi verifica cunotinele dobndite n de-a cursul a celor patru ani n care am studiat mecatronica. La noile constructii de automobile, ca urmarea cresterii puteri receptoarelor si consumatorilor introdusi, a pornirilor si opririlor dese in circulaia intensa din orase, a rezultat pe de o parte necesitatea incarcarii bateriilor la turatii de mers in gol ale motoarelor, iar pe de alta parte necesita cresterii limitei turatiei maxime a generatoarelor (ca urmare a cresterii raportului de transmisie de la motor la generator), cerinte carora dinamurile nu le mai pot face fata. Din aceste cauze, ele au inceput sa fie inlocuite in scara tot mai larga cu alternatoare. Alternatoarele pentru automobile sunt generatoare sincrone prevazute cu relee redresoare statice, care folosesc de obicei diode de siliciu, si ca urmare nu mai necesita colectoare cu lamele ca in cazul dinamurilor. Ele au rolul de a alimenta cu curent electric consumatorii (receptoarele) si de a incarca bateria de acumulatoare. In general, alternatoarele pt automobile se construiesc cu indusul in stator si inductorul in rotor.

Este construit din tole si care are o infasurare trifazata asemanatoare masinilor sincrone sau asincrone obisnuite. Cele trei faze sunt conectate fie in stea, astfel ca tensiunea la borne este mai mare decat tensiunea fiecarei faze, fie in trunghi cand se obtine o tensiune la borne egala, dar intensitatea curentului mai mare. Tensiunile fiind starnadizate, trecre trebuie sa se faca de la 14Vla 7V ceea ce, insa, maodifica turatiile de mers in gol si cea nominala, cea maxima putand ramane aceeasi . Astfel, un alternator modern, montatin ste, debiteaza 35A la tensiune de 14V, cu turatia de mers in gol de 1 000 rot/min si montat in triunghi debiteaza 50Ala tensiune de 7V, cu turatia de mers in gol de 900 rot/min.

Inductorul poate fi cu excitatie electromagnetica sau cu magnet permanent.

La constructiile cu magneti permanenti (executati di aliaje dure si cansante), datorita absentei infasurarii de excitatie si a inelelor colectoare apar dificultati regate de reglarea tensiunii.

Alternatoare cu excitatie electromagnetica se inpart in alternatoare cu inele colectoaresi fara inele colectoare.

Solutia alternatoarelor cu excitatie electro magnetica fara inele colectoare, cu doua intrefieruri, cu infsurarile inductorului plasate in stator, alaturi de cele ale indusului este neeconomica ; in plus, fluxul magnetic in intrefier nu mai variaza de la maximul negativ la maximul pozitiv, ci numai intre zero si maxim, ceea ce constituie un srios dezavantaj.

Alternatoare cu inele colectoare. De bicei se utilizeaza inele colectoare radiale, dar in anumite cazuri ca de exemplu la alternatoarele tip. 1130 care echipeaza motoarele D-115, pt protejarea colectorului inpotriva patrunderi prafului se utilizeazainele de tipul frontal.

In general, sunt doua inele colectoare si mai rar trei-aceasta, in situatia cand excitatia este functionata, curentul de magnetizare este de intensitate mica si ca urmare uzura si arderea periilor este mica.

In prezent, constructia cea mai raspandita este cea a alternatorului cu excitatie electromagnetica cu doua inele colectoare, avand polii inductorului sub forma de gheare. La acest tip, infasurarea de excitatie se compune dintr-o singura bobina asezata concentric pe miezul rotorului, ceea ce permite o constructie simpla si economica. Datorita polilor in forma de gheare si a suprafetelortrapezoidaleale talpilor acestora, se obtine o forma convenabila a curbelor tensiunikor electromotoare induse de alternator, foarte apropiata de forma sinsoidala.

Astfel de alternatoare sunt construite de firmele Bosch Germania Duciellier, Paris Rhone, Femsa Franta ; Electroprecizie si Sfantul Gheorghe Romania; Lucas Anglia; Motorola S.U.A.

Dezavantajele alternatoarelor consta in numarul relativ mare de diode redresoare (6-9 bucati), care sunt costisoare inca, si in faptul ca pot fi usor scoase din fuctiune in cazul strapungerii prin suprasolicitoare, in situatia conectarii gresite sau a nerespectarii anumitor prescriptii.

Utilizarea alternatoarelor trifazate (mai mici cu 30 40% decat cele monofazate) necesita un numar de sase elemente redresoare.

I. GENERALITATI (RELEUL REGULATOR)

1. Clasificarea releelor regulatoare electronice

Prin relee regulatoare electronice nelegem releele regulatoare care au in componenta lor dispozitive semiconductoare. Releele regulatoare electronice pot fi cu contacte sau fr contacte; in primul caz ele se mai numesc relee semitranzistorizate .

Releele regulatoare difer in funcie de utilizarea lor (pentru sisteme de alimentare cu dinam sau cu alternator), trebuind in general sa satisfac aceleai condiii ca releele regulatoare cu contacte. Fata de acestea ele prezint o serie de avantaje intre care artam : funcionarea corespunztoare la cureni de excitaie mai mari, mrimea duratei de funcionare fr ntreinere, asigurarea unor caracteristici de funcionare mai stabile prin evitarea reglrilor, volum si greutate redusa, posibilitatea standardizrii unor elemente componente.

Trebuie sa menionam totui ca, pentru extinderea utilizrii releelor regulatoare electronice pe autovehicule mai trebuie rezolvate unele probleme cum ar fi : preul relativ ridicat al semiconductoarelor, influenta temperaturii asupra caracteristicilor releului, posibilitatea distrugerii acestuia in cazul unei conectri greite. In prezent innd seama de cele artate, releele regulatoare electronice se utilizeaz mai mult la alternatoare de putere mare pentru autovehicule, unde curentul de excitaie ridicat produce dificulti in cazul utilizrii releelor cu contacte.

a. Releele regulatoare parial electronice pentru dinamuriRelee regulatoare electronice se utilizeaz in mica msur la dinamuri, ntruct ele au aprut abia in ultimul timp intr-o perioada care a corespuns tendinei de nlocuire a dinamurilor cu alternatoare. In general releele regulatoare pentru dinamuri au numai o parte din elemente electronice. Spre exemplu exista relee care cuprind numai elemente regulatoare de tensiune electronice (in locul regulatoarelor de tensiune cu contacte), regulatoare cu variode (in locul limitatoarelor de curent) sau relee cu diode redresoare (in locul conjunctor-disjunctoarelor).

Regulatoarele de tensiune electronice fr contacte. Acestea reprezint el mai mare interes datorita faptului ca ele nu mai sunt legate de dezavantajele contactelor.

In figura 1. este artat schema de principiu a unui regulator electronic, avnd drept componente electronice principale un tranzistor de putere T1, un tranzistor de comanda T2 si o dioda stabilizatoare (Zener) DZ.

Funcionarea releului este urmtoarea : la tensiuni mici ale generatorului, aplicate diodei stabilizatoare prin intermediul rezistentelor R1 si R2, aceasta nu conduce, ceea ce face ca tensiunea de polarizare aplicata pe rezistenta R1 intre emitorul si baza tranzistorului de comanda T2 sa fie mica si ca urmare tranzistorul sa fie blocat. ntruct nu trece curent prin rezistenta R3, tensiunea aplicata intre emitorul si baza tranzistorului de putere T1 este practic egala cu tensiunea la bornele generatorului, ceea ce face ca tranzistorul sa funcioneze la saturaie, permind trecerea curentului prin nfurarea de excitaie.

Figura 1. Schema de principiu a unui regulator electronic.

Cnd tensiunea generatorului creste peste o anumita limita, dioda stabilizatoare strpunge, determinnd creterea tensiunii de polarizare a tranzistorului de comanda si deci intrarea acestuia in conducie. Tensiunea de polarizare a tranzistorului de putere scade, ceea ce duce la blocarea acestuia si la ntreruperea curentului de excitaie. Scznd tensiunea generatorului, dioda stabilizatoare revine in starea iniial, tranzistorul de comanda se blocheaz si tranzistorul de putere permite din nou trecerea curentului de excitaie. Rezulta ca procesul de reglare al tensiunii consta in principiu in ntreruperea periodica a curentului de excitaie al generatorului.

b. Relee regulatoare electronice pentru alternatoareReleele regulatoare electronice pentru alternatoare (figura 2.), ca si releele regulatoare cu contacte cuprind de obicei numai elementele regulatoare de tensiune.

In cele ce urmeaz vom vorbi numai despre releele regulatoare destinate a funciona mpreuna cu alternatoare cu excitaie electromagnetica, avnd punte redresoare trifazata pentru dubla alternanta.

Releele semitranzistorizate cuprind un tranzistor de putere conectat in circuitul excitaiei, care este comandat de releul cu contacte. Contactele sunt plasate in circuitul bazei tranzistorului, iar nfurarea releului este alimentata la borna principala a alternatorului (figura 3.a.).

Figura 2. Releele regulatoare electronice pentru alternatoare

Figura 3. Releele semitranzistorizate.Cnd creste tensiunea la bornele generatorului, electromagnetul releului produce deschiderea contactelor, ceea ce determina ntreruperea circuitului bazei tranzistorului. Tranzistorul se blocheaz si ntrerupe curentul de excitaie producnd scderea tensiunii generatorului pana cnd contactele se deschid din nou. Apoi procesul se repeta. Contactele releului nu ntrerup curentul excitaiei, ci un curent mult mai mic, ceea ce face ca starea acestora sa se conserve mai bine. Ca urmare funcionarea releului este buna si durata de funcionare mai mare.

In practica se obinuiete ca in afara de nfurarea de tensiune wu sa se monteze pe miezul releului si o nfurare de frecventa wf care are rolul sa mbunteasc nchiderea contactelor (figura 3.b.). De asemenea se utilizeaz o dioda de protecie mpotriva supratensiunilor care apar la ntreruperea curentului de excitaie. O astfel de scheme este utilizata la regulatorul tip 2 TR fabricat de firma Lucas Anglia.

Releele regulatoare electronice fr contacte prezint avantajul eliminrii deficientelor legate de prezenta contactelor. Pentru puteri uzuale se utilizeaz scheme cu doua tranzistoare cu germaniu sau cu siliciu.

Figura 4. Relee regulatoare cu doua tranzistoare cu germaniu pentru alternatoare.

Scheme de principiu a releelor regulatoare cu doua tranzistoare cu germaniu pentru alternatoare (figura 4.) se aseamn cu schema regulatoarelor electronice pentru dinamuri. Se observa ca la aceasta scheme dioda Zener DZ a fost conectata poteniometric la divizorul de tensiune format din rezistentele R1 si R2.

Fa de aceasta in practic se folosesc unele variante ca cele prezentate in figura 5.

Utilizarea diodelor de descrcare D (figura 5.), in paralel cu nfurrile de excitaie, este necesara in toate schemele ntruct la ntreruperea curenilor de excitaie pot aprea supratensiuni care pericliteaz semiconductoarele. Diodele sunt conectate astfel, nct la aplicarea tensiunii directe nu conduc, in schimb dup ntreruperea circuitului permit trecerea curentului de excitaie (avnd rolul unei supape).

Compensarea tensiunii fata de variaiile de temperatura este necesara pentru a sigura o buna funcionare a releului. In acest scop se utilizeaz un termistor RCT (figura 5.a.) a crui rezistenta variaz mult cu temperatura. Termistorul se conecteaz in paralel cu una din rezistentele divizorului de tensiune.

Figura 5. Relee regulatoare electronice

Divizorul de tensiune la care se leag dioda stabilizatoare cuprinde mai multe rezistente, dintre care o parte servesc drept poteniometru pentru reglarea fina, iar celelalte pot fi scoase parial din circuit, pentru a putea modifica in trepte tensiunea aplicata diodei stabilizatoare si o data cu aceasta pentru a putea modifica tensiunea reglata a releului (figura 5.c. si d.). de obicei in scheme se prevede intre emitorul si baza tranzistorului de comanda o rezistenta R4 (figura 5.b.), care evita apariia curentului rezidual de colector atunci cand circuitul bazei tranzistorului se ntrerupe.

Pentru a accelera blocarea tranzistorului de putere T1, se obinuiete ca in unele scheme sa se conecteze in circuitul emitorului o dioda de polarizare inversa D1 (figura 5.b.). In timp ce tranzistorul de comanda este blocat, tranzistorul de putere conduce avnd potenialul bazei mai mic dect potenialul emitorului. Cnd tranzistorul de comanda intra in conducie, cderea de tensiune pe dioda D1 produce o polarizare inversa a bazei tranzistorului de putere, ceea ce determina blocarea activa a acestuia. Dioda are si rolul de protecie in cazul aplicrii unei tensiuni inverse.

Menionam ca uneori alimentarea tranzistoarelor se face printr-o rezistenta R5 (figura 5.a.) plasata in emitor, care determina o reacie pozitiva si o compensare a curentului invers al tranzistorului la creterea temperaturii.

In scopul mbuntirii comutaiei tranzistoarelor, avnd in vedere ca trecerile de le starea blocat la declanat si invers trebuie sa se fac cat mai repede, pentru a nu avea pierderi si a nu nclzi inutil tranzistorul se utilizeaz circuite de reacie. Un astfel de circuit se compune dintr-un condensator Cr si o rezistenta Rr conectate in serie, intre colectorul tranzistorului de putere si baza tranzistorului de comanda (figura 5.b. si c.).

Figura 6. Relee regulatoare cu trei tranzistoarePentru a putea regla tensiunea alternatoarelor cu cureni de excitaie mari, chiar in cazul folosirii tranzistoarelor cu amplificare mai mica, se utilizeaz relee regulatoare cu trei tranzistoare (figura 6.). Ca exemplu artam schema utilizata de firma Marelli Italia (figura 6.a) si firma Bosh (figura 6.b.). Se observa ca, tranzistoarele de putere au colectoarele legate in comun la borna excitaiei. Pentru protecia tranzistoarelor se utilizeaz diode de protecie (figura 6.b)

Regulatoare electronice cu limitare de curent. Acestea se utilizeaz in cadrul alternatoarelor de putere mare si sunt prevzute cu transformatoare de curent sau cu unturi pentru acionarea tranzistoarelor de comanda (figura 7.).

Figura 7. Regulatoare electronice cu limitare de curentAvnd in vedere faptul ca funcionarea releelor cu transistoare cu germaniu este limitata la temperaturi relativ sczute, unele firme prefera utilizarea releelor regulatoare cu tranzistoare de siliciu. In figura 8. este artat schema unui releu cu doua tranzistoare cu siliciu.

Figura 8. Releu cu doua tranzistoare cu siliciu.

2. Caracteristicile de funcionare ale releelor regulatoare electronice

a. Caracteristicile semiconductoarelor pentru relee regulatoare

In cele ce urmeaz ne vom referi in special la releele electronice fr contacte pentru reglarea tensiunii alternatoarelor. In componenta acestor relee intra ca elemente semiconductoare : diode redresoare si de protecie, diode stabilizatoare, tranzistoare si termistoare. Caracteristicile diodelor redresoare au fost artate la alternatoare. In cazul releelor in afara de diode de putere medie se folosesc si diode de mica putere.

Diodele stabilizatoare, numite si stabilizatoare sau Zener, sunt diode cu siliciu cu jonciune p-n obinuta printr-o metoda speciala. Ele au proprietatea ca la o anumita valoare a tensiunii inverse, numita tensiune de stabilizare sau tensiune Zener U, sa strpung si sa permit creterea rapida a curentului, in timp ce tensiunea inversa rmne practic constanta, cu o mica variaie datorita modificrii rezistentei materialului diodei. Strpungerea este reversibila atta timp cat curentul nu depete valoarea corespunztoare puterii admise la temperaturile respective.

In figura 9. sunt artate caracteristicile curent-tensiune directe si inverse ale diodelor stabilizatoare. Acestea se aseamn cu cele ale diodelor redresoare pana in punctul corespunztor tensiunii de stabilizare. La tensiuni inverse diodele stabilizatoare prezint o rezistenta mare pana cnd tensiunea de lucru atinge valoarea de strpungere, dup care rezistenta scade brusc permind creterea curentului.

Figura 9. Caracteristicile curent-tensiune directe si inverse ale diodelor stabilizatoare.

Dintre parametrii care intereseaz in funcionarea diodelor stabilizatoare artm : tensiunea si curentul de stabilizare, coeficientul de temperatura al tensiunii stabilizate, rezistenta dinamica in regiunea stabilizrii tensiunii si puterea admisa.

Curentul de stabilizare este curentul corespunztor tensiunii de stabilizare si are in cazul diodelor pentru regulatoare auto valori de aproximativ 5 mA. Coeficientul de temperatura al tensiunii de stabilizare Kz reprezint variaia de tensiune raportata la tensiunea de stabilizare si la variaia de temperatura.

unde : Uz1 si Uz2 - tensiunile de stabilizare la temperaturile ;

Uz - tensiunea de stabilizare la temperatura mediului ambiant de 20 oC.

Coeficientul de temperatura este o mrime practic constanta pentru variaiile ale curentului de stabilizare in limitele admise, valoarea sa fiind cuprinsa intre (512) 10-4/oC. Cu cat este mai mare tensiunea stabilizata cu att este mai mare coeficientul de temperatura.

Rezistenta dinamica este definita prin raportul dintre creterea tensiunii si creterea curentului in regiunea tensiunii stabilizate

Caracteristicile curent tensiune ale diodelor stabilizatoare in regiunea de stabilizare sunt liniare, iar rezistenta dinamica este mica (550 ). Cu cat este mai mare curentul de stabilizare cu att este mai mica rezistenta dinamica. Pentru regulatoarele de tensiune se prefera o rezistenta dinamica cat mai mica (Rst < 24 ).

Diodele stabilizatoare cu siliciu pot avea tensiuni de stabilizare de 31000 V si pot lucra la temperaturi ale mediului ambiant intre 600oC si + 125 oC.

Tranzistoarele. Tranzistorul este un cristal cu o structura cu trei straturi formnd doua jonciuni p-n. El are trei electrozi : emitorul E, baza B si colectorul C (figura 10.).

Jonciunea intre emitor si baza se numete jonciunea emitorului, iar jonciunea intre colector si baza se numete jonciunea colectorului. In funcie de conectarea regiunilor cu diferite conductibiliti, tranzistoarele pot fi de tipul p-n-p (cu germaniu figura 10.a.) sau n-p-n (cu siliciu figura 10.b.). Tranzistorul poate lucra in regim de amplificare ( la semnal de comanda continuu) sau in regim de comutaie (la semnale de comanda cu impulsuri). Comanda tranzistorului se realizeaz pe baza variaiei curentului de baza.

Pentru funcionarea tranzistorului in regim de amplificare, la jonciunea emitorului trebuie sa se aplice tensiunea directa, iar la jonciunea colectorului o tensiune de sens invers, astfel nct pentru tranzistorul p-n-p potenialul colectorului negativ.

Relaia intre cureni si tensiunile din tranzistor se determina in felul urmtor :

Distribuia curenilor in tranzistor se caracterizeaz prin coeficientul de amplificare in curent, numit si factorul sau raportul de transfer h21E sau

la

In funcie de tensiunile pe jonciune, tranzistorul se poate afla in trei situaii : blocat (tranzistorul nchis), activ si saturat (tranzistorul deschis).

Figura 10. Tranzistoarele

Starea de blocare se caracterizeaz prin aceea ca la jonciuni se aplica tensiuni in sens invers, ntruct UBE0. In stare de saturaie, mrimea rezistentei interne a tranzistorului este minima (zecimi de ohmi). Limita dintre starea de blocare si starea activa este reprezentata de regimul de lucru la care UBE = 0 (sau mai exact cnd IE = 0). Limita dintre starea de saturaie si starea activa este reprezentata de regimul la care UCB = 0.

In figura 11. sunt reprezentate caracteristicile de colector ( de ieire )ale unui tranzistor de putere. Ele arata dependenta curentului de colector de tensiunea emitor-colector sub curent de baza constant. Se observa domeniile tranzistorului corespunztoare strii blocat I, strii active II si strii saturat III.

Figura 11. Caracteristicile de colector ( de ieire )ale unui tranzistor de putere.

La variaia semnalului de intrare aplicat jonciunii emitorului de la UBE0 se poate urmri succesiv trecerea tranzistorului dintr-o stare in alta. Deplasarea punctului de funcionare se realizeaz pe linia de sarcina

Cei mai importani parametrii ai tranzistoarelor folosii pentru echipamentul electric al autovehiculelor sunt:

curentul maxim admis al colectorului, ICmax;

coeficientul de amplificare in curent, h21E;

tensiunea maxima admisa intre emitor si colector, UCEmax;

temperatura maxima admisa a jonciunii colectorului sau a corpului tranzistorului;

puterea maxima de disipaie admisa in tranzistor.

Parametrii tranzistorului depind de regimul sau de lucru.

b. Caracteristicile regulatoarelor electroniceIn timpul funcionarii regulatoarelor electronice intereseaz in mod deosebit valoarea parametrilor tranzistorului de putere T1, tranzistorului de comanda T2 si diodei stabilizatoare DZ (figura 12.)

Figura 12.Tranzistorul de putere T1 funcioneaz in schema ca un ntreruptor cu doua limite : blocat si saturat. Valoarea maxima a curentului de colector in stare de funcionare saturat IC1S se determina cunoscnd valoarea tensiunii reglate Ur la 20oC, a rezistentei Re si a tensiunii colector-emitor pentru starea saturat UCE1S, aleasa astfel ca sa nu se depeasc puterea disipata admisa de tranzistor

Cunoscnd coeficientul de amplificare in curent al tranzistorului (h21E)1 se poate deduce valoarea curentului in baza IB1S care produce saturarea tranzistorului

Pentru o anumita valoare a tensiunii de saturaie UCE1S, si un anumit curent in baza IB1S, rezulta din caracteristicile tranzistorului, tensiunea de polarizare necesara UBE1S. acesta valoare trebuie sa fie mai mica dect cea admisa de tranzistor. Se poate determina rezistenta bazei R3 necesara pentru polarizarea in cazul tranzistorului T2 blocat si T1 saturat

Tranzistorul de comanda T2 funcioneaz in schema ca ntreruptor pentru comanda tranzistorului T1, avnd doua stri limita : saturat si blocat. Valoarea maxima a curentului de colector IC2S se determina in mod asemntor cu cazul precedent, admind valoarea tensiunii colector-emitor pentru starea saturat UCE2S

Cu ajutorul coeficientului de amplificare (h21E)2 se poate determina curentul in baza tranzistorului la saturaie IB2S respectiv a curentului care trece prin dioda stabilizatoare

Dioda stabilizatoare DZ este utilizata in schema ca element de comanda a tranzistorului T2 in funcie de tensiunea generatorului. Valoarea maxima a curentului prin dioda pentru momentul saturrii tranzistorului T2 este

unde hzi este factorul de strpungere al curentului care depinde de remul de lucru al generatorului (are valoarea cuprinsa intre 1,55).

Tensiunea de stabilizare Uz se alege mai mica dect tensiunea de reglare a generatorului (de ex. Uz = 810V pentru Ur + 15 V). pentru a calcula rezistenta divizorului de tensiune (R1=R2) la 20oC se pune condiia ca prin divizor sa treac un curent cel puin egal cu 10Iz

Se pot determina valorile rezistentelor din ramurile divizorului cu relatia

3. Construcia releelor electronice pentru alternatoare

Releele regulatoare de tensiune electronice pentru alternatoare au in general urmtoarele componente principale (figura 13.) : carcasa 1, piesele circuitului electronic montate pe o placa cu circuitul imprimat 2, bornele 3 si capacul 4.

Circuitul electronic cuprinde tranzistoarele de putere si comanda, dioda stabilizatoare, dioda de descrcare, termistorul pentru compensare, rezistoare si condensatoarele de reacie. In cele ce urmeaz s artam datele acestor piese corespunztoare unor relee regulatoare de 14 V.

Tranzistoarele de putere se aleg in funcie de valoarea maxima a curentului de excitaie. Se folosesc de obicei tranzistoare de joasa frecventa cu germaniu avnd puterea disipata 30...45W, curentul de colector 36 A, factorul de amplificare 20150, tensiune maxima colector-baza 3080V, temperatura maxima a jonciunii 85100oC si rezistenta termica jonciune-carcasa 2oC/W. Tranzistoarele cu siliciu admit puteri mari si temperaturi mai ridicate, spre exemplu temperatura maxima a jonciunii 125200 oC.

Tranzistoarele de putere, in special cele cu germaniu, trebuie fixate pe un radiator cu suprafaa de rcire cat mai mare. Pentru aceasta se folosete nsi carcasa releului fata de care transistoarele se izoleaz cu o foita de mica foarte subire (0.25 mm) unsa cu unsoare siliconic.

Tranzistoarele de comanda se dimensioneaz in funcie de tranzistoarele de putere pe care le comanda. Se folosesc de obicei tranzistoare cu germaniu de putere mica sau medie de 20050mV, curentul de colector 150500mA, factorul de amplificare 20150 si tensiunea maxima colector-baza 24V. Temperatura maxima a jonciune egala cu temperatura maxima de stocare este de +100 oC.

Tranzistoarele de comanda se fixeaz pe placa cu circuite integrate direct sau prin intermediul unui mic radiator.

Diodele stabilizatoare (Zener) folosite pentru relee regulat care sunt diode cu siliciu avnd tensiunea de stabilizare 7,510V, curentul direct 200mA, curentul invers 20mA, temperatura maxima 120 oC, coeficientul de temperatura al tensiunii de stabilizare < 7.10-4/ oC.

Figura 13. Releele regulatoare de tensiune electronice pentru alternatoare

componente principale

Diodele stabilizatoare se fixeaz pe placa cu circuite integrate imprimate.

In paralel cu nfurrile de excitaie ale alternatoarelor se conecteaz in releul regulator dioda de descrcare, care trebuie sa suporte in sens direct valoarea maxima a curentului de excitaie. Se pot folosi in acest scop diode redresoare pentru alternatoare.

Termistoarele utilizate pentru compensarea variaiilor de temperatura sunt de obicei construite dintr-un suport de ceramica semiconductoare in forma de disc cu diametrul de 7 mm, avnd suprafeele argintate. Pe aceste suprafee sunt sudate conexiunile, dup care termistoarele se acoper pentru protecie cu lac termodur.

Rezistentele utilizate in schemele regulatoarelor sunt in general rezistente fixe construite dintr-un suport ceramic pe care se depune prin piroliza o pelicula de carbon cristalin. Valorile exacte msurate in curent continuu se obin prin spiralizarea si ajustarea metalica a peliculei. Terminalele din cupru argintat (pentru rezistentele de 0.2) sau din cupru cositorit (pentru celelalte rezistente) sunt sudate axial la extremitile metalizate in prealabil ale corpului rezistentei. Apoi rezistentele sunt acoperite cu lac rezistent la agenii in cod de culori.

Pentru mrirea puterii se utilizeaz fie rezistente conectate in paralel, fie rezistente bobinate. Rezistentele se fixeaz pe placa cu circuite imprimate cu excepia rezistentelor de putere (exemplu de la baza tranzistorului de putere), care trebuie sa fie amplasate in apropierea carcasei pentru a le asigura o mai buna rcire.

In construcia releelor regulatoare electronice se utilizeaz de obicei placi cu circuite imprimate (cablaje imprimate). Acestea sunt semifabricate in care conductoarele sunt realizate sub forma de benzi conductoare lipite pe un suport izolat.

Carcasa regulatorului servete pentru fixarea pieselor componente si constituie in acelai timp un radiator de rcire. Ea se executa de obicei din aliaj de aluminiu cu grosimea pereilor de minim 2 mm. Subansamblul placa de borne este asemntor cu cel al releelor cu contacte.

Deosebit de importanta este compoundarea pieselor electronice pentru a evita att corodarea la umiditate cat si desprinderea lor la vibraii. Capacul se executa din tabla sau aliaj turnat de aluminiu.

In continuare sunt prezentate cteva relee regulatoare electronice pentru alternatoare.

Primele relee executate experimental pentru autovehicule cu alternatoare cuprind doua tranzistoare cu germaniu. Pentru obinerea uni gabarit cat mai redus carcasa releului a fost compartimentata (figura 14.). In unul din compartimente sunt amplasate prin fixarea demontabila tranzistoarele, dioda de descrcare si rezistenta de polarizare. In al doilea compartiment sunt amplasate celelalte elemente care se compoundeaz.

O varianta perfecionata a acestor relee regulatoare (figura 15.). cuprinde pentru mbuntirea funcionarii o rezistenta in emitorul tranzistoarelor si un circuit de reacie intre cele doua tranzistoare.

Releele cuprind doua tranzistoare cu germaniu, iar circuitul de reacie dintre tranzistoare este constituit dintr-o singura rezistenta. Aceste relee regulatoare funcioneaz mpreuna cu relee de protecie care evita eventualele deteriorri la inversarea legturilor si descrcarea bateriei. Figura 14. Carcasa releului compartimentata

Figura 15. Relee regulatoare cu o rezistenta in emitorul tranzistoarelor si un circuit de reacie intre cele doua tranzistoare.

Caracteristicile principale ale releelor regulatoare electronice pentru alternatoareCaracteristicileTipul produsului

Model

UEPSRT15 ICMAED 28V

BOSH440 Y2 CAV

MOTOROLA4TR

LUCAS

Tensiunea de lucru V

Curentul nominal A

Curentul de excitaie maxim A14

30

3

14

-

3

28

60

3

13.5

37

-

14.40.15

30

-

14

45

-

Tensiunea reglata la variaia curentului, V

Domeniul de variaie al curentului, A

Turaia pentru verifi-carea tens. reglate, rot/min13,814,4

530

5000141.5

10

250027.328

550

20013.6513.75

730

250014.4-0.45

+0.15

230

500014..14.5

5..45

5000

Derivaia tensiunii la variaia turaiei, V

Curentul pentru verifi-carea tensiunii, A

Domeniul de variatie al turatiei, rot/min0.4

5

85011000.3

10

1500..60000.3

10

100030000.1

6

1600..35000.05

2..30

3000125000.6

10

20005000

Derivaia tensiunii la creterea temperaturii, V/10oC

Domeniul de variai-e al temperaturii, oC

Curentul pentru ve-rificarea tensiunii,A

Turaia pentru verifica- rea tensiunii rot/min0.150.05

-30+60

5

4000-0.050.5

-

-

-0.180.03

-30+60

2 si 30

5000-

4. ncercrile releelor regulatoare electronice pentru alternatoare

ncercrile releelor regulatoare electronice se aseamn cu ncercrile releelor cu contacte.

Verificarea tensiunilor reglate se face la diferite valori ale curentului de sarcina, la diferite turaii si la diferite tensiuni. De obicei se prescrie valoarea tensiunii reglate pentru turaia si sarcina nominala. De asemenea se prevd abaterile admise ale tensiunii reglate atunci cnd sarcina variaz pana la curentul maxim, cnd turaia variaz in ntregul domeniu de turaii si cnd temperatura variaz intre limitele admise. Limita maxima a temperaturii de funcionare este de +60oC pentru releele avnd tranzistoare cu germaniu si +80 oC pentru tranzistoarele cu siliciu.

In afara de verificarea caracteristicilor de reglaj se mai efectueaz ncercri de tip privind rezistenta de izolaie (130M nainte de punerea la masa), tipul de protecie si rezistenta la vibraii si scurturi.

ncercarea de durata de banc cuprinde de obicei 10005000h de funcionare la sarcina si turaia nominala. Alteori se prescrie ncercarea dup un program cu cicluri, spre exemplu : 22h mers si 20h pauza in apropierea turaiei si sarcinii maxime. Dup ncercarea de durata se admite o abatere la tensiunea reglata de 13 %.

Exploatarea releelor regulatoare electronice. In exploatare, releele regulatoare electronice nu necesita ntreineri sau revizii. La unele tipuri de relee exista posibilitatea modificrii valorii tensiunii reglate la valoarea dorita prin modificarea rezistentelor divizorului de tensiune.

O atenie deosebita trebuie data conectrii corecte a releului regulator. Inversarea polaritii bornelor sau alte legturi greite determina defectarea releului.

II. PRI COMPONENTE ( PIESE ELECTRONICE )

1. Circuite logice SI-NU (NAND)

Poarta SI-NU realizeaz operaia SI urmata de operaia NU. Aceasta se indica printr-un cercule plasat la ieirea porii. Ieirea are valoarea logica 0 daca si numai daca toate intrrile au valoarea logica 1. Simbolul si expresia logica asociate porii SI-NU cu doua intrri sunt reprezentate in figura 1.

O proprietate foarte importanta a acestui circuit logic este aceea ca orice funcie poate fi sintetizata cu circuite SI-NU.

Figura 1. Circuitul SI-NU

Figura 2. Schema cu contacte a circuitului SI-NU

Pentru a nelege funcionarea unui circuit SI-NU trebuie examinata schema cu contacte din figura 2.a. Contactele A si B pot fi considerate intrrile unui circuit SI-NU.

Presupunem valoarea logica 1 atunci cnd becul se aprinde si 0 cnd becul este stins. Conform definiiei becul este stins (0) daca si numai daca ambele contacte sunt nchise (figura 2.b.)

2. C. I. MMC 4011 (TEHNOLOGIA MOS)

Daca circuitele integrate TTL au avantajul unei viteze mari de lucru, circuitele MOS au avantajul consumului redus si densitii mari de componente pe mm2 .

Tehnologic, aceste circuite logice au in componenta lor tranzistoare cu efect de cmp cu poarta izolata de tip MOS. Aceasta tehnologie exceleaz in aplicaii ca : memorie de mare capacitate, microprocesoare etc.

Cele mai importante avantaje ale tehnologiei MOS sunt :

precizie ridicata a parametrilor tranzistoarelor;

consum redus de energie;

tehnologie simpla in comparaie cu cea TTL;

circuitele logice conin numai tranzistoare MOS si in acest mod sunt mai simple.

Figura 3. Poarta logica multifuncionala ROM 01,

Poarta logica multifuncionala

In prezent se fabrica un circuit integrat monolitic, realizat in tehnologie PMOS standard, cu poarta de aluminiu.

Circuitul poate fi folosit pentru familiarizarea cu aceste tipuri de circuite cat si ca poarta elementara in simularea unor circuite integrate complexe. In figura 3.a. se da schema interna a circuitului, iar in figura 3.b. conectarea la picioruele capsulei. Pentru a arata modul de utilizare a circuitului se dau doua exemple de conectare in vederea obinerii a 2 circuite logice, si anume : SI-NU (figura 4.) si SAU-NU .

Figura 4. Circuit SI-NU cu ROM 01.

Manipularea sau pstrarea circuitelor MOS se efectueaz cu picioruele unite printr-un fir conductor roluit sau nfipte intr-o foita de staniol. In acest mod se nltura pericolul distrugerii jonciunilor tranzistoarelor MOS prin acumulare de sarcini electrostatice.

Tensiunea tipica pentru VDD este de -14V, iar pentru VCC de -28V.

3. TRANZISTORUL (BC 107; BD 136; 2N3055)

Definiie

Tranzistorul sau trioda cu cristal, cu s-a numit la nceput, este un dispozitiv cu trei zone semiconductoare, in linii mari fiind ca o asociere de doua diode. Zonele semiconductoare pot fii P (pozitive), N (negative). Aceasta echivalenta fictiva este prezentata in figura 1. in realitate, schema echivalenta din dreapta figurii nu este utila dect la verificarea sumara cu ajutorul ohmmetrului a strii tranzistorului. Tranzistorul prezint trei contacte (terminale) numite : emitor (E), baza (B), colector (C).

Modul de funcionare. Curentul din circuitul format de colector si emitor depinde de curentul injectat in baza, dar variaia curentului de colector este mult mai mare dect cea a curentului din baza (tranzistorul amplifica).

Avantaje: dimensiuni reduse, alimentare economica, utilizri in diverse scopuri.

Tipuri de tranzistoare

Tranzistorul de tip PNP (figura 1.a.)este format dintr-un cristal de germaniu sau alt semiconductor dopat astfel cu impuriti nct se obin trei regiuni distincte : regiunea centrala de tip N numita baza, foarte ngusta (0.01 mm) si, doua regiuni laterale de tip P numite emitor si colector, de o lime mai mare, fiind dopate cu impuriti ceea ce ii confer o rezistenta mica.

Tranzistorul de tip NPN (figura 1.b.) se comporta identic cu tipul PNP, cu observaia ca sursele de polarizare se conecteaz pe electrozi cu polariti inversate, iar transferul de la emitor la colector nu mai este asigurat de goluri, ci de electroni, ca purttori majoritari de sarcini.

Purttorii minoritari formai din goluri produc un curent mult mai mic, care va fi neglijat. Aceste goluri aflate in mijlocul bazei, vor trece spre emitor, recombinndu-se cu electronii.

Amplificarea tranzistorului apare pentru ca un curent de emitor IE este transferat cu foarte mici pierderi dintr-un circuit cu o rezistenta mica intr-un circuit cu o rezistenta mare. De aici deriva si numele de tranzistor (TRANsfer reZISTOR).

In regim de funcionare activ normal, in jonciunea BE care este polarizata direct, iar jonciunea BC, invers, factorul static de amplificare in curent ( = Io/IE, iar in tensiune ( = Ries/Rintr..

Factorul ( , un parametru al tranzistorului, reprezint o amplificare in curent, definita ca raportul intre variaia curentului de colector si variaia curentului de baza (cu tensiunea de colector constanta ) conectnd un tranzistor PNP cu emitorul comun (EC). O variaie mica a curentului de baza provoac o variaie mare a curentului de colector. Aceasta este valabil si tranzistorul de tip NPN.

Moduri de conectare. Exista trei moduri fundamentale de contare ale tranzistorului in circuit, aa cu se prezint in figura 2. : emitor comun, baza comuna si colector comun. Cel mai folosit in practica este circuitul cu emitor comun, deoarece ofer un ctig de tensiune si amplificare de putere ridicata.

4. DIODA SEMICONDUCTOARE (1N4001)

Cele mai des folosite diode semiconductoare sunt diode le redresoare .

Ele funcioneaz datorita proprietii de a se comporta diferit la tensiuni de polarizare directe i tensiuni de polarizare inverse.Astfel la tensiuni de polarizare directe rezistena direct este foarte mic iar la polarizarea invers rezistena invers este foarte mare.Datorit acestei proprieti ca la aplicarea unei tensiuni alternative ele funcioneaz pe alternana pozitiv conducnd un curent mare (de ordinul mA sau A). Pe alternana negativ se vor bloca lsnd s treac cureni foarte mici de ordinul mA sau (A care pot fi neglijai.Acest proces de transformare a unui semnal alternativ ntr-un semnal continuu poarta numele de REDRESARE .

Aceste diode sunt folosite la construcia redresoarelor care lucreaz cu semnale mari i frecvene mici (50Hz ) .Se pot realiza att din germaniu ct i din siliciu - cele cu siliciu au urmtoarele avantaje fa de cele cu germaniu:

-Curentul invers este mult mai mic.

-Tensiunea de strpungere este mult mai mare

- Temperatura maxim de lucru de 190 grade fa de 90 grade la germaniu

Dezavantaj - se consider tensiunea de deschidere puin mai mare.

Performanele unei diode redresoare sunt caracteristice prin 2 mrimi limit care nu trebuie depite n timpul funcionrii :

Intensitatea maxim a curentului direct

Tensiunea invers maxim.

5. DIODA ZENER (DZ 6V2)

Este o diod stabilizatoare de tensiune. Funcionarea ei se bazeaz pe proprietatea jonciunii p-n de a avea in regiunea de strpungere o tensiune la borne constant ntr-o gam larg de variaie a curentului invers. Dioda funcioneaz intr-un regim de strpungere controlat n care att curentul ct i puterea disipat sunt meninute la valori pe care dioda le poate suporta n regim permanent fr s se distrug.

Dioda zener este construit din siliciu cnd este polarizat direct (+ pe anod i pe catod) funcioneaz ca o diod cu jonciune.cnd este polarizat invers (- pe anod i + pe catod) funcioneaz n regim de strpungere.

Funcionarea diodei zener este caracteristic urmtoarelor mrimi:1 Tensiunea de stabilizare ( este tensiunea la care apare regimul de strpungere; poate avea valori ntre 4-200 V)

2 Rezistena dinamic (este rezistena intern a diodei n regiunea de strpungere) Rd = (U/(I

Cu ct rezistena dinamic este mai mic cu att tensiunea diodei este mai mic.

3 Curentul invers maxim (este valoare maxim a curentului pe care o poate suporta dioda fr s se deterioreze)

4 Putere maxim disipat (este produsul dintre tensiunea de strpungere i curentul invers maxim; are valori cuprinse ntre 0,2-50 W)

5 Coeficientul de temperatur a tensiunii de stabilizare care reprezint variaia tensiunii de stabilizare pentru o variaie a temperaturii de 1oC Sz = (U/(T Uz

Acest coeficient este negativ pentru tensiunea la bornele diodei adic Uz mai mic de 6V i pozitiv pentru tensiuni mai mari de 6V.

III. DATE DE CATALOG (BC 107; BD136; 2N3055;)

LISTA SIMBOLURILOR UTILIZATE :

VCEO TENSIUNEA MAXIMA COLECTOR-EMITOR CU BAZA IN GOL

VEBO TENSIUNEA MAXIMA EMITOR-BAZA CU COLECTORUL IN GOL

IC CURENT DE COLECTOR

Ptot PUTERE TOTALA

Tj TEMPERATURA JONCTIUNII

ICBO CURENT REZIDUAL COLECTOR-BAZA

H21E VALOARE STATICA A AMPLIFICARII DE CURENT

VRRM - TENSIUNE INVERSA REPETITIVA MAXIMA

ITO CURENT CONTINUU DIRECT

ITRM CURENT DE VARF REPETITIV IN CONDUCTIE

ITSM CURENT DE SUPRASARCINA ACCIDENTAL IN CONDUCTIE

VGT- TENSIUNEA DE POARTA DE AMORSARE

IGT CURENT DE POARTA DE AMORTIZARE

ton TIMP DE INTRARE IN CONDUCTIE PRIN CONTROL DE POARTA

VRM TENSIUNE INVERSA MAXIMA

IFAV- CURENT MEDIU IN SENS DIRECT

VF- TENSIUNE IN DIRECT

IF CURENT DIRECT

trr TIMP DE REVENIRE INVERSA

Tamb- TEMPERATURA MEDIULUI AMBIANT

IO CURENT MEDIU REDRESAT

VRRM - TENSIUNE INVERSA REPETITIVA MAXIMA

VR TENSIUNE INVERSA

IFRM CURENT DIRECT MAXIM REPETITIV

IFSM CURENT MAXIM DIRECT ACCIDENTAL DE SUPRASARCINA

IR CURENT INVERS

BC 107

TIPValori limite absolute

VCEO

[V]VEBO

[V]IC

[mA]Ptot

[mW]Tj

[oC]

NPN

BC 107

BC 108

BC 109

BC 170

BC 171

BC 172

BC 173

BC 17445

20

20

20

45

25

25

646

5

5

5

6

5

5

5100

100

100

100

100

100

100

100300

300

300

300

300

300

300

300150

150

150

150

150

150

150

150

PNP

BC 177

BC 178

BC 17945

25

205

5

5100

100

100300

300

300175

175

175

TIPCaracteristici electrice (Tamb = 25 oC)

VCEsat/ICfT IC=10mAF/fh21E IC/VCE

[V][mA][MHz][dB][KHz][mA]

NPN

BC 107

BC 108

BC 109

BC 170

BC 171

BC 172

BC 173

BC 1740.6

0.6

0.6

0.4

0.6

0.6

0.6

0.6100

100

100

30

100

100

100

100300

300

300

100

300

300

300

30010

10

4

10

10

10

4

101

1

0.03-15

1

1

1

0.03-15

1125-500

125-900

240-900

35-800

125-900

125-900

125-900

240-9002

2

2

1

2

2

2

2

PNP

BC 177

BC 178

BC 1790.95

0.95

0.95100

100

100200

200

20010

10

41

1

0.03-1575-260

75-260

125-5002

2

2

CAPSULA

BD136

Tranzistoare cu siliciu de joasa frecventa,

medie putere ( BD135 )

TIPValori limite absolute

VCEO

[V]VEBO

[V]IC

[A]Ptot

[W]Tj

[oC]

BD 135

BD137

BD13945

60

805

5

51

1

16.5

6.5

6.5150

150

150

PNP

BD136

BD138

BD140-45

-60

-80-5

-5

-5-1

-1

-16.5

6.5

6.5150

150

150

TIPCaracteristici electrice (Tamb = 25 oC)

VCEsat/ICfT/ICICBO/VCEH21E/IC

[V][mA][MHz][mA][nA][V][mA]

BD 135

BD137

BD1390.6

0.6

0.6500

500

50050

50

5050

50

50100

100

10030

30

3040-250

40-160

40-160150

150

150

PNP

BD136

BD138

BD140-0.6

-0.6

-0.6500

500

50050

50

50-50

-50

-50100

100

100-30

-30

-3040-250

40-160

40-160-150

-150

-150

CAPSULA

2N3055

Tranzistoare cu siliciu de joasa frecventa, de putere (2N3055)

Curentul de baza 7A

Puterea totala disipata 117W

Temperatura jonciunii 200oC

Temperatura de stocare -65+200oC

Rezistenta termica jonciune-capsula 1.5 oC/W

CARACTERISTICI STATICE

Ctigul static in curent TA = 25 oC

VCE = 4V. IC = 4A h21E = 2070 VCE = 4V, IC =10A h21E > 5

Tensiunea de meninere colector-emitor VCEOsus > 60V

IC = 200mA

Tensiunea de saturaie colector-emitor VCEsat < 1.1V

IC = 4A, IB = 0.4A

Tensiunea emitor baza VBE < 1,8V

VCE = 4A, IB = 0.4A

Curentul rezidual de colector

VBE = 100V, -VBE = 0.5V, ICEX