Реклама на портале

Электронные регуляторы напряжения. Электронный регулятор напряжения бортовой сети авто

Для корректной работы автомобильного генератора необходима регулировка напряжения. Благодаря устройству потенциал поддерживается в рабочем диапазоне.

Общий вид автомобильного генератора

Важно знать об устройстве, принципе работы, диагностике, ремонте и замене регулятора напряжения в автомобиле. Это позволит избежать ряда негативных ситуаций в дороге, таких как незапуск двигателя, сгорание проводки автомобиля.

Строение генератора

Вне зависимости от марки и модели автомобиля, типа автомобильного генератора, всегда в конструкцию включен регулятор напряжения, позволяющий поддерживать работоспособность независимо от частоты вращения ротора. Регулировка осуществляется за счет изменения силы электротока на обмотке ротора.

Узлы генератора (схема):

  • Статор (корпус) – неподвижная часть автомобильного генератора.
  • Обмоток три, соединены они в одну звездой, которая формирует трехфазное переменное напряжение.
  • Ротор, на лопатках которого образуется магнитное поле, и ЭДС.
  • Выпрямитель трехфазный – полупроводниковые диоды, преобразующие напряжение. Одна сторона диодов токопроводящая, другая – с изолированной поверхностью.
  • Устройство автоматического регулирования напряжения.

Ротор генератора автомобиля

Три обмотки позволяют значительно снизить пульсацию за счет перекрытия фаз между собой.

Принцип работы генератора

При движении ротора возникает ЭДС на выходе автомобильного генератора, который напрямую связан с АКБ. С помощью регулировки она передается на обмотку возбуждения статора. При увеличении частоты вращения ротора, напряжение начинает изменяться.

Напряжение на обмотке присутствует всегда.

Для стабилизации величины напряжения устанавливается реле регулятора напряжения, где происходит обработка, сравнение (в аналитическом блоке) входного сигнала. При отклонении от нормы блок управления подает сигнал на исполнительный механизм, где происходит снижение силы тока. После этого напряжение на выходе автомобильного генератора стабилизируется. При слишком низком значении тока, регулятор повышает выходное напряжение.

Принцип работы регулятора напряжения

Для повышения надежности работы регуляторы выполняют по упрощенным схемам. Включает несколько устройств: сравнение сигнала, орган управления, задающий и специальный датчики.

Готовая схема состоит из двух основных элементов:

  • Регулятор. Устройство, которое позволяет настраивать и контролировать напряжение. Изготавливается в двух исполнениях – аналоговом (механическом) и цифровом (электронном).
  • Графитовые щетки, которые подключаются к полупроводниковым элементам. Предназначены для сообщения напряжения на ротор автомобильного генератора.

Графитовые щетки передают напряжение на ротор генератора автомобиля

Современные устройства имеют микропроцессорную базу.

Двухуровневая схема регулирования

В состав входят три основных элемента: генератор, аккумуляторная батарея, выпрямитель. Внутри устройства находится магнит, обмотка которого соединена с контроллером. В качестве задающих устройств используются металлические пружины, а сравнивающих – подвижные рычаги. Контактная группа используется в качестве измерительного прибора, а постоянное сопротивление в качестве устройства регулирования.

Двухуровневый регулятор напряжения

Принцип работы двухуровневого регулятора

При возникновении напряжения и электромагнитного поля происходит сравнение сигналов. В качестве сравнивающего устройства применяется пружина, которая действует на плечо рычага. Магнитное поле действует на рычаг в нескольких направлениях (замыкает, размыкает, остается неизменным), после чего схема регулятора действует в зависимости от величины напряжения.

При выходе сигнала из рабочего диапазона в большую сторону происходит размыкание контактов.

В цепь подключено постоянное напряжение.

При этом на обмотку подается меньший ток и напряжение стабилизируется. Если изначально происходит замыкание контактов, которое свидетельствует о низком напряжении, сила тока увеличивается, и генератор продолжает работать в нормальном режиме.

Недостатки механических моделей:

  • быстрый износ деталей;
  • применение электромагнитных реле.

Электронные регуляторы

Работают идентично аналоговым моделям за исключением того, что механические элементы заменены на цифровые датчики. Вместо электромагнитных классических реле применяют тиристоры, симисторы, транзисторы и др. Чувствительный элемент представляет собой систему постоянных резисторов, установленных на делителе напряжения.

Схема электронного регулятора

Принцип работы состоит в следующем: при подаче напряжения на тиристоры происходит сравнение выходных сигналов. Исполнительный орган в зависимости от полученных данных замыкает или размыкает, при необходимости включая в схему добавочное сопротивление.

Преимущества электронных моделей:

  • высокая точность регулировки;
  • регулятор установлен в едином блоке со щетками, что позволяет экономить место, упрощать диагностику, ремонт и замену оборудования;
  • повышенная надежность и долговечность;
  • более тонкая настройка прибора;
  • в качестве выпрямителей применяются полупроводниковые диоды, благодаря которым обеспечивается стабильность напряжения на выходе;
  • задающий элемент выполнен в виде стабилитрона.

Для новых моделей автомобилей целесообразно применение более совершенных систем регулирования ввиду более сложного технического устройства.

Снятие регулятора напряжения

Для того чтобы убрать регулятор с задней крышки автомобильного генератора, необходима отвертка (крестовидная или плоская). Сам автогенератор и ремень снимать не нужно.

Снимать конструкцию можно только после отсоединения аккумуляторной батареи. Далее необходимо отсоединить провод от автомобильного генератора, открутив крепежные болты.

Главные причины неисправностей автогенератора:

  • стирание угольных щеток;
  • пробой изоляции полупроводниковых элементов.

Проверка работоспособности регулятора

Практически на всех моделях авто реле регулятора диагностируется аналогично. Для проведения диагностики необходим источник постоянного напряжения (аккумулятор, батарейки), лампа 12 В или вольтметр.

Контакт минус присоединяется к пластине устройства, «плюс» – к разъему реле регулятора.

После снятия регулятора с корпуса необходимо проверить работоспособность щеток. Если они менее 5мм в длину, то щеточный узел подлежит замене.

Лампа накаливания должна быть включена в схему между парой щеток:

  • потухание лампочки при увеличении напряжения говорит об исправности аппарата;
  • постоянное свечение лампочки при изменении параметров сигнализирует о неисправности регулятора напряжения.

Пайка новых щеток не принесет результата, т.к. надежность конструкции значительно уменьшится. Недопустимо использовать для проверки светодиодную продукцию, т.к. проведение диагностики по данной схеме не даст реальных результатов.

Проверка без снятия напряжения

Заключается в измерении бортового напряжения в автомобиле. Наличие скачков в сети также определяется миганием ламп во время поездки. Для проверки понадобится мультиметр (либо обычная лампа накаливания). Мультиметр позволяет получить более точные результаты.

Порядок действий:

  1. Завести двигатель, включить фары.
  2. Присоединить измерительный прибор к АКБ.
  3. Рабочее напряжение колеблется в пределах 12..14,8 В. При выходе за данный интервал регулятор напряжения считается неисправным.

Проверка под напряжением не позволяет определить состояние щеточного узла. Выход за рабочие параметры напряжения может быть связан с ослаблением или окислением контактов.

Происходит усовершенствование работы систем регулирования в автомобилях. Для современных авто нет смысла использовать двухуровневое регулирование. Более совершенные системы имеют 2 и более добавочных сопротивлений. В новых моделях вместо традиционного добавочного сопротивления используется принцип увеличения частоты срабатывания электронного ключа.

Наравне с классическими, применяются системы следящего автоматического регулирования, в которых нет электромагнитного реле.

Самым распространенным методом является трехуровневая схема регулировки с частотной модуляцией для управления логическими элементами.

Трехуровневая схема регулирования

Качество зарядки аккумуляторной батареи зависит от эффективности работы регулятора напряжения. При неполной зарядке аккумулятор теряет емкость с большой скоростью, и впоследствии завести двигатель становится невозможно.

Трехуровневый регулятор напряжения

Двухуровневые модели имеют большой недостаток – разброс величины напряжения на выходе. Поэтому для повышения стабильности работы системы применяют трехуровневую систему регулировки, в состав которой входит тумблер (изменяет параметры системы).

Применение данного вида моделей позволяет более точно проводить диагностику и контролировать потенциал на выходе генератора, что важно для новых моделей среднего ценового уровня, где производители используют не всегда качественные механизмы.

Наиболее актуально применение данной системы в зимнее время года в регионах с холодным климатом, когда от низких температур сильно снижается емкость АКБ. На смену механическим регуляторам пришли бесконтактные трехуровневые, более совершенные.

Схема и принцип работы схожи с двухуровневыми моделями за исключением того, что напряжение сначала поступает в блок обработки информации. При отклонении от рабочего значения подается звуковой сигнал (рассогласования). После этого сила электротока, поступающая на обмотку, меняется до рабочего значения.

Принцип установки

Допускается установка трехуровневых моделей в любой автомобиль самостоятельно при условии знания схемы подключения:

  • Необходимо отсоединить щеточный узел, открутив болты.
  • Полупроводниковый узел установить на корпусе авто, сделав необходимые крепления.
  • Полупроводниковый узел устанавливается сначала на алюминиевый радиатор, т.к. требует эффективного охлаждения, а затем закрепляется на корпусе.

При отсутствии системы охлаждения регулирование будет происходить некорректно.

  • После установки двух узлов необходимо обеспечить электрическую связь между ними проводами, обеспечив качественную изоляцию корпусов.

Поверхности необходимо покрыть изолирующим материалом, чтобы предотвратить замыкания на корпус. Для коммутации полупроводников следует предусмотреть переключатель.

Для установки конструкции необходим корпус. Обычно применяют пластик или алюминий, который обладает большей теплоотдачей, т.е. охлаждение будет происходить более эффективно.

Видео. Генератор в автомобиле

Регулятор напряжения в схеме автомобиля занимает одно из ключевых мест. Необходимо постоянно следить за состоянием прибора, своевременно проводить плановые осмотры, зачищать контакты (для предотвращения сбоев в работе). Т.к. деталь расположена в нижней, не защищенной от пыли и влаги, стороне моторного отсека, регулярно очищать поверхности от загрязнений.

При наличии внешних дефектов и повреждений не следует пользоваться таким устройствам, т.к. в этом случае возможен быстрый разряд аккумулятора либо полный выход из строя автомобильного генератора, а также электрической части автомобиля (из-за резкого повышения напряжения в бортовой сети).

Многие автолюбители доступными им средствами стремятся улучшить работу различных узлов своей машины. Немалую помощь в этом оказывает им электроника. Взять хотя бы разнообразные системы электронного зажигания, о которых «М-К» не раз уже рассказывал. Сегодня мы предлагаем владельцам «Жигулей» и «Запорожцев» построить несложный электронный регулятор напряжения (ЗРН), сконструированный харьковчанином Б. Крутаковым.

У него отсутствуют механически размыкаемые электрические контакты, в момент запуска генератор не нагружает двигатель и аккумулятор. Тем самым облегчается запуск мотора заводной ручкой при слабо заряженном аккумуляторе. Применение подобного устройства исключает импульсные перенапряжения в бортовой сети, оно не создает помех радиоприему. Кроме того, ЗРН позволяет контролировать систему давления масла.

Устройство имеет четыре вывода imolodec.com для подключения и системе электропитания автомобиля (см. принципиальную схему): «ДДМ» – к датчику давления масла, «15» - н положительному полюсу бортовой сети, «67» - к обмотке возбуждения генератора, «М» - к массе автомобиля (минусу источника питания).

Работает устройство следующим образом. Когда включают зажигание (S1), через клемму «15» поступает положительное напряжение на резисторный делитель R1, R2, к которому подсоединен стабилитрон V1, выполняющий функции порогового элемента. Приложенное к стабилитрону напряжение ниже уровня его отпирания - тон базы транзистора V2 отсутствует: полупроводниковый триод заперт. Однако транзисторы V3-V5 остаются закрытыми, поскольку давление масла у неработающего двигателя отсутствует и контакт S2 датчика давления масла замыкает коллекторную цепь V2 на массу автомобиля (через клемму «ДДМ»). Ток в обмотке возбуждения генератора отсутствует (в штатном регуляторе напряжения в этом случае протекает тон около 2,5 А), о чем сигнализирует лампа Н1 давления масла. Такое состояние ЭРН сохраняется до тех пор, пока после запуска двигателя давление масла не вызовет размыкания контакта S2.

Теперь на коллектор V2 через погасшую лампу Н1 подается положительное напряжение н транзисторы V3, V4 проводят ток. В результате транзистор V5 открывается, и через разъем «67» в обмотку возбуждения (OB) генератора Г1 поступает питание от аккумуляторной батареи GB1. Генератор начинает заряжать аккумулятор GB1. По мере возрастания оборотов двигателя (генератора) и увеличения заряда батареи напряжение бортовой сети повышается. Одновременно возрастает и напряжение, приложенное к стабилитрону V1. Как только оно превысит напряжение отпирания V1, возникает базовый ток транзистора V2 и он начнет открываться, а транзисторы V3 - V5 закрываться, уменьшая тем самым ток в обмотке возбуждения до 0,5-0,7 А: напряженке и тон, отдаваемый генератором в бортовую сеть и аккумулятор, падают.

Когда нагрузка возрастает (например, при включении осветительных приборов), потребление тока увеличивается, напряжение сети снижается, транзистор V2 слегка закрывается и ток, протекающий через полупроводниковый триод V5 по обмотке возбуждения, возрастает. Генератор отдает больший ток в бортовую сеть автомобиля, поддерживая постоянным напряжение в ней. К примеру, в автомобиле «Жигули» при полностью включенных осветительных приборах, на малых оборотах двигателя через транзистор V5 и обмотку возбуждения протекает ток около 1,5 А. С увеличением оборотов он снижается до 0,9 А. Рассеиваемая на транзисторе V5 мощность может достигать 8 Вт.

В случае применения ЭРН включение сигналов поворота вызывает большие изменения тока возбуждения генератора, чем при штатном регуляторе напряжения. Это указывает на то, что ЭРН успевает «следить» за всеми изменениями нагрузки бортовой сети автомобиля, не вызывал существенных перенапряжений на обмотке возбуждения, имеющей большую индуктивность. Объясняется это тем, что в момент запирания транзистора V5 ЭДС обмотки возбуждения приложена к его эмиттеру в отрицательней полярности, не допускающей резкого запирания V5. Тем самым не происходит перенапряжения коллектора и надежность работы выходного транзистора возрастает.

Сопротивления резисторов R1 и R2 подобраны из расчета, чтобы ЭРН поддерживал напряжение на аккумуляторе (в бортовой сети электропитания автомобиля) равным 13,5-13,8 В независимо от изменения нагрузки. При таком напряжении аккумуляторная батарея не заряжается выше допустимой нормы, не «выкипает» электролит. Чтобы повысить напряжение генератора, достаточно уменьшить сопротивление резистора R2 или R4 до 1 кОм.

Проверяют исправность ЭРН, измеряя напряжение на клеммах «15» и «67». При включенном зажигании и неработающем двигателе напряжение на первой такое же, как и у аккумулятора, а на второй оно равно 0 В. Когда двигатель работает, напряжение на клемме «15» при любых оборотах должно составлять 13,8-14,2 В (в зависимости от настройки ЭРН).

В электронном регуляторе напряжения в качестве элемента V5 допустимо применить транзисторы серии КТ803, KT805, КТ817. а вместо двух полупроводниковых триодов V3 и V4 можно установить один n-p-n проводимости с током коллектора не менее 150 мА и напряжением’ на нем выше 15 В (например. серии КТ503, КТ815). Транзистор V2 (КТ315А) можно заменить на КТ312Б, В. Стабилитрон Д818Г заменяет аналогичный прибор марки Д814Б, Д818Д или Д818Е.

Элементы ЭРН размещены на плате, изготовленной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом прорезания фольги на токопроводящие участки. Контактные лепестки разъема изготовлены из листовой латуни. Через отверстия в них плату крепят к гетинаксовому кронштейну (основание ЭРН). Два других отверстия служат для установки радиатора транзистора V5, Радиатор - ребристый, размером 35 40×45 мм. Сверху к нему привинчен пластмассовый корпус от штатного регулятора напряжения с вентиляционными отверстиями в нижней и верхней частях боковых стенок. Можно использовать и любой другой контейнер с близкими размерами.

При виходе из строя контрольной лампы или датчика давления масла транзисторы V3-V5 запираются и загорается лампа контроля генератора. К такому же результату приводит снижение давлення масла ниже нормы. Тем самым уменьшается возможность работы двигателя с неисправной системой смазки.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

В автомобилях применяют два вида регуляторов напряжения бортовой сети:

  1. 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.
  2. 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.

Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.

Схема номер 1

Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 - 13 вольт. И общеизвестная на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.

КТ829 - мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты - видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.

Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос - «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»

Схема номер 2

В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 - 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход - выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

Что получилось

Сам процесс обновлённого монтажа занял времени ни сколько не больше чем предыдущий. При этом получен не простой регулятор напряжения, который подключается к блоку питания стабилизированного напряжения, собранная схема при подключении даже к сетевому понижающему трансформатору с выпрямителем на выходе сама даёт необходимое стабилизированное напряжение. Естественно, что выходное напряжение трансформатора должно соответствовать допустимым параметрам входного напряжения микросхемы КР142ЕН12А. Вместо неё можно использовать и импортный аналог интегральный стабилизатор . Автор Babay iz Barnaula .

Обсудить статью ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

П. Алексеев

Электронные регуляторы напряжения автомобильных генераторов постоянного и переменного тока в последнее время находят все большее практическое применение. Это объясняется в основном тремя причинами: тем, что электронные регуляторы, во-первых, обладают высокой надежностью работы, во-вторых, обеспечивают возможность быстрой и удобной регулировки напряжения генератора и, в-третьих, не требуют каких-либо профилактических работ, связанных с эксплуатацией регулятора.

Автором статьи были исследованы различные варианты схем электронных регуляторов напряжения. На основе проведенной работы и опыта практической эксплуатации были выбраны два варианта электронных регуляторов напряжения для генераторов постоянного тока Г108М автомобиля «Москвич-408». Регуляторы могут быть использованы и с любыми другими генераторами постоянного тока, а также взяты за основу для регуляторов генераторов переменного тока (в этом случае ввиду отсутствия реле обратного тока схема регулятора упрощается). Электронный регулятор напряжения, также как и обычный, электромеханический, состоит из регулятора напряжения, реле обратного тока и реле ограничения максимального тока.

Структурная схема регулятора напряжения показана на рис. 1.

Этот узел является важнейшим и наиболее сложным узлом устройства. Он включает в себя измерительный элемент и усилительно-исполнительный элемент. Регулятор напряжения работает следующим образом. Напряжение, вырабатываемое генератором, поступает на измерительный элемент, где оно сравнивается с опорным напряжением или напряжением срабатывания измерительного элемента). Разность между напряжением генератора и опорным напряжением в виде управляющего сигнала поступает на усилительно-исполнительный элемент, который регулирует ток обмотки возбуждения генератора, поддерживая его выходное напряжение на заданном уровне.

Из большого числа известных измерительных элементов для регулятора напряжения выбраны два наиболее простых, но обладающих достаточно высокими значениями параметров. Измерительный элемент, схема которого показана на рис. 2, а, выполнен по мостовой схеме.

Рис. 2. Схемы измерительных элементов


Он работает следующим образом. При повышении напряжения генератора соответственно увеличивается напряжение на переменном резисторе R2 до напряжения стабилизации стабилитрона Д1. При дальнейшем увеличении входного напряжения напряжение на этом резисторе не изменяется. В зависимости от положения движка резистора R2 к базе транзистора Т1 прикладывается напряжение от 5,5 В до напряжения стабилизации стабилитрона, что вызывает появление почти такого же (несколько меньшего) напряжения на резисторе R5. При дальнейшем увеличении входного напряжения входит в режим стабилизации стабилитрон Д2. Это происходит при достижении входным напряжением значения, равного сумме напряжений на резисторе R5 и напряжения стабилизации стабилитрона Д2, и вызывает увеличение тока через резистор R5, увеличение напряжения на нем и закрывание транзистора Т1 (напряжение на его эмиттере становится больше напряжения на его базе). Если подключить к выходу такого измерительного элемента усилитель, нагруженный цепью обмотки возбуждения генератора, его напряжение будет поддерживаться на заданном уровне.

Измерительный элемент, выполненный по схеме рис. 2, б, работает несколько иначе. Стабилитрон Д1 включен в цепь базы транзистора Т1, который закрыт до тех пор, пока входное напряжение (с учетом положения движка резистора R2) не достигнет напряжения стабилизации стабилитрона. Ток стабилитрона открывает транзистор Т1 и, воздействуя через усилительный элемент регулятора на обмотку возбуждения, вызовет уменьшение выходного напряжения генератора.

Усилительно-исполнительный элемент электронного регулятора напряжения должен обеспечивать полное прекращение тока возбуждения генератора в соответствии с сигналом измерительного элемента и возможно меньшее падение напряжения на исполнительном транзисторе (не более 0,25-0,4 В), что уменьшает рассеиваемую транзистором мощность и повышает стабильность работы всего устройства. Кроме этого, усилительно-исполнительный элемент должен обладать высокой чувствительностью с тем, чтобы коммутацию большого тока (до 3,0-3,5 А) обеспечить малым управляющим током (10-20 мА).

На рис. 3, а и б показаны схемы усилительно-исполнительных элементов, предназначенных для работы с описанными измерительными элементами (рис. 2, а и б, соответственно).

Рис. 3. Схемы усилительно-исполнительных элементов


Оба усилительно-исполнительных элемента обладают практически одинаковыми параметрами и отличаются в основном тем, что один из них (рис. 3, а) работает как усилитель без переворачивания фазы, а второй изменяет фазу сигнала на 180°, поскольку этого требует измерительный элемент.

Реле обратного тока в электронном регуляторе напряжения обычно выполняют на полупроводниковых диодах. Диоды чаще всего выбирают кремниевые, поскольку они обладают не только более высокой термостабильностью по сравнению с германиевыми, но и большим прямым падением напряжения на них (1,1-1,3 В), используемым для работы реле ограничения максимального тока (германиевые диоды имеют прямое падение напряжения 0,5-0,8 В).

В качестве реле ограничения максимального тока обычно используют транзистор, включенный параллельно измерительному элементу электронного регулятора напряжения и воздействующий на усилительно-исполнительный элемент таким образом, чтобы ток обмотки возбуждения генератора прекращался при увеличении тока нагрузки выше допустимой величины. Управляющим сигналом для транзистора реле ограничения максимального тока является падение напряжения на диодах реле обратного тока, через которые протекает общий ток нагрузки генератора.

Принципиальные схемы двух электронных регуляторов напряжения приведены на рис. 4 и 5.

Рис. 4. Принципиальная схема электронного регулятора


Рис. 5. Принципиальная схема улучшенного электронного регулятора


Особенностью второго регулятора (рис. 5) по сравнению с первым является подключение измерительного элемента не к выводу «Я» регулятора, а к выводу «Б», на котором напряжение «скорректировано» на величину падения напряжения на диодах Д4-Д6. Поэтому регулятор по схеме рис. 5 предпочтительнее, однако для сохранения высокой чувствительности регулятора в его измерительном элементе должен быть установлен транзистор с большим статическим коэффициентом передачи тока Вст (не менее 120).

Работу электронного реле-регулятора удобно рассмотреть по схеме, которая показана на рис. 4. После запуска двигателя генератор выдает небольшое начальное напряжение (6-7 В) за счет остаточного магнетизма стального корпуса и полюсных наконечников. Это напряжение, приложенное к выводу «Я», открывает транзистор Т1, через который начинает протекать ток базы транзистора Т2. Транзистор Т2 также открывается, что приводит в свою очередь к открыванию транзистора Т3. Через транзистор Т3 начинает протекать ток обмотки возбуждения генератора, вследствие чего его выходное напряжение возрастает. При напряжении генератора 9,9 В открывается стабилитрон Д1, поддерживая с этого момента на делителе R2-R3 постоянное напряжение. Напряжение на базе транзистора Т1 устанавливают в пределах 5,3-9,9 В. Напряжение генератора продолжает возрастать до величины, равной сумме напряжения стабилизации стабилитрона Д2 и падения напряжения в резисторе R5 (5,0-9,6 В), после чего стабилитрон Д2 входит в зону стабилизации, вызывая повышение напряжения на резисторе R5. Это приводит к резкому закрыванию транзистора Т1, а вслед за ним и транзисторов Т2 и Т3, и прекращению тока возбуждения генератора. Таким образом, напряжение генератора в пределах от 5,0 + 6,9 = = 11,9 В до 9,6 + 6,9 = 16,5 В будет поддерживаться на заданном уровне, которое устанавливают переменным резистором R2.

Поскольку управление током возбуждения генератора носит ключевой характер, а обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, в ней при резком прекращении тока, возникают всплески напряжения самоиндукции, могущие вывести из строя транзистор Т3. Поэтому этот транзистор защищен диодом Д7, -включенным параллельно обмотке ОВ возбуждения генератора.

В качестве реле обратного тока работают диоды Д4 -Д6. Параллельное включение диодов имеет целью уменьшение рассеиваемой на них мощности при протекании тока нагрузки, достигающего 20 А. Такое включение диодов требует их подбора по одинаковому прямому падению напряжения на каждом из них при токе 6-7 А.

Реле ограничения максимального тока выполнено на транзисторе Т4, переменном резисторе R7 и диоде Д3. Диод предохраняет реле от разрядного тока аккумуляторной батареи. Падение напряжения от протекающего через диоды Д4-Д6 тока нагрузки приложено к резистору R7, а с его движка - к базе транзистора Т4. В зависимости от тока нагрузки и положения движка резистора R7 на переход эмиттер - база этого транзистора поступает большее или меньшее напряжение. Если это напряжение достигает некоторой определенной величины, транзистор открывается, шунтируя транзисторы Т2 и Т3 и уменьшая тем самым ток обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора, а значит, и ток нагрузки уменьшаются. Реле ограничения максимального тока начинает работать только при перегрузках генератора. Режим управления током генератора - пульсирующий.

В описываемых устройствах не предусмотрена защита транзистора Т3 от коротких замыканий цепи его коллектора, которое возможно при пробое обмотки возбуждения генератора или случайном замыкании зажима «Ш» на корпус автомобиля. Принципиально такая защита может быть введена в устройства, но ее необходимость сомнительна, поскольку пробой обмоток возбуждения генераторов - явление очень редкое, а случайных замыканий вообще не следует допускать.

Электронный регулятор, собранный по схеме рис. 4, показал хорошие эксплуатационные характеристики. При изменении тока нагрузки от 5 до 15-18 А напряжение в бортовой сети изменяется на 0,2-0,25 В. Регулятор напряжения, выполненный по схеме рис. 5, обладает еще более высокой степенью стабилизации напряжения. Расход энергии от аккумуляторной батареи, к которой постоянно подключена цепочка R1-R3, очень невелик - примерно 10- 15 мА. При длительных стоянках автомобиля аккумуляторную батарею всегда следует отключать.

По принципу работы регулятор, собранный по схеме рис. 5, не отличается от предыдущего. Особенности его работы были отмечены выше.

Для повышения надежности и температурной стабильности работы регулятора диоды и транзисторы выбраны кремниевые (за исключением диода Д3, рис. 4, и Д2, рис.5). Переменные резисторы - проволочные с законтривающейся осью.

Транзистор Т1 в регуляторе, собранном по схеме рис. 4, должен иметь коэффициент Вст не менее 50. Транзисторы Т4 в обоих регуляторах желательно выбрать с достаточно высоким Вст. Остальные транзисторы подбора не требуют. Стабилитроны следует подобрать по напряжению стабилизации: Д1 - 9,9 В, Д2 - 6,9 В (рис. 4); Д1 - 9,4 В (рис.5). Напряжения стабилизации стабилитронов определяют границы диапазона регулирования напряжения генератора. Резисторы R6 (рис. 4) и R7 (рис. 5) должны быть рассчитаны на мощность рассеяния не менее 4 Вт.

Транзистор П210А необходимо устанавливать на радиатор в виде пластины или уголка из дюралюминия толщиной 4-5мм и общей площадью 30-40 см2. На таком же радиаторе площадью 50-70 см2 следует крепить и диоды Д4-Д6. На этих диодах выделяется значительная тепловая мощность.

Правильно собранный электронный регулятор начинает работать сразу. Напряжение устанавливают при работающем двигателе на уровне 13,7-14,0 В. Затем устанавливают максимальный ток нагрузки 20 А. Регулировочные работы можно провести и до установки регулятора на автомобиль. Для этого необходимы два источника постоянного тока: стабилизированный с плавной регулировкой напряжения в пределах от 10 В до 17 В и током нагрузки до 5 А и любой на 12-13 В с допустимым током нагрузки 20-25 А (например, автомобильный аккумулятор 6СТ42).

Сначала собирают стенд по схеме, изображенной на рис. 6, а.

Рис. 6. Схемы регулировочных стендов для налаживания электронных регуляторов


Амперметр ИП2 должен иметь шкалу до 5 А. Переменные резисторы электронного регулятора устанавливают в положения, соответствующие нижним пределам регулировки (R2 - в нижнее, R7 - в верхнее по схеме, рис. 4, R2 и R8 - в верхнее, рис. 5). Устанавливают источник стабилизированного напряжения на 10 В, включают тумблер В1 и проверяют ток амперметра ИП2, который должен быть примерно равен I = Uпит/Rl (этот ток имитирует ток возбуждения генератора). Затем, медленно увеличивая напряжение источника, замечают по вольтметру ИП1 момент резкого прекращения тока, протекающего через амперметр. Уменьшают теперь напряжение источника до момента появления тока в цепи амперметра. Разность между этими напряжениями определяет чувствительность реле напряжения. Хорошей чувствительностью следует считать 0,1 В, допустимой - 0,2 В. При более низкой чувствительности следует подобрать транзистор Т1 с большим коэффициентом Вст. Затем проверяют чувствительность на верхнем пределе регулирования напряжения (R2 переводят, в другое крайнее положение). Чувствительность на верхнем пределе может быть хуже не более чем на 10-30%. Устанавливают резистор R2 и положение, соответствующее напряжению срабатывания реле напряжения, рамному 14 В.

Затем собирают peгулировочный стенд по схеме, показанной на рис. 6,б. Амперметр ИП1 должен быть рассчитан на ток до 25 А, а ИП2 - до 5 А. Реостат R2 должен допускать рассеяние мощности до 20 Вт. Устанавливают движок R2 примерно на середину и включают тумблер В1. Амперметр ИП2 должен показывать ток 20-25 А. Ток амперметра ИП1 должен быть равен нулю, т. е. регулятор закрыт по току перегрузки. Если теперь выключить тумблер B1, вывести движок резистора R7 (R9, по рис. 5) регулятора в нижнее по схеме положение, соответствующее максимальному пределу ограничения тока нагрузки, и снова включить тумблер, ток амперметра ИП2 останется прежним, а амперметр ИП1 покажет ток, равный Uпит/Rl. Тумблер В1 следует включать на короткое время, поскольку аккумуляторная батарея при этом интенсивно разряжается. Для установки предела ограничения максимального тока нагрузки необходимо установить ползунком реостата R2 ток амперметра ИП2, равный 20 А, а затем, вращая ось резистора R7 (R8, рис. 5) электронного регулятора, добиться прекращения тока, протекающего через амперметр ИП1.

Электронный регулятор напряжения удобно устанавливать на автомобиле рядом с РРН с тем, чтобы при необходимости можно было легко их переключать.

В заключение следует отметить, что не все экземпляры автомобильных генераторов имеют начальное напряжение около 6 В. У некоторых из них оно не превышает 1-2 В. С такими генераторами электронный регулятор работать не сможет - транзистор Т3 останется закрытым, и ток обмотки возбуждения будет равным нулю. В подобных случаях электронный регулятор напряжения следует выполнить по схеме, изображенной на рис. 7.

Рис. 7. Вариант принципиальной схемы электронного регулятора


Характеристики этого регулятора практически такие же, как и у описанных выше устройств. Транзистор Т1 можно заменить на КТ602, Т5 - на МП115. Резистор R6 должен рассеивать мощность не менее 4 Вт. Можно также обойтись незначительными изменениями базовой цепи транзистора Т4 в регуляторе по схеме рис. 4. Изменения сводятся к включению диода между базой транзистора и движком резистора R7 и изменению места включения диода Д3 - он должен быть включен в той же полярности в разрыв нижнего по схеме вывода резистора R7. Однако при этом несколько ухудшится точность поддержания напряжения на выходном зажиме «Б». Оба диода - типа Д223Б.

В помощь радиолюбителю» выпуск 53

Усовершенствование электронного регулятора напряжения.

П. Алексеев

В сборнике «В помощь радиолюбителю» выпуск 53 в статье «Электронный регулятор напряжения» (с. 81 - 90) описаны несколько электронных регуляторов напряжения для автомобиля. В усилительно-исполнительном элементе всех этих устройств использован мощный германиевый транзистор П210А (Т3). Выбор именно этого транзистора был обусловлен отсутствием кремниевого аналога структуры р-n-р.

Тем не менее очевидно, что кремниевый транзистор здесь предпочтительнее, так как обеспечивает более надежную работу регулятора напряжения в условиях повышенной температуры. Поэтому была разработана схема регулятора, аналогичного по принципу работы и характеристикам устройству по схеме рис. 5 в упомянутой выше статье, но с мощным кремниевым транзистором структуры п-р-п.

Регулятор (см. схему), имеет некоторые особенности, на которых целесообразно кратко остановиться. Использование кремниевого транзистора КТ808А (V9; можно также использовать и транзистор КТ803А) потребовало включения в устройство дополнительного транзистора V8 (П303А; его можно заменить на П302 - П304, П306, П306А со статическим коэффициентом передачи тока не менее 15), повышающего к тому же чувствительность устройства.

Рис. Схема регулятора напряжения


В измерительном элементе в делителе напряжения вместо резистора использована диодная цепь V1, V2, обеспечивающая температурную компенсацию стабилитрона V3. Этим изменением температурная нестабильность регулятора напряжения в целом сведена практически к нулю.

Незначительные изменения в базовой цепи транзистора V5 по сравнению с исходным вариантом принципиально не изменили работы ограничителя максимального тока генератора, но улучшили плавность и повысили точность установки порога ограничения.