Реле-регулятор напряжения генератора

Реле-регулятор напряжения генератора

Автор: Максим Марков

Дата: 2016-05-20

Доброго времени суток! Сегодня, продолжим тему небольших электрических механизмов (начатую в прошлой публикации), которые имеют важнейшее значение в нормальной работе транспортного средства. Объектом нашего разговора станет такой механизм, как реле-регулятор напряжения генератора (РРНГ). На первый взгляд, вам может показаться что с подобной деталью вы еще не встречались, но наверняка это не так. Если доводилось лично снимать генератор, уверен вы замечали на задней его стенке некое устройство, закрепленное на двух болтах, вот это оно и есть. Надеюсь вы поняли, о чем я зачастую на нем же присутствуют и щетки.

Выход из строй данного реле, случай нередкостный, лично у меня бывало будто черная полоса какая-то, менял их одну за одной и так раз 5-6. Именно в то время мне пришлось узнать о нем поподробней благодаря чему и удалось решить проблему. Ладно не будем обо мне, лучше о реле, которое восстановит необходимый уровень зарядного тока, исходящего от генератора и предотвратит поломку аккумулятора. Но для начала, ну никак нельзя обойти стороной сам генератор, ведь РРНГ, является одним из основных его элементов.

Устройство автомобилей

Для чего генератору нужен регулятор?

Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля и работы двигателя не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи или ее перезаряд, а питание потребителей осуществлялось напряжением и током требуемой величины.
Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

ЭДС индукции в соответствии с законом Фарадея, зависит от скорости перемещения проводника в магнитном поле и величины магнитного потока:

где с — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора;
ω — угловая скорость ротора (якоря) генератора:
Ф — магнитный поток возбуждения.

Поэтому напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения его ротора и интенсивности магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. В свою очередь мощность магнитного потока зависит от величины тока возбуждения, который изменяется пропорционально частоте вращения ротора, поскольку ротор выполнен в виде вращающегося электромагнита.
Кроме того, ток, поступающий в обмотку возбуждения, зависит от величины нагрузки, отдаваемой в данный момент потребителям бортовой сети автомобиля. Чем больше частота вращения ротора и ток возбуждения, тем большее напряжение вырабатывает генератор, чем больше ток нагрузки, тем меньше генерируемое напряжение.

Пульсация напряжения на выходе из генератора недопустима, поскольку это может привести к выходу из строя потребителей бортовой электрической сети, а также перезаряду или недозаряду аккумулятора. Поэтому использование на автомобилях в качестве источника электроэнергии генераторных установок обусловило использование специальных устройств, поддерживающих генерируемое напряжение в приемлемом для работы потребителей диапазоне. Такие устройства называются реле-регуляторы напряжения.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация вырабатываемого генератором напряжения при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в бортовой электросети.

Наиболее просто контролировать величину вырабатываемого генератором напряжения изменением величины тока в обмотке возбуждения, регулируя тем самым мощность создаваемого обмоткой магнитного поля. Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но управлять магнитным полем такого магнита сложно, поэтому в генераторных установках современных автомобилей применяются роторы с электромагнитами в виде обмотки возбуждения.

На автомобилях для регулирования напряжения генератора применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы которых положен принцип действия различного рода реле. По мере развития электротехники и электроники, регуляторы генерируемого напряжения претерпели существенную эволюцию, от простых электромеханических реле, называемых вибрационными регуляторами напряжения, до бесконтактных интегральных регуляторов, в которых полностью отсутствуют подвижные механические элементы.

Вибрационный регулятор напряжения

Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения.
Вибрационный регулятор напряжения (рис. 1) имеет добавочный резистор R_о, который включается последовательно в обмотку возбуждения ОВ. Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора ОР, намотанная на сердечнике 4, включена на полное напряжение генератора.

При неработающем генераторе пружина 1 оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к генератору, минуя резистор R_о.

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины 1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжения генератора значения размыкания U_р сила магнитноо притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор, и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания реле значения I_р, начнет падать.
Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение напряжения генератора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в обмотке ОР. Когда напряжение уменьшится до значения замыкания U_з, сила натяжения пружины преодолеет силу магнитного притяжения якоря к сердечнику, контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится. При работающем двигателе и генераторе этот процесс периодически повторяется с большой частотой.
В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения U_ср определяет напряжение генератора. Очевидно, что это напряжение зависит от силы натяжения пружины реле, поэтому изменяя натяжение пружины можно регулировать напряжение генератора.

В конструкцию вибрационных регуляторов (рис. 1, а) входит ряд дополнительных узлов и элементов, назначение которых — обеспечить повышение частоты колебания якоря с целью уменьшения пульсации напряжения (ускоряющие обмотки или резисторы), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из тугоплавких металлов, биметаллические пластины, магнитные шунты), стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки).

Недостатком вибрационных регуляторов напряжения является наличие подвижных элементов, вибрирующих контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики которой в процессе эксплуатации меняются.
Особенно сильно эти недостатки проявились в генераторах переменного тока, у которых ток возбуждения почти в два раза больше, чем в генераторах постоянного тока. Использование раздельных ветвей питания обмотки возбуждения и двухступенчатых регуляторов напряжения с двумя парами контактов не решали проблему полностью и приводили к усложнению конструкции регулятора, поэтому дальнейшее совершенствование шло, прежде всего, по пути широкого использования полупроводниковых приборов.
Сначала появились контактно-транзисторные конструкции, а затем и бесконтактные.

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения являются переходной конструкцией от механических регуляторов к полупроводниковым. При этом транзистор выполнял функцию элемента, прерывающего ток в обмотку возбуждения, а электромеханическое реле с контактами управляло работой транзистора. В таких регуляторах напряжения сохранялись электромагнитные реле с подвижными контактами, однако, благодаря использованию транзистора ток, протекающий через эти контакты, удалось значительно уменьшить, увеличив тем самым срок службы контактов и надежность работы регулятора.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно в обмотку возбуждения.
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор запирает цепь обмотки возбуждения, а при снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).
С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5…14,2 В, выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается.
Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора.
Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незначительны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13,5…14,2 В.

Конструктивно регуляторы напряжения могут выполняться в виде отдельного прибора, устанавливаемого раздельно с генератором, или интегральными (интегрированными), устанавливаемыми в корпусе генератора. Интегральные регуляторы напряжения обычно объединяются с щеточным узлом генератора.

Ниже приведены принципиальные схемы подключения и работы полупроводниковых регуляторов напряжения различных типов и конструкций.

Регулятор напряжения

Назначением регулятора является поддержание постоянного напряжения тока, вырабатываемого генератором при переменной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Принцип работы

Регулятор напряжения (схема 2) представляет собой двухступенчатый электромагнитный регулятор вибрационного типа.

При возрастании напряжения генератора до 13…14 Вольт якорь 6 регулятора под действием магнитного поля обмотки 8 и пружины 7 начинает вибрировать, размыкая и замыкая подвижный 4 и верхний неподвижный 5 контакты. При этом в цепь обмотки возбуждения генератора то включается, то выключается из нее дополнительное сопротивление 1. Так осуществляется первая ступень регулирования напряжения генератора.

Схема 2 – Регулятор напряжения

1 – сопротивление; 2 – дроссель; 3, 4, 5 – контакты; 6 – якорь; 7 – пружина; 8 — обмотка

При повышении напряжения генератора более 14 Вольт начинают замыкаться и размыкаться подвижный 4 и нижний неподвижный 3 контакты. При замыкании этих контактов обмотка возбуждения автомобильного генератора замыкается на «массу». Так происходит вторая ступень регулирования напряжения. В результате вырабатываемое напряжение всегда остается в заданных пределах.

Для уменьшения искрения между контактами 4 и 5 при работе регулятора служит дроссель 2. Регулятор напряжения сверху закрывается стальной крышкой с прокладкой из полиуретана и устанавливается в подкапотном пространстве отделения двигателя.

Электронные регуляторы напряжения

Постоянное напряжение тока, вырабатываемого другими генераторами, может поддерживать также малогабаритный микроэлектронный регулятор напряжения, который встроен в генераторы. Он представляет собой неразборное и нерегулируемое устройство. При возрастании напряжения генератора свыше 13,5…14,5 В электронный регулятор напряжения прерывает поступление тока в обмотку возбуждения ротора.

В результате этого напряжение генератора падает. Регулятор напряжения вновь пропускает ток в обмотку возбуждения ротора, и процесс повторяется. Таким образом, непрерывно и автоматически регулируя ток, проходящий по обмотке возбуждения автомобильного генератора, регулятор поддерживает напряжение в пределах 13,5…14,5 В независимо от тока нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Вопросы выбора, диагностики и замены реле-регуляторов напряжения

В реле-регуляторах могут возникать различные неисправности, которые в большинстве случаев проявляются отсутствием тока заряда АКБ и, напротив, чрезмерным током заряда АКБ. Простейшая проверка регулятора может быть проведена с помощью вольтметра — достаточно запустить двигатель и в течение 10-15 минут дать ему поработать с частотой 2500-3000 об/мин и со включенными фарами. Затем, не снижая оборотов и не выключая фар, измерить напряжение на клеммах АКБ — оно должно составлять 14,1-14,3 вольта (для 24-вольтовых в два раза выше). Если напряжение значительно ниже или выше, то это повод проверить генератор, и, если он в порядке — заменить регулятор.

На замену следует брать реле-регулятор того же типа и модели, что был установлен ранее. Особенно нужно обращать внимание на порядок подключения регулятора к бортовой сети (к каким клеммам генератора и других элементов), а также на напряжение питания и токи. Замену детали необходимо выполнять по инструкции, работ можно выполнять только при остановленном двигателе и снятой с АКБ клеммы. Если соблюдены все рекомендации, а регулятор подобран верно, то он сразу начнет работать, обеспечивая нормальное функционирование электросистемы.

Генератор авто. Устройство и как работает

Как работает

При пуске двигателя автомобиля основным потребителем электроэнергии является стартер, сила тока достигает сотен ампер, что вызывает значительное падение напряжения аккумулятора. В этом режиме потребители питаются только от аккумулятора, который интенсивно разряжается. Сразу после пуска двигателя генератор становится основным источником электроснабжения.

Генератор авто является источником постоянной подзарядки аккумуляторной батареи во время работы двигателя. Если он не будет работать, аккумулятор быстро разрядиться. Он обеспечивает требуемый ток для заряда АКБ и работы электроприборов. После подзарядки аккумулятора, генератор снижает зарядный ток и работает в штатном режиме.

Привод и крепление

Привод осуществляется от шкива коленчатого вала ременной передачей. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива, тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток.

Устройство и из чего состоит

Любой генератор автомобиля содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками — передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Генераторы крепятся в передней части двигателя болтами на специальных кронштейнах. Крепежные лапы и натяжная проушина находятся на крышках.

Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором. Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, а «компактной» конструкции — еще на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора.

На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности.

Статор генератора: 1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем

Статор набирается из стальных листов толщиной 0.8. 1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой наружной поверхности.

Необходимость экономии металла привела к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Ротор автомобильного генератора: а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 — вал

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами — полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Валы роторов выполняются из мягкой автоматной стали. Но при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива.

Во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке генератора, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел — это конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов — меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными. Они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин.

Выпрямительные узлы применяются двух типов. Это либо пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются диоды силового выпрямителя, либо конструкции с сильно развитым оребрением и диоды припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец — обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колец — скользящая, со стороны привода — плотная.

Охлаждение генератора авто осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения.

Система охлаждения: а — устройства обычной конструкции; б — для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в — устройства компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков
На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства применяют генераторы со специальным кожухом, через который в него поступает холодный забортный воздух. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Для чего нужен регулятор напряжения

Регуляторы поддерживают напряжение генератора в определенных пределах для оптимальной работы электроприборов, включенных в бортовую сеть автомобиля. Генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, встроенными внутрь корпуса. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут различаться, но принцип работы одинаков.

Принцип работы регулятора напряжения генератора автомобиля

Библиографическая ссылка на статью:
// Современная техника и технологии. 2012. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2012/05/939 (дата обращения: 11.09.2020).

канд. техн. наук, доц., Рогачев В.Д.;

канд. техн. наук Гумелёв В.Ю.,

канд. техн. наук Картуков А.Г.

Бесконтактный регулятор напряжения 2712.3702 служит для поддержания постоянства напряжения в электрической сети автомобиля. Он представляет собой электронный прибор на 3-х кремниевых транзисторах, неэкранированный, пылебрызгозащищенный.

Применяемость: генераторы Г 288Е, 1702.3771 902.3701, 9012.3701, 9022.3701 на автомобилях ЗиЛ-4334 и его модификации, КамАЗ, УРАЛ, КРАЗ, на автомобильной технике, предназначенной для строительства дорог и карьерных работ семейства МоАЗ.

Технические характеристики регулятора напряжения 2712.3702: трехуровневый; номинальное напряжение 28В; номинальный ток 3А; габаритные размеры (140×80×55) мм. Он взаимозаменяем с регуляторами напряжения Р 2712.3702,
1112.3702 и 671.3702 .

На автомобиле УРАЛ-4320-31 регулятор напряжения 2712.3702 работает с генераторами Г 288Е и 1702.3771. Особенность конструкции – переключатель величины регулируемого напряжения представляет собой герконы и управляющий ими магнит, который находится в рукоятке, переключающей уровни напряжения. Рукоятка в свою очередь располагается снаружи корпуса, что позволяет не нарушать герметичность корпуса.

Геркон (герметичный контакт, reed switch, magnet switch) состоит из пары гибких металлических контактов из магнитного материала, запаянных в стеклянную трубку или колбу (она может быть выполнена и из других немагнитных материалов), заполненную инертным газом. Контакты замыкаются при приближении магнита, по длине они перекрываются и находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Контактирующие поверхности покрываются специальными сплавами для долговременной и стабильной работы. Устройство и принцип работы геркона представлены на рисунке 1.

При воздействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или катушкой из провода с током, контакты намагничиваются. Если сила магнитного притяжения больше силы упругости, контакты соединяются, и цепь замыкается. Когда магнитное поле исчезает, контакты опять размыкаются под действием силы упругости, и цепь размыкается.

Основные свойства герконов: компактность и малый вес – герконы можно монтировать на ограниченном пространстве; долговечность – переключающие контакты герметично запаяны в инертном газе, не подвергаясь окислению при искрении входе рабочего цикла «размыкание-замыкание» [1].

а – внешний вид геркона;б принципиальное устройство геркона;

в – замыкание при помощи постоянного магнита контактов геркона

Рисунок 1 – Геркон, его устройство и принцип работы

Напряжение настраивают переключателем, расположенным на передней крышке регулятора (рисунок 2).

а – устройство регулятора; б – переключение уровней регулирования напряжения и маркировка регулятора напряжения

1 – корпус; 2 – переключатель; 3 – вывод «+»; 4 – вывод «Ш»; 5 – вывод «–» («масса»)

Рисунок 2 – Регулятор напряжения 2712.3702

Маркировка уровней напряжения расположена на передней крышке регулятора. Регулятор выпускается с завода со средним уровнем настройки. Положение рычажка переключателя соответствует уровням напряжения: горизонтальное правое – средний; горизонтальное левое – максимальный; вертикальное – минимальный. Напряжение, поддерживаемое регулятором при плюс (15-35) 0 С, должно быть от 26,5 до 27,9 В на минимальном уровне, от 28,1 до 28,7 В на среднем уровне, от 28,7 до 30 В на максимальном уровне настройки.

Регулятор напряжения 2712.3702 по принципу действия аналогичен регулятору 1112.3702 , отличается только построением схемы и устройством переключателя величины регулируемого напряжения.

В корпусе, отлитом из алюминиевого сплава, расположена монтажная плата (МП), на которой смонтированы все элементы схемы кроме исполнительного (силового) транзистора (рисунок 3).

а – корпус и основание регулятора напряжения; б – монтажная плата;

1 – корпус; 2 – уплотнительная прокладка; 3 – основание

Рисунок 3 – Устройство регулятора напряжения 2712.3702

Ниже монтажной платы расположена алюминиевая пластина – теплоотвод АП (рисунок 4), на которой расположен силовой транзистор. Монтажная плата отделена от алюминиевой пластины изолирующей подставкой ПД. Все три детали – плата МП, подставка ПД и алюминиевая пластина (теплоотвод) АП привернуты к корпусу реле винтами. В целях повышения герметичности электронных элементов монтажная плата и алюминиевая пластина покрыты водонепроницаемым лаком.

Рисунок 4 – Теплоотвод с силовым транзистором

У генераторов Г 288Е и 1702.3771 оба вывода обмотки возбуждения изолированы от корпуса. Один соединяется через выключатель стартера и приборов с выводом «+» источника питания, а другой – через силовые транзисторы регулятора напряжения с отрицательным выводом источника. Схема подключения генераторной установки представлена на рисунке 5.

S1 – выключатель аккумуляторных батарей; S2 – выключатель стартера и приборов

Рисунок 5 – Схема подключения генераторной установки двигателя

На рисунке 6 представлена электрическая схема регулятора напряжения 2712.3702. Схема регулятора напряжения включает в себя задающее, измерительное и сравнивающее устройство 1, состоящее из делителя напряжения (резисторы R1-R7), стабилитронов VD1 и VD2, магнитоуправляемых контактов (герконов) S1и S2; усилитель 2 ( транзистор VT1, резисторы R8,R9 ); исполнительный транзистор VT3 и другие элементы, улучшающие его работу.

Рисунок 6 – Схема электрическая принципиальная регулятора

Регулятор напряжения установлен под капотом автомобиля УРАЛ-4320-31 на передней панели кабины и подключен к бортовой сети автомобиля в соответствии с рисунком 7.

1 – провод от клеммы «масса» регулятора напряжения к клемме «масса» генератора; 2 – провод от вывода «Ш 2» щеткодержателя генератора к выводу «Ш» регулятора напряжения;
3 – провод от вывода «+» регулятора напряжения к выводу «Ш 1» щеткодержателя генератора; 4 – провод то вывода «+» регулятора напряжения к нормально замкнутым контактам реле отключения регулятора напряжения, от них – к клемме «ВК» выключателя стартера и приборов; 5 – провод от вывода «+» регулятора напряжения к фильтру конденсаторному

Рисунок 7 – Установка и подключение регулятора напряжения

Делитель напряжения обеспечивает согласование входного напряжения генератора U_Г с напряжением стабилизации стабилитронов. Резисторы R1 – R7 подобраны таким образом, что когда U_Г становится установленной величины, напряжение на стабилитронах VD1, VD2 становится равным напряжению стабилизации и происходит их пробой. Через стабилитроны проходит ток, который является сигналом о достижении U_Г установленного значения. При снижении U_Г сопротивление стабилитронов резко возрастает, стабилитроны закрываются, и ток через них не идет. Таким образом, устройство 1 выполняют функции: измерения напряжения генератора U_Г; сравнения его с заданным значением; выработки сигнала отклонения в виде тока через стабилитроны.

Регулятор напряжения имеет два режима работы: первый режим, когда напряжение бортовой сети меньше напряжения регулирования, второй режим – когда оно равно напряжению регулирования. Напряжение регулирования устанавливается с помощью рукоятки переключателя, расположенного на крышке регулятора. В рукоятке переключателя установлен магнит, который управляет состоянием герконов. Рукоятка может находиться в трёх положениях: «МИН», «СР», «МАКС».

При включении выключателя стартера и приборов в первое фиксированное положение на регулятор и обмотку возбуждения подаётся напряжение аккумуляторной батареи, равное 24 В. В этом случае с делителя напряжения на стабилитроны поступает напряжение, которое меньше суммарного напряжения пробоя стабилитронов, и ток через стабилитроны не проходит. В результате этого транзистор VT1 будет закрыт, а на базу транзистора VT3 будет подаваться напряжение через резистор R9, и он будет открыт. Через открытый транзистор VT3 протекает ток в обмотку возбуждения генератора. Путь тока: вывод «+» регулятора напряжения, обмотка возбуждения, вывод «Ш» регулятора напряжения, коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT3, корпус, «минус» аккумуляторной батареи.

Вокруг обмотки возбуждения создаётся постоянное магнитное поле. Когда ротор генератора начинает вращаться, в обмотках статора наводится переменное трёхфазное напряжение. Это напряжение подаётся на выпрямитель, после которого постоянное напряжение генератора поступает в бортовую сеть автомобиля. Генератор вступает в работу, когда его напряжение превышает напряжение аккумуляторной батареи.

Когда напряжение генератора достигает напряжения регулирования, состояние схемы регулятора изменяется. Напряжение, подаваемое с делителя напряжения на стабилитроны, достигает напряжения их пробоя и через них начинает протекать ток базы транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, сопротивление его перехода коллектор-эмиттер становится равным нулю и замыкает базу транзистора VT3 на корпус. Транзистор VT3 закрывается, прекращая ток обмотки возбуждения. Напряжение генератора начинает уменьшаться, напряжение на стабилитронах становится меньше напряжения их пробоя, ток через них прекращается, и схема регулятора возвращается в исходное состояние: VT1 – закрыт, а VT3 – открыт. Напряжение генератора вновь начинает расти и далее описанный процесс повторяется с определённой частотой, поддерживая напряжение генератора на уровне напряжения регулирования.

Величина напряжения регулирования задаётся рукояткой переключателя. Когда рукоятка переключателя направлена вниз (положение «МИН») герконы S1 и S2 находятся в разомкнутом состоянии и на стабилитроны поступает напряжение, определяемое всеми резисторами делителя напряжения. В этом случае оно максимальное и стабилитроны пробиваются при меньшем напряжении генератора, и он вырабатывает минимальное напряжение. При установке рукоятки переключателя в правое горизонтальное положение «СР» замыкается геркон S1 и шунтирует резистор R6. Общее сопротивление нижнего плеча (резисторы R4, R5, R6, R7) делителя напряжения становится меньше, на стабилитроны поступает меньшее напряжение и они пробиваются при большем напряжении генератора. Генератор в этом случае вырабатывает среднее напряжение. При установке рукоятки переключателя в левое горизонтальное положение «МАКС» замыкается геркон S2 и шунтирует резистор R7. Общее сопротивление нижнего плеча делителя напряжения становится минимально возможным, на стабилитроны поступает наименьшее напряжение и они пробиваются при самом большом напряжении генератора. Генератор в этом случае вырабатывает максимальное напряжение.

Если температура окружающей среды установилась 0 0 С и ниже, перевести рычажок переключателя в положение «МАКС» для предотвращения недозаряда аккумуляторных батарей. При температуре 0 0 С и выше рычажок перевести в положение «МИН» для предотвращения выкипания электролита. При недозаряде батарей при температуре окружающей среды 0 0 С и выше или при выкипании электролита при температуре окружающей среды 0 0 С и ниже рычажок установить в положение «СР».

Дроссель L1 уменьшает пульсацию на стабилитронах, что обеспечивает более точную величину регулируемого напряжения генератора.

Для повышения частоты переключения и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое в ней предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R10. При повышении входного напряжения, когда транзистор VT1 начинает открываться, а транзистор VT3 закрываться, ток, проходящий по резистору R10 и дросселю L1, уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на дросселе L1. В этом случае напряжение на стабилитронах VD1, VD2 увеличивается, вызывая более раннее возрастание базового тока транзистора VТ1 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует более быстрому закрыванию транзистора. Диод VD4 шунтирует ЭДС самоиндукции, возникающую в обмотке возбуждения генератора при прерывании в ней тока (закрытии транзистора VT3), защищая тем самым этот транзистор от перенапряжений. Конденсатор С1 исключает срабатывание регулятора напряжения от случайных импульсов напряжения, возникающих в бортовой сети при коммутациях.

Транзистор VT2, конденсатор С2, диод VD3, резисторы R11, R12 увеличивают скорость переключения транзистора VT3. При закрывании транзистора VT3 в обмотке возбуждения наводится ЭДС самоиндукции, от которой заряжается конденсатор С2 через резисторы R11 и R12. При этом на базе транзистора VT2 создаётся положительное напряжение, от которого последний открывается, соединяя базу транзистора VT3 с корпусом и ускоряя его закрытие. При открывании транзистора VT3 конденсатор С2 разряжается через него и диод VD3, создавая отрицательное смещение на базе транзистора VT2 и увеличивая сопротивление его перехода коллектор – эмиттер, что приводит к более быстрому открытию транзистора VT3.

Особенностью регулятора напряжения 2712.3702 является применение в нем стабилитронов с отрицательным температурным коэффициентом стабилизации и терморезистора R3. Напряжение стабилизации такого стабилитрона при нагреве и сопротивление терморезистора снижаются. При этом, несмотря на увеличение активного сопротивления дросселя L1, напряжение генератора не только не повышается, а даже несколько снижается.

Небольшое снижение напряжения генератора необходимо дня предотвращения перезарядки аккумуляторной батареи при повышении температуры электролита.

Схема подключение генераторной установки к бортовой сети автомобиля УРАЛ-4320-31 представлена на рисунке 8.

1 – генератор; 2 – регулятор напряжения; 3 – фильтр конденсаторный; 4 – реле отключения регулятора напряжения; 5 – провод красного цвета от вывода «+» генератора к клемме «+» указателя тока; 6 – провод красного цвета от кнопки электрофакельного устройства (ЭФУ);
7 – провод красного цвета к резистору добавочному с электротермическим реле; 8 – провод синего цвета от вывода «ВК» выключателя стартера и приборов;
9 – провод черного цвета от вывода фазы генератора «W» к реле блокировки стартера и тахометру

Рисунок 8 – Подключение генераторной установки к бортовой сети

Видео. Генератор в автомобиле

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

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

Следует выбирать зарекомендовавшие себя марки, т.к. регулятор напряжения должен быть максимально стабильным, долговечным и надежным.