Регулятор напряжения – это устройство, позволяющее поддерживать постоянный вольтаж в цепи потребителя. В зависимости от условий применения и задач конструкции бывают самыми разными, но, в общем и целом, выделяются всего несколько групп: электромеханические, электронные, индукционные, компенсированные трансформаторы.

Регуляторы напряжения электромеханического типа

Мы начнём с того, как вырабатывается ток в автомобиле. Здесь электромеханический регулятор напряжения имеет весьма любопытный принцип действия, который отличается от всего, описанного выше. На борту обычно стоит трёхфазный генератор, напряжение которого выпрямляется по схеме Ларионова (см. наш обзор про диодный мост). Схема собрана с обмоткой возбуждения, которая и сама питается от этого же устройства. Двигатель вращает вал, и уже при частоте порядка 800 – 1000 оборотов в минуту достигается превышение напряжения над номиналом. Амплитуда ЭДС зависит от:

1. Тока питания обмотки возбуждения.
2. Частоты вращения якоря.
3. Тока потребления бортовой сети.

Скорость постоянно варьируется, а редуктора, как правило, не имеется регулируемого. В то же время на порядок может изменяться потребляемый ток. Понятно, что в таких условиях приходится как-то обеспечивать стабильность параметров. Именно этим и занимается регулятор напряжения, изменяя ток питания обмотки возбуждения. Превышение вольтажа над оптимальным всего лишь на 10 процентов приводит к сокращению срока службы аккумуляторной батареи на в 2 – 2,5 раза. А в результате работы регулятора отклонение от номинала не превышает трёх процентов и остаётся в норме. Как это возможно?

Нужно сказать, что напряжение должно быть все-таки чуть выше, нежели то, на которое рассчитан аккумулятор. Ещё этот параметр зависит от температуры окружающей среды. Оно и понятно – меняется плотность электролита. Дополнительно напряжение нужно повысить на 0,2 – 0,5 В для старых батарей, где из-за сульфатации разрушен активный слой пластин. Вносит свою лепту и уровень электролита: с понижением следует уменьшить напряжения заряда на 0,2 – 0,3 В. Вы видите, что требования достаточно много, и невыполнение каждого приводит к неприятным последствиям.

Регулятор напряжения позволяет не только поддержать параметры на нужном уровне, но и задать вольтаж посредством реостата. Отдельные автолюбители даже выносят его в кабину, чтобы было можно подстроить прибор, не выходя из салона. Однако при оптимальных условиях для зарядки аккумулятора создаются невыгодные режимы эксплуатации осветительных приборов, срок службы сокращается в 2 – 3 раза. В этом смысле последовательно в цепь фонарей целесообразно включать резисторы, составляющие 10% от номинала иллюминации. Определить корректность можно в рабочем режиме по падению напряжения на сопротивлении (порядка 1,2 В).

При работе от аккумулятора фары будут светиться немного менее ярко. Автомобильный регулятор напряжения представляет собой тандем:

1. Исполнительный механизм в виде реле с ограничителем максимального и обратного тока.
2. Отслеживающая цепь.

Принцип действия автомобильного регулятора напряжения достаточно прост. В исходном состоянии через устройство на обмотку возбуждения генератора проходит дополнительный ток, контакт удерживается пружиной. Как только вольтаж превышает некое пороговое значение, заданное потенциометром (реостатом), индукция катушки перетягивает усилие натяга, и реле переключается. Ток в цепь обмотки возбуждения начинает подаваться через резистор, за счёт чего система выходит снова на режим.

Реле беспрестанно включается и выключается, обеспечивая нужные параметры. Оно работает подобно ключу, поэтому выгодно реле заменять электронными ключами для увеличения срока службы. Резкие скачки напряжения сглаживаются обратной ЭДС в катушке возбуждения. Поэтому изменения происходят плавно, что, собственно, и хорошо. Заметим, что если перепад будет сильно большим (ввиду отсутствия резистора в цепи обмотки возбуждения), то станет наблюдаться искрения, вызванное все той же обратной ЭДС.

Рассмотренный тип регуляторов относится к электромеханическим. И несмотря на все ухищрения (увеличение частоты срабатывания, термокомпенсация) такие приборы неспособны обеспечить отличные параметры. Мало того, что процесс настройки достаточно сложен, так ещё и параметры меняются по крайней мере в силу трёх причин (профилактика требуется каждый 10 – 15 тысяч км пробега):

• тряска постепенно изменяет настройки потенциометра;
• контакты реле обгорают от искрения, что увеличивает сопротивление, изменяя ток обмотки возбуждения генератора;
• растягивается пружина стабилизатора.

Ограничители максимального и обратного тока

При заполнении сильно разряженного аккумулятора или одновременном включении всех потребителей автомобиля возможно разрушение обмотки возбуждения или якоря. В обычном случае ток не должен превышать 18 – 20 А, что при напряжении 12 В эквивалентно мощности чуть более 200 Вт. Схема защиты также выполняется по электромеханическому шаблону. Это подпружиненное реле, которое в момент превышения током порога максимума перебрасывает контакты, втягивая сердечник магнитным полем индуктивности.

В цепь обмотки возбуждения включается резистор, который гасит часть разницы потенциалов на своём сопротивлении. Это вызывает снижение тока. Затем расход закономерно снижается, и контакты замыкаются вновь. Справедливости ради, скажем, что это реле работает тем же образом, что и предыдущее, но настроено по-другому и функционирует все-таки реже.

Обратите внимание, что это такая защита может отказать в случае короткого замыкания или резкого повышения оборотов. От этих недостатков избавлена электронная схема ограничителей тока.

Реле обратного тока блокирует разряд аккумулятора через обмотки генератора. Кроме того, оно отключает батарею, когда напряжение генератора слишком низкое (порядка 11,8 – 13 В). Все время, пока работает генератор, ток течёт по параллельной обмотке. Как только его напряжение превышает порог, подключается аккумулятор для зарядки. Реле устроено очень хитро, оно имеет две обмотки:

1. Последовательная включена по цепи между генератором и ответвлением проводки к аккумулятору.
2. Параллельная обмотка включена после ответвления, но перед нагрузкой.

В результате при включении генератора аккумулятор от него отделен разомкнутым контактом. По мере роста тока, который течёт по обеим обмоткам усиливается поле катушек. В момент достижения порогового значения реле замыкается и начинается зарядка аккумулятора. Если напряжение падает, то батарея начинает разряжаться. Причём в последовательной обмотке ток теперь направлен к генератору (потому что там потенциал ниже), а в параллельной течёт в том же направлении. Как результат половинное усилие не может удержать сердечник, и тот обрывает связь с генератором. При этом питание бортовой сети идёт от батарей.

По мере набора оборотов ситуация повторяется заново. В какой-то момент потенциал генератора превышает напряжение аккумулятора, и вся сеть начинает питаться отсюда. Через обе обмотки протекает полный прямой ток нагрузки, контакты замыкаются, батарея начинает заряжаться. И так далее. Помимо перечисленных выше минусов, присущих электромеханическим реле, на этот регулятор ещё действует и непостоянство напряжения аккумулятора. Вольтаж резко проседает при запуске стартера ввиду очевидных причин.

Но самый негативный эффект наблюдается при движении по городу. На размыкание реле требуется ток порядка 6 А, что составляет треть всех затрат. В результате частого срабатывания аккумулятор очень быстро разряжается. Это также снижает и срок службы батарей.

Электронные регуляторы напряжения

Нужно сказать, что электромеханические регуляторы напряжения бытового назначения немного отличаются от описанных выше, но суть сводится к тому же: управляемое переключение множества реле. Только в этом случае изменяется число витков обмотки трансформатора. Плюсом электромеханических регуляторов является не только скорость отработки изменения сигнала, но, как ни странно, и точность. Это единственная причина, по которой сегодня все ещё можно найти эти устройства на рынке. Иногда их называют ещё вибрационными.

А теперь перейдём к рассмотрению электронных моделей. Перечислим кратко все составляющие его ступени:

1. Реле обратного тока. В простейшем случае это обыкновенный диод, который включается между плюсами генератора и аккумулятора. Обратный ток в этом случае по определению невозможен. При этом заряде на диоде падёт напряжение порядка 0,5 В, если прибор германиевый, и 1 В, если – кремниевый. Выделяемую мощность можно посчитать, умножив это значение на потребляемый ток 20 А (итого 10 – 20 Вт). Некоторые диоды приходится охлаждать, как и мост Ларионова. Разумеется, неплохо бы применить в этом случае типичное для импульсных блоков питания решения: поставить диод Шоттки. Но даже без этого можно отметить, что на реле падает и того больше – от 1,5 до 2 В (если контакты чистые).
2. В качестве чувствительного элемента обычно используется делитель из резистора и стабилитрона, которые задают режим транзисторного ключа. Это стабилизатор параллельного типа, главным недостатком которого является постоянная трата энергии. Через делитель будет течь ток от начала и до конца работы генератора, причём его величина должна быть в несколько раз тока отпирания базы транзитора. Зато цепь отличается изумительной простотой. Следует отметить, что падение напряжения на транзисторном ключе тоже немалое, и он наверняка потребует принудительного охлаждения, например, радиатора.

Очевидно, что ограничитель максимального тока может работать по той же схеме, что и регулятор напряжения. В точности такой же делитель задаст режим работы транзисторного ключа, определяющего режим питания обмотки возбуждения. Часто используются обычные диоды, через которые пропускают ток нагрузки. Рабочая точка транзистора выбирается так, что при превышении током значения 18 – 20 А и увеличении падения напряжения на диодах до 1,5 – 2 В (вдоль вольт-амперной характеристики) соответствующий резистивный делитель. Транзистор в свою очередь управляет другими силовыми ключами, которые напрямую ограничивают ток питания обмотки возбуждения генератора. Эта схема тоже не защищает от короткого замыкания, но хорошо отрабатывает увеличение оборотов двигателя.

При параллельном соединении двух и более диодов ток через каждый из них в отдельности уменьшается, снижая и падение напряжения. В некоторых случаях это бывает выгодно. И не все так плохо с дифференциальным сопротивлением диодов. В некоторых случаях значительное падение на кремниевых диодах удаётся использовать одновременно для ограничения максимального тока (вместо сопротивлений). За применение именно этого материала говорит более высокая допустимая температура. Кремний выдерживает нагрев до 150 градусов Цельсия. Кстати, с повышением температуры падает и сопротивление диодов.

Для термокомпенсации стабилизатора допускается использовать последовательное встречное включение двух стабилитронов. В этом случае температурные коэффициенты противоположны по знаку и равны. В довершение хотелось бы отметить, что часто щелкающие реле применяются в автомобильной сети не случайно. Это нужно для того, что глаз не замечал мерцания от переключения. Следовательно, частота не должна быть ниже 25 Гц. А учитывая сглаживание за счёт наличия индукции обмотки эффект бабочки становится незначительным.

Мы надеемся, что полученная информация по регуляторам напряжения была полезной и интересной. Мы полагаем также, что перечень приведённых средств далеко не полный. Мы не рассказали про использование терморезисторов и варисторов, но всякое знание ограничено, и лишь незнание не имеет границ.

Регулятор напряжения служит для автоматического поддержания напряжения генератора в заданных пределах при изменении частоты вращения ротора и силы тока генератора в нагрузочном режиме, а также при изменении температуры окружающей среды. Значение поддерживаемого напряжения выбирается с учетом обеспечения заряда аккумуляторной батареи и нормальной работы светотехнических изделий.

На автомобиле ЗИЛ-431410 устанавливается регулятор напряжения 201.3702, на автомобиле ЗИЛ-133ГЯ -регулятор РР132, на автомобиле ЗИЛ-131Н - регулятор РР132-А, на автомобиле ЗИЛ-435850 - регулятор Я112-А.

Регулятор напряжения 201.3702 предназначен для работы с генераторами Г250 И1 и 32.3701 (6.6). Регулятор представляет собой бесконтактное реле, выполненное на кремниевых полупроводниковых приборах.

Уровень регулируемого напряжения регулятора 201.3702 с подключенной аккумуляторной батареей при частоте вращения ротора генератора (3000 ± 150) мин"1 и силе тока в нагрузочном режиме (14 +1) А для генератора Г250 И1 и (20 ± 1) А для генератора 32.3701 составляет 13,8 ... 14,5 В, а регулятор 201.3702 (тропическое исполнение) 13,3 ... 14,0 В.

В состав регулятора входят следующие функциональные блоки и элементы:

измерительный блок, предназначенный для сравнения фактического напряжения с заданным. В измерительный блок входят транзистор VT1, стабилитрон VD1, конденсатор С1 и резисторы R1 ... R7;

регулирующий блок, служащий для усиления сигналов измерительного блока и регулирования силы тока возбуждения генератора. В него входят управляющий элемент, состоящий из транзистора VT3 и резисторов R10 ... R13; выходной транзисторный ключ, выполненный на составном транзисторе (транзисторы VT4, VT5), резисторах R14, R15 и гасящем диоде VD3;

блок защиты от короткого замыкания вывода «шунт» на «-», состоящий из транзистора VT2, резистора R9, конденсатора С2 и диода VD2. Резистор R6 обеспечивает общую отрицательную связь, а резистор R8 - местную положительную связь;

диод VD4, предназначенный для защиты полупроводниковых элементов от импульсов напряжения обратной полярности.

Регулятор работает следующим образом. При неработающем двигателе напряжение на выводах регулятора «+».и «-» равно напряжению аккумуляторной батареи и недостаточно для открывания измерительного транзистора VT1, эмиттер которого подключен к стабилитрноу VD1, выполняющему функцию источника опорного напряжения. Управляющий транзистор VT3 закрыт, а составной транзистор VT4, VT5 открыт. В цепи обмотки возбуждения генератора протекает постоянный ток, сила кото-. рого ограничивается активным сопротивлением обмотки возбуждения и падением напряжения на эмиттер-коллекторном переходе насыщенного транзистора VT5. Транзисторы VT4, VT5 при этом открываются под действием тока, протекающего по цепи:«+» аккумуляторной батареи, указатель тока, выключатель S2, «+» регулятора, эмиттер - база транзистора VT5, эмиттер-база транзистора VT4, резистор R14, резистор R13, резистор R12, зажим «-» регулятора, корпус автомобиля, «-» аккумуляторной батареи. В этом случае разность потенциалов на обкладках конденсатора С2 близка к нулю, тока в его цепи нет, вследствие чего транзистор защиты VT2 от короткого замыкания зажима Ш на корпус закрыт.

Когда двигатель пущен и частота вращения ротора генератора повышается, уровень напряжения на зажимах «-(-» и «-» генераторной установки начинает возрастать. В этом случае повышается напряжение, приложенное" к входному делителю (резисторы Rl, R2, R3, R4). Соответственно возрастает напряжение на базе транзистора VT1 и при достижении значения, достаточного для отпирания его, транзистор VT1 открывается и соответственно открывается транзистор VT3. Сопротивление на переходах коллектор-эмиттер транзистора VT3 резко уменьшается, транзисторы VT4 и VT5 закрываются. При этом сила тока в цепи возбуждения уменьшается, а следовательно, понижается и напряжение в бортовой сети автомобиля. При уменьшении регулируемого напряжения до значения, при котором сила тока, протекающего через входной делитель, становится недостаточной для удержания измерительного транзистора VT1 открытым, последний закрывается, и управляющий транзистор VT3 переходит в закрытое состояние, а транзисторы VT4 и VT5 открываются. Напряжение на зажимах «+» и «-» регулятора вновь повышается. Далее процесс регулирования повторяется, в результате чего напряжение в бортовой сети автомобиля поддерживается на заданном уровне.

При периодических переключениях схемы регулятора в нормальных условиях эксплуатации транзистор защиты VT2 выполняет функцию элемента, форсирующего процесс закрывания транзисторов VT4, VT5. При их закрывании напряжение на зажимах «-» и Ш увеличивается, и в цепи конденсатора- С2 протекает ток, открывающий транзистор защиты VT2. Благодаря этому существенно ускоряется процесс открывания транзистора VT3 и закрывания транзисторов VT4, VT5.

Открывание составного транзистора (VT4, VT5) форсируется путем подключения конденсатора С2, соединенного с резистором R9 через диод VD2, к средней точке делителя напряжения R10, R11, включенного между базой и эмиттером управляющего транзистора VT3. Когда составной транзистор VT4, VT5 открывается, конденсатор,С2 начинает разряжаться по цепи: диод VD2, резистор R11, эмиттер-коллекторный переход транзистора УТ5. При этом к базе управляющего транзистора VT3 через резистор R10 прикладывается запирающее напряжение, которое обеспечивает более быстрое открывание составного транзистора VT4, VT5. Благодаря форсированному переключению силового транзистора VT5 удалось существенно снизить активную мощность, рассеиваемую на нем в процессе регулирования напряжения в бортовой сети автомобиля.

В режиме короткого замыкания зажимов Ш и «-» или короткого замыкания в обмотке возбуждения силовой транзистор VT5 защищается от перегрузок по мощности. Допустим, что замыкание произошло в момент времени, когда управляющий транзистор VT3 открыт, а транзистор VT5 закрыт. Вследствие понижения напряжения, поступающего на регулятор, управляющий транзистор VT3 закрывается, а силовой транзистор VT5 открывается. При этом сила тока коллектора силового транзистора ограничивается индуктивностью аккумуляторной батареи и присоединительных проводов регулятора, затем транзистор переходит в линейный режим усиления, вследствие чего напряжение на его эмиттер-коллекторном переходе начинает возрастать. В цепи конденсатор С2, резистор R9, переход база -эмиттер транзистора VT2 возникает ток, открывающий транзисторы VT2 и VT3. Силовой транзистор при этом закрывается. После заряда конденсатора С2 транзистор защиты VT2 и управляющий транзистор VT3. закрываются, а силовой транзистор VT5 открывается. При этом конденсатор С2 разряжается по цепи: диод VD2, резистор R11 и эмиттер-коллекторный переход транзистора VT5. Силовой транзистор VT5 снова переходит в линейный режим усиления. Таким образом в схеме регулятора возникают устойчивые автоколебания. В данном режиме через силовой транзистор VT5 протекает импульсный ток, среднее значение которого не превышает 0,1 А, активная мощность, рассеиваемая на транзисторе, составляет не более 0,5 Вт.

После устранения короткого замыкания регулятор напряжения включается в работу автоматически. Это объясняется тем, что после заряда конденсатора С2 силовой транзистор VT5 не переходит в линейный режим усиления, а остается в режиме насыщения, из-за чего в цепи обмотки возбуждения протекает ток. Напряжение на зажимах «+» и «-» генератора будет повышаться до тех пор, пока не откроется измерительный транзистор VT1. Далее происходит описанный выше процесс регулирования напряжения в бортовой сети в нормальных условиях эксплуатации регулятора.

В процессе эксплуатации регулятора напряжения не требуется выполнять какие-либо регулировки его, поэтому не рекомендуется его вскрытие. Отказ регулятора может произойти вследствие неправильной эксплуатации или открытого дефекта элементов его схемы. Ремонт регулятора напряжения должен проводиться только специалистами и в специально оборудованных мастерских.

Конструкция регулятора напряжения 201.3702 обеспечивает его взаимозаменяемость с регулятором напряжения РР350. Элементы схемы регулятора смонтированы в блок, состоящий из теплоотвода с силовым транзистором КТ837Х и печатной платы с остальными элементами схемы, к которой с помощью гибких монтажных проводов подключен трехштырьковый разъем. Блок помещен в металлический корпус и закрыт стальной крышкой. Для монтажа на автомобиле корпус регулятора имеет две крепежные лапы с отверстиями, одна из которых снабжена выводом для подсоединения зажима «-» генератора.

Регулятор напряжения РР132 состоит из двух основных функциональных блоков: измерительного -делитель напряжения (резисторы Rl, R2, R7, дроссель L), стабилитрон VD1, транзистор VT1 с резисторами R3 и R5 и регулирующего - транзистор VT2, диоды VD2 и VD3, резистор R4 (6.7).

Регулятор работает по принципу бесконтактного реле. При включении выключателя приборов на цепь базы выходного транзистора VT2 через резистор R5 подается напряжение от аккумуляторной батареи и транзистор при этом будет открытым. Через обмотку возбуждения генератора протекает ток, сила которого определяется напряжением батареи и сопротивлением обмотки возбуждения. Этот ток обеспечивает возбуждение генератора и рост напряжения на его зажимах «+» и «-» по мере повышения частоты вращения ротора.

Сопротивление резисторов делителя подобрано таким образом, что при неработающем двигателе падение напряжения на стабилитроне VD1 будет меньше напряжения стабилизации, и поэтому пробой стабилитрона в обратном направлении не происходит, транзистор VT1 закрыт (ток базы отсутствует).

При напряжении 13,5 ... 14,8 В стабилитрон пробивается, резко снижается его сопротивление, и на базе транзистора VT1 появляется напряжение положительной полярности. Он отпирается, а транзистор VT2 вследствие изменения полярности напряжения на базе запирается. При этом резко увеличивается сопротивление участка эмиттер - коллектор транзистора VT2, входя-, щего. в цепь обмотки возбуждения, и, следовательно., снижается напряжение генератора.

Напряжение, снижается до тех пор, пока вновь не закроется стабилитрон. При этом транзистор VT2 открывается, и напряжение генератора будет возрастать до тех пор, пока не достигнет установленного значения и не произойдет повторный пробой стабилитрона. В системе устанавливаются автоколебания, благодаря которым автоматически поддерживается заданный уровень регулируемого напряжения.

Резистор R7 является подстроечным и служит для регулирования напряжения, поддерживаемого регулятором. Дроссель сглаживает пульсации выпрямленного напряжения генератора, так как пики пульсирующего напряжения генератора могли бы вызывать ложные срабатывания элементов. Диоды VD2 и VD3 служат для надежного запирания транзистора VT2. Диод VD4 шунтирует ЭДС самоиндукции, возникающую в обмотке возбуждения генератора при коммутации в ней тока, защищая транзистор VT2 от перенапряжений. Резистор цепи обратной связи R6 служит для повышения частоты переключения и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое.

В корпусе регулятора, отлитом из алюминиевого сплава, помещена печатная плата, на которой размещены все элементы, кроме транзисторов VT1 и VT2. Последние установлены на алюминиевой пластине-теплоотводе. Между печатной платой и пластиной-теплоотводом устанавливается подставка, выполненная из изоляционного материала.

Резистор R5 должен иметь сопротивление 37,5 Ом и рассеивать мощность 6,5 Вт. Рассеиваемая мощность резисторов типа МЛТ не более 2 Вт. Следовательно, для обеспечения рассеиваемой мощности 6,5 Вт необходимо применять четыре резистора МЛТ с номинальным сопротивлением 150 Ом.

Крышка корпуса регулятора отлита из алюмениевого сплава, закреплена на корпусе винтами. Между корпусом и крышкой проложен резиновый шнур для предотвращения проникновения

влаги и пыли.

В корпусе, регулятора имеются: вывод «+» с резьбой Мо^ для подключения к зажиму «+» регулятора, вывод Ш с резьбой М4 для подключения обмотки возбуждения генератора и резьбовое отверстие М5 для соединения с корпусом автомобиля.

Регулятор напряжения РР132-А работает совместно с генераторами Г250П1, Г287-Б, 381.3701 и 382.3701. Регулятор является усовершенствованной модификацией регулятора РР132. Он имеет трехдиапазонную настройку регулируемого напряжения. Изменение диапазонов напряжения осуществляется переключателем, расположенным на верхней части основания регулятора (при рабочем положении регулятора - выводом Ш вниз). Переключатель закрыт заглушкой. Положение рычажка переключателя соответствуют следующим значениям: крайнее левое - максимальному, среднее _ минимальному, крайнее правое - среднему. Маркировка диапазонов напряжения сделана на крышке регулятора. Регуляторы, устанавливаемые на автомобили, имеют средний диапазон

настройки.

Значения регулируемого напряжения при температуре окружающей среды и регулятора (20+5) °С должны быть следующие: минимальное (13,6+0,35) В, среднее - выше минимального на (0,6+0,15) В, максимальное (14,7+0,35) В.

Работа регулятора проверяегся при частоте вращения ротора генератора 3500 мин"1 и силе тока: 14 А для генератора Г250Ш и 36 А для генератора Г287-Б.

Схема регулятора приведена на 6.8. Делитель напряжения регулятора, в отличие от регулятора РР132, имеет дополнительно дварезистора и переключатель S3, который обеспечивает возможность переключения диапазонов регулируемого напряжения. Параллельное включение силовых транзисторов VT2 и VT3 повышает надежность работы регулятора. В цепи базы этих транзисторов установлены стабилитроны VD2...VD4. Назначение их то же, что и диодов у регулятора РР132.

В остальном схема, принцип работы и конструкция регуляторов РР132 и РР132-А аналогичны.

В интегральном регуляторе Я112А применен составной транзистор VT2, VT3, что позволило резко сократить мощность других элементов регулятора (6.9). Для уменьшения мощности, рассеиваемой транзистором VT3, в цепь коллектора его включен резистор R8. С возрастанием сопротивления резистора R8 до определенного значения увеличивается степень насыщения транзистора VT3 и уменьшается рассеиваемая им мощность.

Скорость переключения транзисторов в регуляторе увеличивается с помощью обратной связи - жесткой эмиттерной посредством резистора R7 и гибкой коллекторной, образованной цепью C1-R9.

В качестве фильтра в регуляторе используется конденсатор

С2, включенный между базами транзисторов VT1 и VT2. При

подаче напряжения от аккумуляторной батареи через выключа

тель зажигания S1 по цепи делителя напряжения (резисторы

Rl, R2, R3) протекает ток, и на резисторе R3 создается падение

напряжения. Так как напряжение аккумуляторной батареи меньше

напряжения срабатывания транзисторного реле, транзистор VT1

закрыт, составной транзистор открыт. По обмотке возбужде

ния генератора протекает ток. С возрастанием частоты вращения

ротора генератора повышается напряжение на зажимах генератора. Когда напряжение генератора достигает значения, при котором срабатывает транзисторное реле, транзистор VT1 открывается, а составной транзистор закрывается. Обмотка возбуждения генератора при этом отключается от источника напряжения. Возникающая ЭДС самоиндукции замыкается через шунтирующий диод VD6. В результате сила тока возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. Когда напряжение генератора понизится до значения, равного напряжению возврата транзисторного реле в исходное положение, транзистор VT1 закроется, а составной транзистор откроется. Затем процесс периодически повторяется. Применение гибкой обратной связи позволяет ускорить процессы переключения транзисторов. Когда составной транзистор находится в состоянии насыщения, напряжение, приложенное к цепи R9-C1, мало (по этой цепи ток не протекает). При переключении составного транзистора из состояния насыщения в состояние отсечки потенциал на его коллекторе резко увеличивается и в цепи резистор R9, конденсатор С1, эмиттерный переход транзистора VT1 возникает импульс тока, форсирующий процесс переключения транзистора VT1, а следовательно, и составного транзистора. При этом конденсатор С1 заряжается. При переходе составного транзистора из состояния отсечки в состояние насыщения конденсатор С1 разряжается по цепи резистор R9, составной транзистор, резисторы R7, R4, создавая на эмиттер ном переходе транзистора VT1 сигнал обратной полярности. В результате ускоряется процесс закрытия транзистора VT1 и открытия составного транзистора. Интегральный регулятор напряжения имеет металлическое основание размером 58x38 X 1,9 мм, выполняющее и функции отвода, теплоты от активных элементов. На основании размещен

блок мощных активных элементов, который представляет собой металлизированную керамическую подложку с напаянными на ней бескорпусными транзисторами VT2, VT3 и диодом VD6. Функции диода выполняет транзистор с короткозамкнутыми базовым и эмиттерным электродами. На основании размещен также блок маломощных резисторов, который выполнен в виде теплопроводя-щей керамической пластины (подложки), на которой путем толстопленочной технологии нанесены резисторы и соединяющие их проводники. К контактным площадкам блока резисторов припаяны конденсаторы Cl, C2, стабилитрон VD4, диод VD5 и транзистор VT1.

К основанию регулятора напряжения приклеена пластмассовая крышка, защищающая элементы регулятора от механических повреждений. Для герметизации элементов регулятора напряжения свободное пространство под крышкой заполнено (через отверстие в ней) топливоводостойким компаундом.

Интегральный регулятор напряжения имеет неразборную конструкцию, а следовательно, не ремонтируется.

При замене регулятора напряжения Я112А или при установке снятого регулятора необходимо обращать внимание на «технологический ключ» на основании регулятора, который представляет собой выступ шириной 4 и длиной 2,6 мм. Он обеспечивает однозначную установку регулятора напряжения на генератор.

Регулируемое напряжение при силе тока нагрузочного режима 14 А, частоте вращения ротора генератора 3500 мин"1 и температуре окружающей среды (25+10) °С регуляторов в исполнении для умеренного климата равно 14,4 В, в тропическом исполнении 13,2... 13,9 В.

Техническое обслуживание

При каждом ТО-2 проверяют чистоту наконечников проводов к выводам регулятора напряжения и их затяжку. Во время эксплуатации регуляторы напряжения не требуют какой-либо регулировки. Поэтому вскрывать их не рекомендуется.

Регулятор РР132-А позволяет при СО изменять диапазон регулируемого напряжения. При необходимости изменения диапазона регулируемого напряжения1 необходимо отвернуть заглушку, закрывающую переключатель, и переключить переключатель в требуемое положение. При подготовив автомобиля к эксплуатации в зимний период напряжение повышают для полного заряда аккумуляторной батареи. После этого заглушку заворачивают до упора, обращая внимание на наличие резинового уплотнительного кольца.

Возможные неисправности

Ниже приведены основные неисправности регулятора, причины, их вызывающие, и способы устранения.

Водитель перед выездом и в процессе эксплуатации автомобиля проверяет работу генератора и регулятора напряжения по пока-

заниям указателя тока аккумуляторной батареи. Отсутствие зарядного тока является необходимым, но недостаточным признаком для вывода о неисправности генератора или регулятора напряжения, так как аккумуляторная батарея может быть полностью заряжена и не принимать заряда. Только наличие разрядного тока при средней частоте вращения коленчатого вала двигателя свидетельствует об отказе в работе генераторной установки. Чтобы этот признак проявился более явно, рекомендуется при средней частоте вращения коленчатого вала включить потребители электрической энергии (удобнее фары).

Неисправность надо искать в генераторе (обмотка статора, выпрямительный блок), соединительном проводе на участке между генератором и аккумуляторной батареей или же в цепи возбуждения (обмотка возбуждения, щеточный узел, регулятор напряжения, соединительные провода от выключателя зажигания к регулятору напряжения и от регулятора напряжения к щеточному узлу генератора).

Для того чтобы определить неисправную цепь, необходимо отсоединить провода от щеточного узла и подать напряжение на обмотку возбуждения непосредственно от аккумуляторной батареи. Если при работающем двигателе появится зарядный ток, следовательно, неисправность имеется в цепи возбуждения (в том числе может быть и в регуляторе напряжения). При отсутствии зарядного тока неисправен генератор.

Признаком неисправности генераторной установки является также большой силы зарядный ток при заряженной батарее. В этом случае неисправность вызвана регулятором напряжения, который или не регулирует напряжение генератора (пропускает ток в обмотку возбуждения независимо от частоты вращения ротора генератора и его нагрузочного режима) или отрегулирован на большое значение регулируемого напряжения, что сопровождается быстрым «выкипанием» электролита в аккумуляторной батарее во время эксплуатации.

При измерении регулируемого напряжения на автомобиле необходимо подключить вольтметр к выводу «+» аккумуляторной батареи (выводу «+» регулятора напряжения) и корпусу; включить (в качестве нагрузки) дальний свет фар; зафиксировать регулируемое напряжение по показанию вольтметра при средней частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Для проверки регулятора напряжения на автомобиле можно использовать прибор НИИАТ-Э-5. Более тщательная проверка регулятора напряжения, снятого с автомобиля, может быть проведена на стенде мод. 532. При отсутствии такого стенда проверку регулятора можно осуществить на простейшем стенде, имеющим привод для вращения ротора генератора (6.10). При проверке регулятора необходимо установить частоту вращения ротора генератора и нагрузочный режим в соответствии с технической характеристикой регулятора. В случае отклонения регулируемого

напряжения на ±3% от заданного регулятор напряжения необходимо направить на ремонт.

При отклонении регулируемого напряжения регулируют регулятор заменой под-строечного резистора в делителе напряжения. В регуляторе напряжения 201.3702 подстроечным резистором является резистор RJ, в регуляторе РР132 резистор/?/и в регуляторе РР132-А - резистор R3. Интегральный регулятор Я112А не регулируется: точность регулировки обеспечена в процессе производства.

При ремонте неисправных регуляторов напряжения основные трудности связаны с определением неисправных элементов схемы. Для этого вначале определяют состояние выходного транзистора (транзистор VT5 у регулятора 201.3702, транзистор VT2 у регулятора РР132 и транзисторы VT2, VT3 у регулятора РР132-А). Если при увеличении напряжения выходной транзистор не запирается, то он пробит или всегда открыт. Выходной транзистор всегда открыт, если: не срабатывает стабилитрон; не открывается входной (первый) транзистор; не открывается управляющий транзистор VT3 у регулятора 201.3702.

Стабилитрон не срабатывает в случае обрыва в его цепи. Входной транзистор не открывается при обрыве в цепи стабилитрона и в цепи транзистора. Управляющий транзистор не открывается во всех перечисленных случаях, а также при обрыве в его цепи. Если при подключении регулятора генератор не возбуждается, то это означает, что выходной транзистор не пропускает ток, т. е. всегда закрыт или в его цепи имеется обрыв.

Выходной транзистор всегда закрыт, если пробит или срабатывает стабилитрон при низком напряжении генератора; открыт (или пробит) входной транзистор; открыт (или пробит) управляющий транзистор у регулятора 201.3702

Элементы схемы регулятора напряжения проверяют, начиная со стабилитрона, для чего отпаивают от схемы хотя бы один его вывод и омметром измеряют сопротивление стабилитрона, меняя местами зажимы на выводах проверяемого прибора. Стабилитрон считают исправным, если при одном измерении сопротивление будет не более 100...200 Ом, а при перемене местами зажимов омметра будет составлять сотни кОм. В пробитом стабилитроне сопротивление равно нулю, а при обрыве вывода - бесконечности.

При исправном стабилитроне последовательно проверяют состояние транзисторов, начиная с входного и заканчивая выходным

Для проверки транзистора отпаивают хотя бы два любых его вывода и подключают поочередно к двум любым выводам транзистора омметр. Транзистор считается исправным, если сопротивление при этих измерениях больше нуля, но не более 500 кОм и омметр оказывает различное сопротивление одних и тех же переходов при перемене местами зажимов омметра. В неисправном транзисторе сопротивление между двумя выводами равно нулю или бесконечности. Если стабилитрон и транзисторы исправны, омметром проверяют состояние резисторов и диодов, включенных в цепь стабилитрона и транзисторов.

Отпаивание и пайка полупроводниковых приборов для проверки и при замене их проводится при постоянном теплоотводе между корпусом полупроводникового прибора и местом пайки. Следует помнить, что полупроводниковые приборы разрушаются даже при кратковременном нагревании до температуры свыше 150 °С. Поэтому для пайки следует использовать припой с температурой плавления, как правило, не прервышающей 260 °С (например, припой ПОС-40). Выводы базы транзисторов необходимо присоединять в схему первыми и отключать последними. Запрещается подавать напряжение на транзистор, база которого отключена.

После ремонта регулятор напряжения необходимо проверить на стенде при работе с тем типом генератора, с которым он работает на автомобиле.

В том случае, если проводится ремонт партии регуляторов одного типа, целесообразно снять карту напряжений или осциллограммы контрольных точек схемы исправного регулятора напряжения. Это позволит сократить время поиска неисправности, так как неисправность будет определяться путем сравнения напряжений и формы сигнала в контрольных точках регулятора.

Вибрационного типа работает по отклонению напряжения. Принцип работы регулятора напряжения вибрационного типа основан на включении в цепь обмотки возбуждения генератора дополнительного резистора при повышении напряжения на выводах генератора (рис. 1).

Регулятор состоит из электромагнита Y, якоря с подвижным контактом S, неподвижного контакта и добавочного резистора R1, включенного в цепь обмотки возбуждения LG генератора.

При нормальном напряжении контакты замкнуты, и обмотка возбуждения генератора получает питание от якоря, минуя резистор. Как только напряжение на выводах генератора увеличится, электромагнит Y, преодолевая сопротивление пружины П, притянет якорь и разомкнет контакт. В результате ток в обмотку возбуждения будет поступать через дополнительный резистор, и напряжение на выводах генератора уменьшится.

Рис. 1. Принцип действия регулятора напряжения вибрационного типа

Таким образом, пределы регулирования напряжения генератора устанавливаются включенным и выключенным состоянием контакта S. Значение продолжительности включенного состояния контакта регулируется натяжением пружины П.

Большое количество судов малого водоизмещения, в том числе и суда на подводных крыльях, имеют напряжение в сети 24 В. Источниками электроэнергии являются генераторы небольшой мощности (1200 или 1500 Вт), навешенные на дизель и . На судах малого водоизмещения чаще всего используют генераторы Г-732 с реле-регулятором вибрационного типа РРТ-32 и генераторами ГСК-1500 с реле-регулятором вибрационного типа РК-1500.

На рис. 2 показана схема реле-регулятора РРТ-32, скомплектованного из пяти электромагнитных приборов: реле обратного тока К1, двух ограничителей тока К2, К3 и двух регуляторов напряжения К4, К5.

Рис. 2. Принципиальная схема реле-регулятора РРТ-32

Вибрационные регуляторы напряжения генераторов (рис. 3, а) применяются на земснарядах. Основным элементом такого регулятора является электромагнит, принцип действия которого иллюстрируется рис. 3, б. Ф1, создаваемый обмоткой L1, зависит от напряжения генератора; поток Ф3 создается обмоткой L3, включенной последовательно с обмоткой возбуждения генератора; поток Ф2 создается обмоткой L2, включенной параллельно обмотке возбуждения генератора.

Рис. 3. Принципиальная схема вибрационного

регулятора напряжения генератора постоянного тока

Вместо вибрационных регуляторов для судовых генераторов в настоящее время используют бесконтактные реле-регуляторы (рис. 4).

Действие их заключается в следующем. По мере увеличения напряжения на выводах генератора ток возбуждения будет возрастать, так как при напряжении, меньшем номинального, V1 не пропускает ток и потенциал базы V2 становится выше потенциала эмиттера — транзистор V2 закрыт. При закрытом транзисторе V2 напряжение на базе транзистора V3 ниже потенциала его эмиттера, поэтому транзистор V3 открыт, и в обмотке возбуждения генератора течет ток.

Рис. 4. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения

Применение диода V4 в качестве элемента обратной связи ухудшает , особенно при предварительно включенной нагрузке, когда пороговое сопротивление диода оказывается выше критического сопротивления цепи возбуждения генератора. Для улучшения условий самовозбуждения генератора рекомендуется диод V4 шунтировать резистором R3.

Ток генератора ограничивается с помощью транзистора V5. При номинальном токе напряжение на диоде V6 превышает напряжение на резисторе R8, поэтому потенциал базы транзистора V5 выше потенциала эмиттера, и транзистор закрыт. Если ток генератора станет больше номинального, напряжение на резисторе R8 превысит напряжение на диоде V6, транзистор V5 откроется, вследствие чего потенциал базы транзистора V3 станет выше потенциала эмиттера, и транзистор V3 закроется, ток возбуждения прекратится, и напряжение генератора снизится, уменьшая ток нагрузки.

Обратный ток ограничивается с помощью диода V7, который пропускает ток в одну сторону и закрывается при приложении к нему напряжения обратной полярности.

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Все регуляторы напряжения имеют измерительные элементы, являющиеся датчиками напряжения, и исполнительные элементы, осуществляющие его регулирование.

На современных автомобилях применяют полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, которые, как правило, встроены в генератор и объединены со щеточным узлом. Они изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Эти регуляторы не подвержены разрегулировке и не требуют никакого обслуживания, кроме контроля надежности контактов.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации - изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С.

Принцип действия регулятора напряжения

Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки - тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить - увеличивается.

Принцип работы электронного регулятора удобно продемонстрировать на достаточно простой схеме регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch, представленной на рис. 5.6:

Датчиком напряжения является стабилитрон VD2. При достижении заданной величины напряжения, стабилитрон "пробивается" и по нему начинает протекать ток. Напряжение к стабилитрону VD2 подводится от вывода генератора "D+" через делитель напряжения на резисторах R1(R3 и диод VD1, осуществляющий температурную компенсацию. Когда напряжение низкое, стабилитрон не пропускает электрический ток и через лампочкуHLток проходит к обмотке возбуждения генератора. Когда напряжение достигает максимальной величины, стабилитрон пробивается и электронный блок прекращает подаче тока в обмотку возбуждения (рис. 5.7).

Из рис. 5.6 хорошо видна роль лампы HL контроля работоспособного состояния генераторной установки (лампа контроля заряда на панели приборов автомобиля). При неработающем двигателе автомобиля 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. После запуска двигателя, на выводах генератора "D+" и "В+" появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня. Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора в случае обрыва цепи обмотки возбуждения при работающем двигателе автомобиля лампа HL загорается.

В настоящее время все больше фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения. В этом случае в регулятор заводится вывод фазы генератора. При неработающем двигателе автомобиля, напряжение на выводе фазы генератора отсутствует и регулятор напряжения в этом случае переходит в режим, препятствующий разряду аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения. Например, при включении выключателя зажигания схема регулятора переводит его 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.

Cтраница 1

Вибрационный регулятор напряжения в автомобилях управляет выходным напряжением генераторов путем изменения тока в цени с вибрационными контактами. При работе контактов в течение нескольких секунд в цепи постоянного тока материал из одного контакта может переходить в другой. Для ограничения этого перехода применяются поляризованные контакты. Для отрицательного контакта может быть использовано серебро с 0 25 % графита, а для положительного - серебро с марганцем. В неполяризованных контактах таких регуляторов может быть использован композиционный материал серебро - окись марганца - окись никеля, полученный по методу внутреннего окисления. Оба эти материала используются как головки заклепок.  

Вибрационный регулятор напряжения работает следующим обра-юм. Пружина 11 удерживает контакты в замкнутом состоянии. При этом ток через резистор не идет.  

Вибрационные регуляторы напряжения основаны на том же принципе поддержания постоянного напряжения генератора, что и транзисторные электронные регуляторы.  

Вибрационные регуляторы напряжения состоят из магнитной системы, подвижной и неподвижной катушек, контактной системы, установочных пружин и сопротивлений, включаемых в цепь обмотки возбуждения ВГ. Действие регуляторов основано на взаимодействии усилия пружин и усилия взаимного притяжения подвижной и неподвижной катушек при протекании по ним тока. Подвижная и неподвижная катушки включаются параллельно якорю ВГ, и ток, в них а следовательно, и усилие взаимодействия зависят от напряжения ВГ. Подвижная катушка связана с контактной системой, на которую действует также усилие пружин. Перемещение контактной системы, вызванное отклонением тока в катушках (напряжение ВГ), приводит к изменению величины сопротивления в цепи возбуждения ВГ, направленного на компенсацию возникшего отклонения.  

Вибрационный регулятор напряжения ненадежен в работе вследствие окисления контактов и уменьшения упругости пружины, что вызывает снижение напряжения и мощности генератора. В транзисторном регуляторе напряжения эти эксплуатационные дефекты исключаются.  

Вибрационный регулятор напряжения служит для автоматического поддержания напряжения генератора в заданных пределах. На сердечнике регулятора имеется обмотка 6, включенная параллельно обмотке якоря.  

Вибрационный регулятор напряжения типа РР310 состоит из реле включения и реле напряжения, а реле блокировки РБ1 из четырех кремниевых диодов типа Д202, собранных по схеме моста, и электромагнитного реле. Реле блокировки предназначено для исключения случаев включения стартера при работающем двигателе и для сигнализации контрольной лампой заряда и разряда аккумуляторной батареи.  

В вибрационных регуляторах напряжения в цепь обмотки возбуждения периодически включается (закорачивается) добавочное сопротивление. Так как контакты вибрационных регуляторов напряжения работают в тяжелых условиях, эти регуляторы применяют только с генераторами малой мощности (до 1500 Вт), токи возбуждения которых не превышает 2 А.  

В вибрационном регуляторе напряжения (рис. 9 - 4 о) ток возбуждения / в меняется путем периодического изменения на конечную величину и с достаточно большой частотой (60 - 100 гц) параметров в цепи обмотки возбуждения генератора, обычно величины добавочного гд или шунтирующего гш сопротивлений. Рычаг приводится в движение разностью сил пружины Пр и электромагнита Э, имеющего две катушки: Я-включенную через установочное сопротивление к генератору и П - включенную в цепь тока нагрузки.