Простые регуляторы напряжения для начинающих. Электронные регуляторы напряжения Электронные регуляторы напряжения

В зависимости от устройства и принципа работы реле-регуляторы напряжения генератора в автомобиле делятся на несколько видов: встроенные, внешние, трехуровневые и другие. Теоретически такой прибор можно сделать и самостоятельно, самый простой в плане реализации и дешевый вариант - использовать шунтирующее устройство.

[ Скрыть ]

Назначение реле-регулятора

Реле-регулятор напряжения генератора предназначен для стабилизации тока в установке. При функционировании двигателя вольтаж в электрической системе автомобиля должен быть на одном уровне. Но поскольку коленвал вращается с разной скоростью и обороты мотора неодинаковы, генераторный узел вырабатывает разное напряжение. Без регулировки этого параметра могут произойти сбои в функционировании электрооборудования и приборов машины.

Взаимосвязь источников тока авто

В любом автомобиле используется два источника питания:

Аккумуляторная батарея — требуется для запуска силового агрегата и первичного возбуждения генераторной установки. АКБ расходует и накапливает энергию при подзарядке.
Генератор. Предназначен для питания и нужен для того, чтобы генерировать энергию независимо от оборотов. Устройство позволяет восполнить заряд батареи при работе на повышенных оборотах.

В любой электросети оба узла должны быть рабочими. Если генератор постоянного тока выходит из строя, аккумулятор проработает не более двух часов. Без АКБ не заведется силовой агрегат, который приводит в движение ротор генераторной установки.

Канал «LR West» рассказал о неисправностях электросетей в автомобилях Лэнд Ровер, а также о взаимосвязи АКБ и генераторов.

Задачи регулятора напряжения

Задачи, которые выполняет электронное регулируемое устройство:

изменение значения тока в обмотке возбуждения;
возможность выдержать диапазон от 13,5 до 14,5 вольт в электросети, а также на клеммных выводах АКБ;
отключение питания обмотки возбуждения при выключенном силовом агрегате;
функция подзарядки аккумулятора.

«Народный автоканал» подробно рассказал о назначении, а также о задачах, которые выполняет регуляторное устройство напряжения в авто.

Разновидности реле-регуляторов

Есть несколько видов автомобильных реле-регуляторов:

внешние — этот тип реле позволяет увеличить ремонтопригодность генераторного узла;
встроенные — устанавливаются в пластину выпрямительного устройства либо щеточный узел;
изменяющиеся по минусу — оснащаются дополнительным кабелем;
регулирующиеся по плюсу — характеризуются более экономичной схемой подключения;
для установки в агрегаты переменного тока — напряжение не может регулироваться при подаче на обмотку возбуждения, поскольку она установлена в генератор;
для устройств постоянного тока — реле-регуляторы имеют функцию отсечения аккумулятора при незапущенном двигателе;
двухуровневые реле — сегодня практически не используются, в них регулировка осуществляется пружинками и рычажком;
трехуровневые — оснащаются схемой сравнивающего модуля, а также сигнализатором согласования;
многоуровневые — оборудуются 3-5 добавочными резисторными элементами, а также системой контроля;
транзисторные образцы — на современных транспортных средствах не применяются;
релейные устройства — характеризуются более улучшенной обратной связью;
релейно-транзисторные — обладают универсальной схемой;
микропроцессорные реле — характеризуются небольшими размерами, а также возможностью плавного изменения нижнего либо верхнего порога срабатывания;
интегральные — устанавливаются в держатели щеток, поэтому при их износе меняются.

Реле-регуляторы постоянного тока

В таких агрегатах схема подключения выглядит более сложной. Если машина стоит и двигатель не запущен, генераторный узел должен быть отключен от аккумулятора.

При выполнении испытания реле необходимо удостовериться в наличии трех опций:

отсечка батареи при стоянке транспортного средства;
ограничение максимального параметра тока на выходе агрегата;
возможность изменения параметра напряжения для обмотки.

Реле-регуляторы переменного тока

Такие устройства характеризуются более упрощенной схемой проверки. Автовладельцу необходимо произвести диагностику величины напряжения на обмотке возбуждения, а также на выходе агрегата.

Если в автомобиле установлен генератор переменного тока, то запустить двигатель «с толкача» не получится, в отличие от агрегата постоянного тока.

Встроенные и внешние реле-регуляторы

Процедура изменения величины напряжения производится устройством в определенном месте монтажа. Соответственно, встроенные регуляторы осуществляют воздействие на генераторный узел. А внешний тип реле не связан с ним и может подключаться к катушке зажигания, тогда его работа будет направлена только на изменение напряжения на данном участке. Поэтому перед выполнением диагностики автовладелец должен убедиться, что деталь подключена правильно.

Канал «Sovering TVi» подробно рассказал о предназначении, а также принципе действия данного типа устройств.

Двухуровневые

Принцип действия таких устройств заключается в следующем:

Ток проходит через реле.
В результате образования магнитного поля рычаг притягивается.
В качестве сравнивающего элемента используется пружинка, обладающая конкретным усилием.
Когда напряжение увеличивается, контактные элементы размыкаются.
На обмотку возбуждения подается меньший ток.

В автомобилях ВАЗ для регулирования ранее использовались механические двухуровневые устройства. Главный недостаток заключался в быстром износе конструктивных компонентов. Поэтому вместо механических на эти модели машин стали устанавливать электронные регуляторы.

В основе таких деталей использовались:

делители напряжения, которые собирались из резисторных элементов;
в качестве задающей детали применялся стабилитрон.

Из-за сложной схемы подключения и неэффективного контроля уровня напряжения такой тип устройств стал использоваться реже.

Трехуровневые

Данный тип регуляторов, как и многоуровневые, являются более усовершенствованными:

Напряжение подается с генераторного устройства на специальную схему и проходит через делитель.
Полученные данные обрабатываются, фактический уровень напряжения сравнивается с минимальным и максимальным значением.
Импульс рассогласования изменяет параметр тока, который подается на обмотку возбуждения.

Трехуровневые устройства с частотной модуляцией не имеют сопротивлений, но частота срабатывания электронного ключа в них выше. Для управления применяются специальные логические схемы.

Управление по минусу и плюсу

Схемы по отрицательному и положительному контактам отличаются только подсоединением:

при установке в разрыв плюса одна щетка соединяется с массой, а вторая идет на клемму реле;
если реле устанавливается в разрыв минуса, то один щеточный элемент должен быть подключен к плюсу, а второй — непосредственно на реле.

Но во втором случае появится еще один кабель. Это связано с тем, что данные модули реле относятся к классу приспособлений активного типа. Для его функционирования потребуется отдельное питание, поэтому плюс подключается индивидуально.

Фотогалерея «Виды реле-регулятора напряжения генератора»

В данном разделе представлены фото некоторых видов устройства.

Выносной тип устройств Встроенный регулятор Транзисторно-релейный тип Интегральное устройство Устройство для генератора постоянного тока Регулирующее устройство переменного тока Двухуровневый тип устройств Трехуровневый регулирующий прибор

Принцип работы реле-регулятора

Наличие встроенного резисторного устройства, а также специальных схем обеспечивает возможность регулятора сравнивать параметр напряжения, которое вырабатывает генератор. Если значение слишком высокое, то регулятор отключается. Это позволяет не допустить перезаряда АКБ и выхода из строя электрооборудования, которое питается от сети. Неполадки в работе устройства приведут к поломке аккумулятора.

Переключатель зима и лето

Генераторное устройство работает стабильно независимо от температуры окружающей среды и сезона. Когда его шкив приводится в движение, происходит выработка тока. Но в холодное время года внутренние конструктивные элементы батареи могут примерзать. Поэтому заряд АКБ восстанавливается хуже, чем в жару.

Переключатель для изменения сезона работы располагается на корпусе реле. Некоторые модели оснащаются специальными разъемами, их надо найти и подсоединить провода в соответствии со схемой и обозначениями, нанесенными на них. Сам переключатель представляет собой устройство, благодаря которому уровень напряжения на выводах батареи можно увеличить до 15 вольт.

Как снимать реле-регулятор?

Снятие реле допускается только после отключения клемм от АКБ.

Чтобы произвести демонтаж устройства своими руками, потребуется отвертка с крестовым или плоским наконечником. Все зависит от болта, который крепит регулятор. Генераторный узел, а также приводной ремень демонтировать не нужно. От регулятора отсоединяется кабель и выкручивается болт, который его крепит.

Пользователь Виктор Николаевич подробно рассказал о демонтаже регуляторного механизма и его последующей замене на авто.

Признаки неисправности

«Симптомы», в результате которых потребуется проверить или произвести ремонт регуляторного устройства:

при активации зажигания на контрольном щитке появляется световой индикатор разряженного аккумулятора;
значок на приборной панели не пропадает после запуска двигателя;
яркость свечения оптики может быть слишком низкой и увеличиваться при повышении оборотов коленвала и нажатии на педаль газа;
силовой агрегат машины с трудом запускается с первого раза;
АКБ автомобиля часто разряжается;
при увеличении числа оборотов ДВС более двух тысяч в минуту лампочки на контрольном щитке отключаются автоматически;
динамические свойства транспортного средства снижаются, что особенно явно проявляется на повышенных оборотах коленвала;
возможно закипание аккумулятора.

Возможные причины неисправностей и последствия

Необходимость ремонта реле-регулятора напряжения генератора возникнет при таких проблемах:

межвитковое замыкание обмоточного устройства;
короткое замыкание в электроцепи;
поломка выпрямительного элемента в результате пробоя диодов;
ошибки, допущенные при подключении генераторного агрегата к выводам АКБ, переплюсовка;
попадание воды или другой жидкости внутрь корпуса регуляторного устройства, к примеру, в высокую влажность на улице или при мойке авто;
механические неисправности устройства;
естественный износ элементов конструкции, в частности, щеток;
низкое качество использующегося устройства.

В результате неисправности последствия могут быть серьезными:

Высокое напряжение в электросети автомобиля приведет к поломке электрооборудования. Из строя может выйти микропроцессорный блок управления машиной. Поэтому не допускается отключение клеммных зажимов АКБ при запущенном силовом агрегате.
Перегрев обмоточного устройства в результате внутреннего замыкания. Ремонт будет дорогостоящим.
Поломка щеточного механизма приведет к неисправности генераторного агрегата. Узел может заклинить, возможен обрыв приводного ремешка.

Пользователь Сникерсон рассказал о диагностике регуляторного механизма, а также о причинах его выхода из строя на автомобилях.

Диагностика реле-регулятора

Проверять работу регуляторного устройства необходимо с помощью тестера — мультиметра. Его предварительно надо настроить в режим вольтметра.

Встроенного

Данный механизм обычно встроен в щеточный узел генераторного агрегата, поэтому потребуется уровневая диагностика устройства.

Проверка выполняется так:

Производится демонтаж защитной крышки. С помощью отвертки или гаечного ключа ослабляется щеточный узел, его необходимо вывести наружу.
Проверяется износ щеточных элементов. Если их длина составляет менее 5 мм, то замена производится обязательно.
Проверка генераторного устройства с использованием мультиметра выполняется вместе с АКБ.
Отрицательный кабель от источника тока замыкается на соответствующую пластину регуляторного устройства.
Положительный контакт от зарядного оборудования либо аккумулятора соединяется с таким же выходом на разъеме реле.
Затем мультиметр выставляется в рабочий диапазон от 0 до 20 вольт. Щупы устройства соединяются со щетками.

В рабочем диапазоне от 12,8 до 14,5 вольт между щеточными элементами должно быть напряжение. Если параметр увеличивается более чем на 14,5 В, то стрелка тестера должна упасть на ноль.

При диагностике встроенного реле-регулятора напряжения генератора допускается применение контрольной лампочки. Источник освещения должен включаться при определенном интервале напряжения и гаснуть, если этот параметр увеличивается больше необходимого значения.

Кабель, который управляет тахометром, надо прозвонить посредством тестера. На дизельных автомобилях этот проводник обозначается W. Уровень сопротивления провода должен составить примерно 10 Ом. Если этот параметр падает, это говорит о том, что проводник пробит и требует замены.

Выносного

Метод диагностики такого типа устройств осуществляется аналогично. Единственное отличие заключается в том, что реле-регулятор не требуется снимать и извлекать из корпуса генераторного агрегата. Произвести диагностику устройства можно при запущенном силовом агрегате, меняя обороты коленчатого вала с низких на средние и на высокие. При повышении их числа необходимо активировать оптику, в частности, дальнее освещение, а также магнитолу, печку и другие потребители.

Канал «AvtotechLife» рассказал о самостоятельной диагностике регуляторного устройства, а также об особенностях выполнения этой задачи.

Самостоятельное подключение реле-регулятора в бортовую сеть генератора (пошаговая инструкция)

При установке нового регуляторного устройства надо учесть следующие моменты:

Перед выполнением задачи обязательно производится диагностика целостности, а также надежности контактов. Речь идет о кабеле, идущем от кузова транспортного средства к корпусу генераторной установки.
Затем выполняется подключение клеммного зажима Б регуляторного элемента к положительному контакту генераторного агрегата.
При выполнении соединения скрутки проводов использовать не рекомендуется. Они греются и становятся непригодными через год эксплуатации. Следует применять пайку.
Штатный проводник рекомендуется заменить проводом, сечение которого составляет не меньше 6 мм2. Особенно если вместо заводского генератора устанавливается новый, который рассчитан на работу в условиях тока выше 60 А.
Наличие амперметра в цепи генератор-АКБ позволяет определить мощность источников питания в конкретное время.

Схема подключения регулятора выносного

Схема подключения выносного типа устройств

Данное устройство устанавливается после того, как будет определен провод, в разрыв которого он подключится:

В старых версиях Газелей и РАФ применяются механизмы 13.3702. Они выполнены в металлическом или полимерном корпусе и оснащаются двумя контактными элементами и щетками. Их рекомендуется подключать в отрицательный разрыв цепи, выходы обычно обозначены. Положительный контакт берется с катушки зажигания. А выход Ш реле подключается к свободному контакту на щетках.
В автомобилях ВАЗ используются устройства 121.3702 в черном либо белом корпусе, есть также двойные модификации. В последних при поломке одной из деталей второй регулятор останется рабочим, но на него надо переключиться. Устройство устанавливается в разрыв положительной цепи клеммой 15 к контакту катушки Б-ВК. Со щетками соединяется проводник под номером 67.

В более новых версиях ВАЗ реле устанавливаются в щеточный механизм и соединяются с выключателем зажигания. Если автовладельцем производится замена штатного агрегата на узел переменного тока, то подключение должно выполняться с учетом нюансов.

Подробнее о них:

Необходимость фиксации агрегата к корпусу транспортного средства определяется автовладельцем самостоятельно.
Вместо плюсового выхода здесь используется контакт В либо В+. Он должен быть подключен к электросети авто через амперметр.
Выносной тип устройств в таких авто обычно не применяется, а встроенные регуляторы уже интегрированы в щеточный механизм. От него идет один кабель, обозначающийся как D или D+. Он должен подключаться к выключателю зажигания.

В автомобилях с дизельными двигателями генераторный узел может оснащаться выходом W — он подключается к тахометру. Этот контакт можно игнорировать, если агрегат ставится на бензиновую модификацию авто.

Пользователь Николай Пуртов подробно рассказал об установке и подключении выносного типа устройств на автомобиль.

Проверка подключения

Мотор обязательно должен запускаться. А уровень напряжения в электросети авто будет контролироваться в зависимости от количества оборотов.

Возможно, после монтажа и подключения нового генераторного устройства автовладелец столкнется с трудностями:

при активации силового агрегата генераторный узел запускается, замер величины напряжения производится на любых оборотах;
а после отключения зажигания мотор транспортного средства работает и не глушится.

Решить проблему можно путем отключения кабеля возбуждения, только после этого двигатель остановится.

Глушение мотора может произойти при отпускании сцепления с нажатием на педаль тормоза. Причина неисправности заключается в остаточной намагниченности, а также постоянном самовозбуждении обмотки агрегата.

Чтобы не столкнуться с такой проблемой в дальнейшем, в разрыв возбуждающего кабеля можно добавить источник освещения:

лампочка будет гореть при отключенном генераторе;
когда происходит запуск агрегата, индикатор тухнет;
величина тока, которая проходит через источник освещения, будет недостаточной для возбуждения обмотки.

Канал «Altevaa TV» рассказал о проверке подключения регуляторного устройства после подсоединения в 6-вольтовую сеть мотоцикла.

Советы по увеличению срока службы реле-регулятора

Чтобы не допустить быстрого выхода из строя регуляторного устройства, необходимо придерживаться нескольких правил:

Нельзя допускать сильного загрязнения генераторной установки. Время от времени следует выполнять визуальную диагностику состояния устройства. При серьезных загрязнениях производится снятие агрегата и его очистка.
Периодически следует проверять натяжение приводного ремешка. Если потребуется, производится его натяжка.
Рекомендуется следить за состоянием обмоток генераторного агрегата. Нельзя допускать их потемнения.
Надо проверять качество контакта на управляющем кабеле регуляторного механизма. Не допускается наличие окислений. При их появлении производится очистка проводника.
Периодически следует диагностировать уровень напряжения в электросети авто с заведенным и заглушенным двигателем.

Сколько стоит реле-регулятор?

Стоимость устройства зависит от производителя и типа регулятора.

Можно ли сделать регулятор своими руками?

Пример рассмотрен на регуляторном механизме для скутера. Основной нюанс заключается в том, что для корректной работы потребуется разбор генераторного агрегата. Отдельным проводником необходимо вывести кабель массы. Сборка устройства осуществляется по схеме однофазного генератора.

Алгоритм действий:

Выполняется разбор генераторного агрегата, с мотора скутера снимается статорный элемент.
Слева вокруг обмоток располагается масса, ее надо выпаять.
Вместо нее производится пайка отдельного кабеля для обмотки. Затем данный контакт выводится наружу. Этот проводник будет одним концом обмотки.
Выполняется обратная сборка генераторного устройства. Эти манипуляции осуществляются для того, чтобы с агрегата выходило два кабеля. Они будут использоваться.
Затем к полученным контактам выполняется подсоединение шунтирующего устройства. На завершающем этапе к положительной клемме аккумулятора подключается желтый кабель от старого реле.

Видео «Наглядное руководство по сборке самодельного регулятора»

Пользователь Андрей Чернов наглядно показал, как самостоятельно сделать реле для генераторного агрегата автомобиля ВАЗ 2104.

В автомобилях применяют два вида регуляторов напряжения бортовой сети:
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.

Появление полупроводниковых приборов, способных при работе в ключевом режиме коммутировать большие мощности, привело к использованию для регулирования напряжения авиационных генераторов транзисторных и тиристорных регуляторов. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения среднего тока возбуждения. В большинстве схем регуляторов напряжения на транзисторах принципиальная схема оконечного каскада имеет вид, представленный на рис. 4.3.а).
Рис. 4.3. а) Схема включения электронного регулятора; б) форма управляющего сигнала и среднего тока в ОВГ.
Схемы регуляторов отличаются друг от друга схемами управления импульсным элементом, роль которого выполняет мощный транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения и работающий в режиме ключа. Когда транзистор находится в закрытом состоянии, можно считать, что сопротивление цепи эмиттер - коллектор весьма велико - «ключ закрыт». Если транзистор работает в режиме насыщения (находится в открытом состоянии)- «ключ открыт», то сопротивление весьма мало. . Схема управления вырабатывает импульсы прямоугольной формы (рис. 4.3.б). При подаче прямоугольного импульса со схемы управления транзистор открывается и через обмотку возбуждения генератора начинает протекать ток. Но так как обмотка возбуждения представляет собой индуктивность, то нарастание тока в ней будет носить экспоненциальный характер. При прекращении воздействия импульса ток возбуждения также будет убывать не мгновенно, а по экспоненте, т.е. при открытом транзисторе в полюсах генератора накапливается магнитная энергия, а в паузе тока управления, ток в обмотке возбуждения продолжает идти за счет накопленной энергии в магнитном поле. Средний ток регулируется изменением скважности импульсов. При отклонении напряжения генератора от заданного значения, например, при его увеличении длительность импульса, а соответственно и время нахождения транзистора в открытом состоянии уменьшается, что приводит к снижению среднего значения тока возбуждения возбудителя генератора, и напряжение генератора возвращается к прежнему значению. При снижении напряжения генератора время нахождения транзистора в открытом состоянии увеличивается, средний ток возбуждения возбудителя и, следовательно, напряжение генератора увеличиваются.
Таким образом, уменьшение скважности ведет к увеличению среднего тока, и наоборот. Электронная комплектация ЭРН позволяет расширить функции регулятора, так, например, на самолете Л410 он защищает сеть от повышения напряжения генератора и ограничивает максимальный ток генератора при запуске двигателя.
УПРАВЛЕНИЕ И ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
К операциям управления относятся: дистанционное включение и отключение генераторов; автоматическое включение генераторов на нагрузку при правильной полярности и определенном соотношении напряжений генераторов и бортсети. Подключение генераторов к бортсети контролируется автоматически.
В процессе эксплуатации возможны случаи отказов элементов систем генерирования, приводящих к нарушению нормальной работы СЭС. В целях предупреждения возможных тяжелых последствий, к которым могут привести ненормальные режимы, применяют различные виды защиты. В СЭС постоянного тока применяют защиты от понижения и повышения напряжения, включения генератора с неправильной полярностью и от коротких замыканий.
Операции управления и защиты от понижения напряжения (от обратных токов) и от включения генератора с неправильной полярностью выполняются комплексным аппаратом - дифференциально-минимальным реле. Защита от повышения напряжения осуществляется с помощью автоматов защиты от перенапряжения.

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.

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