Регулятор напряжения: описание, принцип работы, назначение. Регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Введение

Цель – изучение конструкции и диагностических параметров регуляторов напряжения.

1. Рассмотреть конструкции регуляторов напряжения.

2. Изучить порядок подключения генератора и регулятора напряжения к установке.

3. Снять диагностические параметры регулятора напряжения согласно порядку выполнения лабораторной работы.

4. Дать оценку полученным результатам.

5. Составить отчет о проделанной работе.

Теория

Принцип работы регулятора напряжения

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы - при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции - защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузок, автоматически включать в бортовую сеть силовую цепь генераторной установки или обмотку возбуждения.

По своей конструкции регуляторы делятся на бесконтактные транзисторные, контактно-транзисторные и вибрационные (реле-регуляторы). Разновидностью бесконтактных транзисторных регуляторов являются интегральные регуляторы, выполняемые по специальной гибридной технологии, или монолитные - на монокристалле кремния. Несмотря на столь разнообразное конструктивное исполнение, все регуляторы работают по единому принципу.

Напряжение генератора зависит от трех факторов - частоты вращения его ротора, силы тока нагрузки и величины магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, который зависит от силы тока в этой обмотке. Любой регулятор напряжения содержит:

· чувствительный элемент, воспринимающий напряжение генератора (обычно это делитель напряжения на входе регулятора),

· элемент сравнения, в котором напряжение генератора сравнивается с эталонной величиной,

· регулирующий орган, изменяющий силу тока в обмотке возбуждения, если напряжение генератора отличается от эталонной величины.

В реальных регуляторах эталонной величиной может быть не обязательно электрическое напряжение, но и любая физическая величина, достаточно стабильно сохраняющая свое значение, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах.

В транзисторных регуляторах эталонной величиной является напряжение стабилизации стабилитрона, к которому напряжение генератора подводится через делитель напряжения. Управление током в обмотке возбуждения осуществляется электронным или электромагнитным реле.

Частота вращения ротора и нагрузка генератора изменяются в соответствии с режимом работы автомобиля, а регулятор напряжения любого типа компенсирует влияние этого изменения на напряжение генератора воздействием на ток в обмотке возбуждения. При этом вибрационный или контактно-транзисторный регулятор включает в цепь и выключает из цепи обмотки возбуждения последовательно резистор (в двухступенчатых вибрационных регуляторах при работе на второй ступени «закорачивает» эту обмотку на массу), а бесконтактный транзисторный регулятор напряжения периодически подключает и отключает обмотку возбуждения от цепи питания.

В обоих вариантах изменение тока возбуждения достигается за счет перераспределения времени нахождения переключающего элемента регулятора во включенном и выключенном состояниях.

Если сила тока возбуждения должна быть, например, для стабилизации напряжения, увеличена, то в вибрационном и контактно-транзисторном регуляторах время включения резистора уменьшается по сравнению со временем его отключения, а в транзисторном регуляторе время включения обмотки возбуждения в цепь питания увеличивается по отношению к времени ее отключения.

На Рис. 2.1 показано влияние работы регулятора на силу тока в обмотке возбуждения для двух частот вращения ротора генератора n1 и n2, причем частота вращения n2 больше, чем n1.

При большей частоте вращения относительное время включения обмотки возбуждения в цепь питания транзисторным регулятором напряжения уменьшается, среднее значение силы тока возбуждения уменьшается, чем и достигается стабилизация напряжения.

Рис. 2.1. Изменение тока в обмотке возбуждения

при различной частоте вращения ротора n(n2>n1)

tвкл и tвыкл – время нахождения реле соответственно во включенном и выключенном состояниях.

С ростом нагрузки напряжение уменьшается, относительное время включения обмотки увеличивается, среднее значение силы тока возрастает таким образом, что напряжение генераторной установки остается практически неизменным.

На Рис. 2.2 представлены типичные регулировочные характеристики генераторной установки, показывающие, как изменяется сила тока в обмотке возбуждения при неизменном напряжении и изменении частоты вращения или силы тока нагрузки. Нижний предел частоты переключения регулятора составляет 25-30 Гц.

Рис. 2.2. Зависимость напряжения генератора и силы тока в обмотке возбуждения от частоты вращения (а) и силы тока в нагрузке (в)

Выход из строя реле-регулятора – наиболее частая причина неисправности автомобильных генераторов. Именно поэтому с проверки регулятора обычно начинают контроль работоспособности узлов генератора.

В большинстве случаев это можно сделать самостоятельно даже без его снятия.

Принцип работы регулятора напряжения генератора

Генератор – один из наиболее консервативных узлов автомобилей. Разработанная в середине 60-х годов схема осталась практически неизменной вплоть до наших дней за исключением элементной базы.

Схема

В общем виде схему автомобильного генератора можно изобразить так:

Она содержит следующие основные узлы:

• выпрямительный мост 5 и 6;
• выпрямительный мост питания реле-регулятора 7;
• щетки обмотки возбуждения 10;
• обмотка возбуждения (якорь) 9;
• обмотка статора 8;
• индикаторная лампа 4;
• аккумуляторная батарея 3;
• контактная группа замка зажигания 1;
• конденсатор 2 (может отсутствовать).

Общий принцип работы генераторов переменного тока придумал гениальный Тесла. Постоянный ток через обмотку возбуждения индуцирует магнитное поле. Во время вращения катушки возбуждения (якоря) внутри обмотки статора в последних генерируется переменное напряжение.

Это напряжение преобразуется в постоянное выпрямителем, выполненным на диодном мосте 5 и 6. Выпрямленное напряжение .

Чем выше ток в обмотке возбуждения, тем будет выше напряжение генератора.

Какую функцию выполняет реле-регулятор? По существу, он является усилителем с обратной связью. То есть, как только повышается напряжение, его схема уменьшает ток через обмотку возбуждения.

Соответственно, напряжение генератора уменьшается. Тогда он повышает ток обмотки, напряжение генератора увеличивается. И так до бесконечности. В конечном счете, напряжение генератора стабилизируется на определенном уровне. Весь этот процесс стабилизации длится доли секунды.

Виды

Реле-регуляторы классифицируют по элементной базе исполнения :

• релейные;
• транзисторно-релейные;
• транзисторные (в автомобилях до 90-х годов);
• интегральные (в современных автомобилях);
• микропроцессорные с программным управлением (Audi, BMW).

По конструктивному исполнению :

• внешние, закрепляемые на элементах кузова;
• встроенные;
• встроенные, совмещенные со щетками.

В современных автомобилях чаще всего используют устройства, совмещенные со щетками. В этом есть свой недостаток: когда изнашиваются щетки, приходится менять и реле-регулятор. И наоборот, отказ реле-регулятора может привести к замене здоровых щеток.

Некоторые специалисты меняют только щетки, расположенные совместно с реле-регулятором. Это не лучший вариант из соображений надежности, тем более стоимость реле-регуляторов распространенных автомобилей не так велика и может быть даже ниже стоимости замены щеток.

Возможные причины неисправности

В качестве основных причин неисправностей реле-регуляторов напряжения генераторов рассматриваются:

• межвитковое замыкание обмотки возбуждения. Наиболее опасная причина неисправности. После замены реле-регулятора генератор определенное время работает без проблем. Но регулятор работает при повышенных токах и через пару месяцев вновь перегорает. В этом случае необходимо снимать генератор и везти его на тестирование;
• выход из строя выпрямительного моста (пробой диодов). Менее опасен, тем более данная неисправность вызывает перегрев генератора, и диоды меняются в первую очередь;
• переполюсовка или перепутывание полюсов аккумулятора. В этом случае выходят из строя и выпрямительные диоды;
• разрушение щеток;
• короткое замыкание на управляющем выводе реле-регулятора;
• естественный износ.

Последствия неисправного реле-регулятора могут быть существенны:

• повышенное напряжение генератора может привести к выходу из строя электронных блоков автомобиля, поэтому нельзя при заведенном двигателе;
• внутреннее замыкание реле-регулятора приводит к перегреву обмотки возбуждения и, в конечном счете, более дорогостоящему ремонту;
• разрушение щеток реле-регулятора может вызвать окончательную поломку генератора, его заклиниванию, обрыву ремня и более серьезным последствиям.

Основные признаки неисправности

Самый первый признак неисправности — отсутствие свечения контрольной лампочки (индикатора) на приборной панели при включении зажигания.

В возрастных машинах, где схема заряда аккумулятора аналогична, показанной на первом рисунке, автолюбителям еще рано паниковать. Возможно, это просто перегорела лампочка или нарушился контакт, и эти случаи довольно часты. Автовладельцы снимают генератор, везут на тестирование, а зря.

Второй признак – индикатор «аккумулятор» не гаснет после запуска двигателя. Это уже свидетельствует о нарушении процесса заряда и возможной неисправности генератора.

Еще один признак неисправности – яркость ближнего-дальнего света зависит от оборотов двигателя. Кстати, такую проверку рекомендуется производить регулярно. Для этого необходимо в темное время суток остановиться в неоживленном месте напротив какого-нибудь здания и на нейтралке погазовать, включив дальний свет. Изменение яркости свидетельствует о возможных проблемах с системой заряда.

Запах горелой обмотки в салоне также признак неисправности генератора, но его можно не почувствовать.

Как самостоятельно проверить реле-регулятор генератора мультиметром или лампой

В случае подозрения на неисправность системы заряда аккумулятора проверку следует начинать с контроля напряжения на АКБ при заведенном двигателе. Оно должно быть в пределах 13,3 – 14,5 Вольт. Напряжение более 15 Вольт – верный признак неисправности реле-регулятора.

Видео — как проверить реле-регулятор без регулируемого источника питания:

Иногда есть еще один для управления тахометром. Следует прозвонить управляющий провод на массу. Сопротивление ниже 10 Ом также будет свидетельствовать о неисправности реле-регулятора.

Следующие проверки следует производить на снятом с генератора реле-регуляторе. В большинстве случаев это можно и следует делать, не демонтируя генератор. Реле-регулятор обычно крепится на генераторе двумя-тремя болтиками или винтами.

После этого необходимо собрать простенькую схему.

или другой ее вариант

В качестве лампочки можно взять обычную салонную лампу. Ее свечение будет свидетельствовать об исправности реле-регулятора. На снятом реле также следует проверить состояние щеток.

В интернете можно найти схемы проверки практически для любого вида реле-регуляторов напряжения генераторов.

В том случае, если результаты проверки оказались отрицательными, следует менять регулятор. Обычно его стоимость не превышает 2000 рублей для распространенных марок.

При малейшем подозрении на неисправность системы заряда аккумулятора (изменении яркости свечения ламп, моргании индикаторной лампы, трудности запуска двигателя, перегреве устройства и других) следует немедленно проверить работоспособность генератора, особенно в холодное время года.

Для того, чтобы генератор прослужил дольше, соблюдайте следующие простые правила:

• не допускайте чрезмерного загрязнения генератора (он имеет технологические отверстия для проветривания, туда может попадать грязь), производите очистку его поверхности;
• периодически производите проверку натяжения ремня;
• следите за состоянием обмоток статора, это можно сделать через технологические отверстия, они должны быть не потемневшими;
• плохой контакт управляющего провода может привести к выходу из строя реле-регулятора;
• для предотвращения перезаряда аккумулятора и выхода из строя электронных систем автомобиля периодически проверяйте напряжение на аккумуляторе при заведенном двигателе (напряжение заряда).

И пусть ваш генератор прослужит дольше!

Видео — как проверить регулятор напряжения генератора VALEO в автомобилях РЕНО:

Может заинтересовать:

Уникальный автомобильный сканер Scan Tool Pro

2.7. Неисправности аккумуляторных батарей

2. Быстрое снижение

3. Выплескивание электролита через вентиляционные отверстия в пробках

4. Аккумуляторная батарея не заряжается

5. Амперметр показывает большой зарядный ток при нормальном уровне регулируемого напряжения

6. Понижена емкость батареи

3.1. Принцип действия вентильного генератора

3.2. Принцип действия регулятора напряжения

3.3. Электрические схемы генераторных установок

3.4. Характеристики генераторных установок

Глава 1 5

Глава 10 534

Глава 11 556

3.5. Конструкция генераторов

Глава 1 5

Глава 10 536

Глава 11 558

3.6. Бесщеточные генераторы

3.7. Схемное и конструктивное исполнение регуляторов напряжения

3.8. Техническое обслуживание генераторных установок

3.9. Характерные неисправности генераторных установок и методы их обнаружения

3.10. Замена типа генераторной установки на автомобиле

Глава 4

4.1. Пусковые качества автомобильных двигателей

На 4.1. Зависимость момента сопротивления от частоты вращения коленчатого вала при пуске бензинового двигателя 3m3-53:

4.2. Системы электростартерного пуска

4.3. Особенности работы электростартеров и требования к электростартерам

4.4. Устройство электростартеров

4.5. Характеристики электростартеров

4.6. Схемы управления электростартерами

4.7. Система стоп-старта

4.8. Правила эксплуатации и техническое обслуживание электростартеров

4.33. Схемы регулировки стартеров:

Глава 5

5.1. Свечи накаливания и подогрева воздуха

5.1.1. Свечи накаливания

5.1.2. Свечи подогрева воздуха во впускном трубопроводе

5.2. Электрофакельные подогреватели воздуха

12.3741 (КамАз, Урал, газ, маз, КрАз)

14.3741 (Зил-1эзвя, зил-1эзгя)

5.3. Техническое обслуживание электрофакельных подогревателей

5.4. Устройства для подачи пусковой жидкости

5.5. Электрические подогреватели

Го управления подогревателей пжд-30

Глава 6

6.1. Назначение и принцип действия

6.2. Контактная система зажигания

6.3. Контактно-транзисторная система зажигания

6.4. Электронные системы зажигания

6.4.3. Микропроцессорные системы зажигания

6.5. Элементы систем зажигания

6.5.2. Распределители зажигания

6.5.3. Свечи зажигания

6.5.4. Высоковольтные провода

6.6. Применяемость элементов систем зажигания

Контактные системы зажигания

Контактно-транзисторные системы зажигания

6.7. Техническое обслуживание систем зажигания

Двигатель работает с перебоями

Двигатель не развивает полной мощности

7.1. Основные принципы управления двигателем

Глава 7Сигналы (импульсы) датчиков управления

7.2. Системы автоматического управления

7.3. Системы подачи топлива с электронным управлением

7.3.1. Карбюраторы с электронным управлением

7.3.2. Электронные системы впрыскивания топлива

5 M в бортовой сети, в жидкости, °с в двигатель воздуха, °с

7.4. Комплексные системы управления двигателем

7.5. Датчики электронных систем управления двигателем

7.5.1. Измерители расхода воздуха

7.5.2. Измерители расхода топлива

7.5.3. Датчики давления

7.5.4. Датчики температуры

7.5.6. Датчики детонации

Рчс. 7.40. Циркониевый датчик кислорода:

Лк. 7.41. Датчик кислорода на основе щ:

7.6. Исполнительные устройства систем впрыска

7.6.1. Электромагнитные форсунки

7.6.2. Электромагнитные клапаны. Переключающие устройства

7.6.3. Исполнительные устройства с электродвигателями

7.7. Электронные системы управления автомобильными дизелями

7.8. Эксплуатация систем управления двигателем

7.8.1. Эксплуатация сауэпхх

J Стрелка тестера отклоияется]- I Нет

7.8.3. Проверка и регулирование системы впрыскивания топлива «Motronic»

Глава 8

8.1. Назначение и классификация световых приборов

8.2. Международная система обозначений световых приборов

8.3. Лампы световых приборов

8.4. Фары головного освещения. Блок-фары. Прожекторы

8.5. Противотуманные фары и фонари

8.6. Приборы световой сигнализации

Вой оптической системой:

8.7. Приборы внутреннего освещения и сигнализаторы

8.8. Техническое обслуживание системы освещения и световой сигнализации

Не работают указатели поворота в режиме как маневрирования автомобиля, так и аварийной сигнализации

8.9. Звуковые сигналы

Глава 9

9.1. Датчики электрических приборов

9.1.1. Реостатные датчики

9.1.2. Терморезистивные датчики

9.1.3. Термобиметаллические датчики

9.1.4. Датчики давления

9.1.5. Датчики электронных информационных систем

9.2. Указатели автомобильных информационных измерительных систем

9.2.1. Магнитоэлектрические указатели

9.2.2. Электромагнитные указатели

9.2.3. Указатели импульсной системы

9.3. Термометры

9.4. Измерители давления

9.5. Измерители уровня топлива

9.6. Измерители зарядного режима аккумуляторной батареи

9.7. Спидометры и тахометры

9.8. Эконометр

9.9. Тахографы

9.10. Электронные информационные системы

9.11. Техническое обслуживание информационно- измерительной системы

Глава 10

Нын возбуждением:

10.1. Электродвигатели

10.2. Моторедукторы

Стителя заднего стекла:

10.5. Техническое обслуживание электропривода

Лем (а) и реле стеклоомывателя (б) на микро­схемах кр1055гп2 и кр1055гп1

При включении системы электродвигатель привода не работает, предохранители срабатывают

Глава 11

11.1. Автомобильные провода

11.2. Защитная аппаратура

11.3. Коммутационная аппаратура

11.4. Мультиплексная система проводки

11.5. Техническое обслуживание бортовой сети

Глава 1 5

Глава 10 536

Глава 11 558

Глава 8. С иста мы освещения, световой

Глава 9. Информационно-измерительная

Глава 10. Электропривод вспомогательного оборудования автомобиля

Глава 11. Схемы электрооборудования. Комму

7.8.2. Проверка, регулирование и поиск неисправностей системы «l-Jetronic»

3.2. Принцип действия регулятора напряжения

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора ге­нератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды.

Кроме того, он может выполнять дополнительные функции - защищать эле­менты генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автомати­чески включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигна­лизации аварийной работы генераторной установки.

Все регуляторы напряжения работают по единому принципу. Напряжение ге­нератора определяется тремя факторами - частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, соз­даваемой током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напря­жение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение. Все ре­гуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряже­ние изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьша­ется, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 3.3.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регу­лирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение гене­ратора 2 Ujj и преобразует его в сигнал U M3M , который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением U 3T .

Если величина U M3M отличается от эталонной величины и эт , на выходе изме­рительного элемента появляется сиг­нал U 0 , который активизирует регули­рующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы на­пряжение генератора вернулось в за­данные пределы.

Ш

Рис. 3.3. Блок-схема регулятора напряжения:

1 - регулятор; 2 - генератор; 3 - элемент сравнения; 4 - регулирующий элемент; 5 -измерительный элемент

Таким образом, к регулятору напря­жения обязательно должно быть под­ведено напряжение генератора или на­пряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбу­ждения генератора. Если функции ре­гулятора расширены, то и число подсо­единений его в схему растет.

Чувствительным элементом электронных регуляторов напряжения является входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение поступает на эле­мент сравнения, г де роль эталонной величины играет обычно напряжение стабили­зации стабилитрона. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т.е. начинает пропускать через се­бя ток. если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Напряжение же на стабилитроне остается при этом практически неизменным. Ток через стаби­литрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибраци­онных и контактно-транзисторных регуляторах чувствительный элемент представ­лен в виде обмотки электромагнитного реле, напряжение к которой, впрочем, тоже может подводиться через входной делитель, а эталонная величина - это сила на­тяжения пружины, противодействующей силе притяжения электромагнита. Комму­тацию в цепи обмотки возбуждения осуществляют контакты реле или, в контакт- но-транзисторном регуляторе, полупроводниковая схема, управляемая этими кон­тактами. Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то. что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и вы­ключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и кон­тактно-транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжи- т епьность включения обмотки или дополнительного резистора.

Поскольку вибрационные и контактно-транзисторные регуляторы представ­ляют лишь исторический интерес, а в отечественных и зарубежных генератор­ных установках в настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы, близкой к отечественному регулятору напряжения Я112А1 и регулятору EE14V3 фирмы BOSCH (рис. 3.4).

Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1. имеющим допол­нительный выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает ■ j epe3 себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается, и по нему начинает протекать ток.

Транзисторы же пропускают ток между коллектором и эмиттером, т.е. откры­ты. если в цепи база-змиттер ток протекает, и не пропускают этого тока. т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.

Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от выхода генератора Д через делитель напряжения на резисторах R1 , R2. Пока напряжение генератора неве­лико, и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон за­крыт, ток через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вы­вода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2, он открывается, через его пе­реход эмиттер-коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, кото­рый открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания. Соединение транзисторов VT2, VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а пи-

1 - генератор; 2 - регулятор

тание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, на­зывается схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом уси­ления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния. Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD1 .

При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации ста­билитрон VD1 пробивается, ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1 , который открывается и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VT3 на «массу». Состав­ной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются ста­билитрон VD2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VT3, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генерато­ра возрастает и т.д., процесс повторяется.

Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществ­ляется дискретно через изменение относительного времени включения обмот­ки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяет­ся так, как показано на рис. 3.5. Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если

частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла - увеличивается.

В схеме регулятора по рис. 3.4 име­ются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбужде­ния со значительной индуктивностью.

В этом случае ток обмотки возбуж­дения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряже­ния не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим. Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обратной связи. При открытии состав­ного транзистора VT2, VT3 оно оказы­вается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряже­ния. При этом напряжение на стабили­троне VD2 резко уменьшается, что ус­коряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключе­ния. Это благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной уста­новки. Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регу­лятор от влияния импульсов напряжения на его входе.

Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочас­тотных помех на работу регулятора, либо ускоряют переключения транзисторов.

В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разря­жается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разряд­ного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери мощно­сти в нем и его нагрев.

Из рис. 3.4 хорошо видна роль лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки HL.

При неработающем двигателе внутреннего сгорания замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA че­рез эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечива­ется первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнали­зируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва.

Рис. 3.5. Изменение силы тока в обмотке воз­буждения te по времени t:

*вкп и Ъыкп ~ соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения генератора; П 1 и п 2 ~ частоты вращения ротора генератора, причем п 2 больше гу, 1в 1 и 1в 2 - среднее значе­ние тока в обмотке возбуждения

После запуска двигателя, на выводах генератора Д и «+» появляется практи­чески одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генераторная установка при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL про­должает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератор­ной установки или обрыве приводного ремня.

Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора, если при работающем двигателе автомобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбу­ждения. то лампа HL загорится.

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с пониже­нием температуры электролита напряжение, подводимое к батарее от генератор­ной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры - понижалось.

Для автоматизации процессов изменения уровня поддерживаемого напряже­ния применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включаемый в схему регулятора напряжения. В простейшем случае термоком­пенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от темпе­ратуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генера­торной установки изменяется в заданных пределах.

3 рассмотренной схеме регулятора напряжения, как и во всех регуляторах аналогичного типа, частота переключений в цепи обмотки возбуждения изменя­ется по мере изменения режима работы генератора. Нижний предел этой час­тоты составляет 25-50 Гц.

Однако имеется и другая разновидность схем электронных регуляторов, в ко­торых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудо­ваны широтно-импульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает за­данную частоту переключения. Применение ШИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т.п.

8 настоящее время все больше зарубежных фирм переходит на выпуск гене­раторных установок без дополнительного выпрямителя. Для автоматического предотвращения разряда аккумуляторной батареи пои неработающем двигате­ле автомобиля в регулятор такого типа заводится фаза генератора. Регулято­ры. как правило, оборудованы ШИМ, который, например, при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при кото­ром ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера.

После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы.

Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контро­ля работоспособного состояния генераторной установки.

Электромеханический, в котором с помощью вибрирующих контактов изменяется ток в обмотке возбуждения генератора переменного тока. Работа вибрирующий контактов обеспечивается таким образом, чтобы с ростом напряжения бортовой сети уменьшался ток в обмотке возбуждения. Однако вибрационные регуляторы напряжения поддерживают напряжение с точностью 5-10%, из-за этого существенно снижается долговечность аккумулятора и освети тельных ламп автомобиля.
Электронные регуляторы напряжения бортовой сети типа Я112 , которые в народе называют «шоколадка». Недостатки этого регулятора известны всем — низкая надежность, обусловленная низким коммутационным током 5А и местом установки прямо на генераторе, что ведет к перегреву регулятора и выходу его из строя. Точность поддержания напряжения остается, несмотря на электронную схему, очень низкой и составляет 5% от номинального напряжения.

Вот поэтому я решил сделать устройство, которое свободно от вышеизложенных недостатков. Регулятор прост в настройке, точность поддержания напряжения составляет 1% от номинального напряжения. Схема, приведенная на рис.1 прошла испытания на многих автомобилях, в том числе и грузовых в течение 2-х лет и показала очень хорошие результаты.

Рис.1.

Принцип работы

При включении замка зажигания напряжение +12В подается на схему электронного регулятора. Если напряжение, поступающее на стабилитрон VD1 с делителя напряжения R1R2 недостаточно для его пробоя, то транзисторы VT1, VT2 находятся в закрытом состоянии, а VT3 — в открытом. Через обмотку возбуждения протекает максимальный ток, выходное напряжение генератора начинает расти и при достижении 13,5 — 14,2В возникает пробой стабилитрона.

Благодаря этому открываются транзисторы VT1, VT2, соответственно транзистор VT3 закрывается, ток обмотки возбуждения уменьшается и снижается выходное напряжение генератора. Снижения выходного напряжения примерно на 0,05 — 0,12В достаточно, чтобы стабилитрон перешел в запертое состояние, после чего транзисторы VT1, VT2 закрываются, а транзистор VT3 открывается и через обмотку возбуждения снова начинает протекать ток. Этот процесс непрерывно повторяется с частотой 200 — 300 Гц, которая определяется инерционностью магнитного потока.

Конструкция

При изготовлении электронного регулятора, следует обратить особое внимание на отвод тепла от транзистора VT3. На этом транзисторе, работающем в ключевом режиме, 1ем не менее выделяется значительная мощность, поэтому его следует монтировать на радиаторе. Остальные детали можно разместить на печатной плате, прикрепленной к радиатору.

Таким образом, получается очень компактная конструкция. Резистор R6 должен быть мощностью не менее 2Вт. Диод VD2 должен иметь прямой ток около 2А и обратное напряжение не менее 400В, лучше всего подходит КД202Ж, но возможны и другие варианты. Транзисторы желательно применить те, которые указаны на принципиальной схеме, особенно VT3. Транзистор VT2 можно заменить на КТ814 с любыми буквенными индексами. Стабилитрон VD1 желательно установить серии КС с напряжением стабилизации 5,6-9В, (типа КС156А, КС358А, КС172А), при этом увеличится точность поддержания напряжения.

Настройка

Правильно собранный регулятор напряжения не нуждается в особой настройке и обеспечивает стабильность напряжения бортовой сети примерно 0,1 — 0,12В, при изменении числа оборотов двигателя от 800 до 5500 об/мин. Проще всего настройку производить на стенде, состоящем из регулируемого блока питания 0 — 17В и лампочки накаливания 12В 5-10Вт. Плюсовой выход блока питания подключают к клемме “+” регулятора, минусовой выход блока питания подключают к клемме «Общ”, а лампочку накаливания подключают к клемме «Ш» и клемме «Общ” регулятора.

Настройка сводится к подбору резистора R2, который изменяют в пределах 1-5 кОм, и добиваются порога срабатывания на уровне 14,2В. Это и есть поддерживаемое напряжение бортовой сети. Увеличивать его выше 14,5В нельзя, поскольку при этом резко сократится ресурс аккумуляторов.

Содержание:

Напряжение – это фактически и есть электричество. Оно существует как первородная сила, воздействие которой на любые объекты влечет за собой последствия, обусловленные их свойствами. Поэтому возможность управлять напряжением, его величиной означает влиять на ход множества процессов в электрических цепях. А это самое главное в прикладной электротехнике. Далее расскажем о том, как управлять электричеством, пользуясь тиристором.

Такие разные напряжения

Напряжение может быть с разными свойствами. Поэтому даже законы, описывающие те или иные явления, связанные с электричеством, ограничены в применении. Например, закон Ома для участка цепи. И таких примеров множество. Поэтому, оговаривая свойства электрического регулятора, необходимо точно указывать, какое именно напряжение подразумевается, В общем рассматриваются две главные его разновидности – постоянное и переменное.

Они, как начало и конец некоего интервала, внутри которого расположены в огромном разнообразии импульсные сигналы. И ранее, и сейчас, и, скорее всего, в будущем регулировать величину их всех может лишь один элемент – резистор. То есть регулируемый резистор – реостат. Он всегда обеспечивает один и тот же эффект, независимо от вида напряжения. Причем в любой момент времени. А момент времени применительно к переменному или импульсному сигналу, – это основа его определения.

Какое напряжение регулирует тиристор

Ведь в зависимости от него величина напряжения меняется. Резистором можно управлять сигналом в любой момент времени. А вот тиристором такой результат невозможно получить, потому что он ключ. У него только два состояния:

• с минимальным сопротивлением, когда ключ замкнут;
• с максимальным сопротивлением, когда ключ разомкнут.

Следовательно, тиристор для мгновенного значения напряжения не может рассматриваться как его регулятор. Только в пределах достаточно большого интервала времени, при котором учитываются многие мгновенные значения сигнала, тиристор может рассматриваться как регулятор напряжения. Поскольку такая величина именуется как действующее значение, будет правильным уточнить определение регулятора как

• тиристорный регулятор действующего напряжения.

Как соединить ключ и нагрузку

Наиболее привлекательной характеристикой тиристоров с самого начала их появления была стойкость к силе тока большой величины. Как следствие, эти полупроводниковые приборы нашли широкое применение во множестве мощных устройств. Однако в любом случае, когда рассматривается электрический регулятор, существует электрическая цепь с нагрузкой. В эквиваленте нагрузка представляется как резистор с некоторым импедансом.

Чтобы напряжение на этом резисторе изменилось, необходимы дополнительные элементы, которые соединены с ним либо последовательно, либо параллельно. Первые тиристоры были незапираемыми. Их можно было открыть (включить) в любой момент. Но для выключения необходимо было уменьшить силу тока до некоторого минимального значения. По этой причине незапираемые тиристоры применяются и по сей день лишь в электрических цепях переменного или выпрямленного тока.

На постоянном напряжении они тоже использовались, но весьма ограниченно. Например, в первых фотовспышках с управляемой силой света. Свет лампы фотовспышки, который путем управления тиристором формирует необходимое освещение объекта, дает наглядное представление о тиристоре как об электрическом регуляторе для лампы – нагрузки. Энергию для этого обеспечивал конденсатор, который разряжался через специальную лампу. И в этом случае получалась вспышка наибольшей силы.

Но для того чтобы лампа давала меньше света, параллельно с ней включался тиристор. Лампа включалась и освещала объект. А специальный оптический датчик со схемой управления следил за его характеристиками. И в нужный момент включал тиристор. Он шунтировал лампу, которая выключалась со скоростью срабатывания тиристора. При этом часть энергии конденсатора просто исчезала в виде тепла, не принося никакой пользы. Но в то время иначе и не могло быть – запираемых тиристоров еще не было.

Типы тиристоров и отличия схем для их использования

Тиристор запирался, поскольку зарядный ток конденсатора был подобран с учетом этого. Безусловно, схема с последовательным соединением тиристора и нагрузки существенно эффективнее. И она широко применяется. Все диммеры, которыми пользуются для управления освещением и электробытовыми приборами, работают по такой схеме. Но в них могут быть существенные отличия в связи с типом используемого тиристора. Схема с симметричным тиристором, который работоспособен на переменном напряжении при непосредственном соединении с нагрузкой, получается более простой.

Но если сравнивать симметричные тиристоры с обычными, пропускающими ток в одном направлении, сразу обращает на себя внимание заметно более широкий модельный ряд последних. К тому же предельные электрические параметры у них заметно больше. Но при этом обязательно наличие выпрямителя. Если регулируется сеть 220 В, необходим выпрямительный мост, в котором 4 мощных диода. Но каждый полупроводниковый прибор, независимо от того, транзистор это, тиристор или диод, характеризуется остаточным напряжением.

Оно мало изменяется в соответствии с силой тока, протекающего через него. И при этом на каждом из полупроводниковых приборов рассеивается тепло. Если токи достигают единиц ампер, тепловая мощность составит единицы ватт. Потребуются охлаждающие радиаторы. А это – ухудшение конструктивных показателей. Поэтому симисторные регуляторы более компактны и экономичны. Чтобы отказаться от выпрямительного моста, применяют схему из двух одинаковых тиристоров, соединенных параллельно и встречно.

Безусловно, это более экономичное решение относительно потерь. Однако у ключей должны быть соответствующие предельные обратные напряжения. А это значительно ограничивает число их моделей, пригодных для этой схемы. К тому же, получить симметричные полуволны, управляя двумя ключами, сложнее, чем при одном тиристоре. Но при большой силе тока, которая в промышленных установках может составлять сотни ампер и более на включенном тиристоре, рассеивается мощность в сотни ватт. Динамические потери еще больше разогревают ключи.

По этой причине уменьшение числа полупроводниковых приборов в мощных электрических регуляторах – это важнейшая задача. Далее на изображениях показаны промышленные тиристорные регуляторы напряжения. В современном ассортименте тиристоров среди моделей, выпускаемых серийно, присутствуют запираемые ключи. Они могут быть использованы в цепях постоянного тока.

Поэтому задачи регулирования напряжения в тысячи вольт при мощностях, величина которых измеряется мегаваттами, сегодня успешно решаются различными моделями тиристоров.