Регулятор напряжения генератора – что это такое

Регулятор напряжения Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор — устройство, преобразующее механическую энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.

Что такое регулятор напряжения генератора?

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

Принцип действия регулятора напряжения

Регулятор напряжения генератора В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. 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.

Конечно можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. 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.

Проверка регулятора напряжения

Прежде чем проверить регулятор напряжения, нужно убедиться, что проблема кроется именно в нём, а не в других элементах генератора (слабо натянут ремень, окислилась масса и т.д.), для этого нужно проверить сам генератор (Как проверить генератор?). После этого вам нужно снять регулятор напряжения. Процесс демонтажа регулятора описан в статье «как снять регулятор напряжения?». В двух словах скажу, что сначала нужно снять минусовую клемму, снять все провода с генератора, снять пластиковый кожух с генератора, затем открутить и вынуть регулятор напряжения в сборе вместе с щётками.

Треуровневый регулятор Давайте перейдём непосредственно к проверке регулятора напряжения. Проверять регулятор напряжения нужно обязательно в сборе с щёткодержателями – т.к. в случае обрыва цепи щёток и регулятора напряжения, мы сразу это заметим. Перед проверкой, обратите внимание на состояние щёток: если они обломаны или их длина короче 5мм, неподвижны и не пружинят, – то их нужно заменить.

Для проверки нам понадобится:

– провода;

– аккумулятор автомобильный;

– лампочка на 12в 1-3Вт;

– две обычные пальчиковые батарейки.

Чтобы проверить регулятор напряжения, нам нужно будет построить две схемы: К щёткам подключаем лампочку, К выводам Б и В подключаем «+» от аккумулятора, «-» аккумулятора закрепляем на массу регулятора. Делаем ту же схему, но добавляем последовательно две пальчиковые батарейки. Вывод из всего вышесказанного таков. Исправный регулятор напряжения: в первой схеме лампа горит, во второй схеме лампа не горит, т.к. напряжение выше 14,7в и подача напряжения на щётки должна быть прекращена. Неисправный регулятор напряжения: в обоих случая лампа горит, значит в регуляторе пробой. Лампа не горит вообще – значит, отсутствует контакт между щётками и регулятором или обрыв цепи в регуляторе.

Трехуровневые регуляторы напряжения

Сначала узнаем, для чего нужен этот регулятор. Автомобильный генератор во время движения и работы двигателя должен подпитывать аккумуляторную батарею. Тем самым восстанавливается ёмкость аккумулятора, когда он разряжается во время стоянки. Если мы ездим каждый день, то аккумулятор почти не разряжается, если он в исправном состоянии.

Регулятор Хуже приходиться аккумулятору, когда машина долго стоит без движения, ведь его энергия постепенно уходит на поддержание работы авто сигнализации. Ещё хуже дела обстоят зимой, когда при отрицательных температурах аккумуляторная батарея разряжается очень быстро. А если вы ездите помалу и не часто, то аккумулятор не заряжается полностью во время движения и может полностью разрядится как-то утром.

Справиться с вышеуказанной проблемой, призван трехуровневый регулятор напряжения. У него три положения работы: это максимальное (выдаёт напряжение на генераторе 14,0-14,2 В), нормальное (13,6-13,8 В) и минимальное (13,0-13,2 В). Как мы знаем из статьи про проверку работоспособности аккумулятора, нормальное напряжение при заведённом двигателе должно быть от 13,2-13,6 В. Это означает, что генератор работает в нормальном режиме и АКБ заряжается в полном объёме.

Это соответствует среднему (нормальному) положению регулятора напряжения. А вот зимой, желательно повысить напряжение до 13,8-14,0 В, т.к. аккумулятор быстрее разряжается при отрицательных температурах. Это делается простым переводом рычажка на регуляторе напряжения. Так будет обеспечена лучшая зарядка АКБ зимой при работающем двигателе.

Летом, особенно когда жара превышает +25 градусов и выше — желательно понизить напряжение генератора до 13,0-13,2 В. Зарядка от этого не пострадает, но генератор не будет “выкипать”, т.е. не будет терять свою номинальную ёмкость и не сокращать ресурс.

Как снять или заменить регулятор напряжения?

Перед заменой регулятора напряжения, обязательно проверьте генератор в целом (Как проверить генератор?). Регулятор напряжения нужно менять, если напряжение под нагрузкой бортовой сети (включены дальний, обогрев зеркал, печка) меньше 13в. Так же регулятор напряжения может стать причиной высокого напряжения (выше 14,7в). Но, как писалось выше, перед снятием регулятора нужно проверить сам генератор, ознакомиться с другими возможными неисправностями (например слабо натянут ремень генератора), и только потом приступать к замене регулятора напряжения. Так же данная статья вам понадобится для замены щёток генератора, т.к. щётки и регулятор напряжения устанавливаются на генератор в сборе.

Снятие регулятора напряжения Итак, как же снять регулятор напряжения? Открываем капот, снимаем минусовую клемму аккумулятора, находим генератор, отсоединяем колодку проводов «D».

— Снимаем защитный резиновый колпачок с наконечников проводов вывода «+». Откручиваем гайку крепления этих проводов, снимаем их с блока генератора.

— Далее нам нужно снять сам пластиковый блок генератора (чаще всего он черного цвета). Для этого нужно отсоединить три пружинных фиксатора, расположенных по периметру блока.

— Находим регулятор напряжения, и крестовой отверткой откручиваем его крепления.

— Вынимаем регулятор напряжения в сборе с щётками, и отключаем от него колодку проводов.

— Далее нам нужно проверить регулятор напряжения, дабы убедиться в его неисправности.

Устанавливаем регулятор напряжения строго в обратной последовательности. Стоит отметить, что в последнее время, многие автолюбители стали пользоваться трёхуровневым регулятором напряжения, для того, чтобы избавиться от просадок напряжения в бортовой сети.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

3.2. Принцип действия регулятора напряжения

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

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

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

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 3.3.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регу­лирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение гене­ратора 2 Ujj и преобразует его в сигнал UM3M , который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением U3T

.

Если величина UM3M отличается от эталонной величины иэт, на выходе изме­рительного элемента появляется сиг­нал U0, который активизирует регули­рующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы на­пряжение генератора вернулось в за­данные пределы.

Гн

Ш

1

Рис. 3.3. Блок-схема регулятора напряжения:

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

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

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

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

Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1. имеющим допол­нительный выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает jepe3 себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается, и по нему начинает протекать ток.

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

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

1 — генератор; 2 — регулятор

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

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

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

частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается.

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

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

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

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

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

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

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

*вкп и Ъыкп ~ соответственно время включения и выключения обмотки возбуждения генератора; П1 и п2 ~ частоты вращения ротора генератора, причем п2 больше гу, 1в1 и2 — среднее значе­ние тока в обмотке возбуждения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Реле-регулятор. Устройство реле-регулятора

Рассмотрим устройство и принцип действия реле-регулятора ⭐ контактно-вибрационного типа, регулирующего работу генератора постоянного тока и состоящего из РОТ, РН и ОТ.

Реле обратного тока включает в себя последовательную 1 и параллельную 4 обмотки. Если напряжение генератора 13 ниже напряжения аккумуляторной батареи 16, то магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой, мал. Поэтому якорь 5 не может притянуться к сердечнику и замкнуть контакты 6 РОТ. По мере увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя повышается напряжение, вырабатываемое генератором. Когда напряжение превысит напряжение включения РОТ (достигнет 12,5 В в 12-вольтной системе или 25 В в 24-вольтной системе электрооборудования), якорь притянется к сердечнику, и контакты 6 замкнутся. Ток пойдет по обмоткам 1 и 4 в таком направлении, что их магнитные поля совпадут. В результате магнитное поле последовательной обмотки 1 усилит эффект прижатия контактов 6. Генератор будет обеспечивать питание потребителей, а излишек его мощности будет использован для подзарядки аккумуляторной батареи.

С уменьшением частоты вращения вала двигателя или при его остановке напряжение генератора становится меньше напряжения на клеммах батареи. Электрический ток при этом стремится течь от нее к якорю 15 генератора, что может привести к перегрузке последнего. Магнитный поток последовательной обмотки 1 сразу изменит направление и размагнитит сердечник 2, контакты 6 разомкнутся и генератор отключится от батареи. Пружина 3 способствует быстрому размыканию контактов РОТ.

Регулятор напряжения представляет собой прибор, аналогичный РОТ. Контакты РН 10 в отличие от контактов РОТ под воздействием пружины стремятся быть замкнутыми. Они остаются в этом положении, если напряжение Ur генератора 13 ниже напряжения Uрh, на которое отрегулирован РН. Ток возбуждения генератора проходит по цепи вывод Я генератора — обмотки 7 и 8 ОТ — замкнутые контакты 10 — вывод Ш обмотки возбуждения 14 генератора — «масса» (корпус) генератора.

Схема реле-регулятора

Рис. Схема реле-регулятора:
1 — последовательная обмотка РОТ; 2 — сердечник РОТ; 3 пружина; 4 — параллельная обмотка РОТ; 5 — якорь; 6 — контакт РОТ; 7 — последовательная обмотка ОТ; 8 — ускоряющая обмотка ОТ; 9 — контакт ОТ; 10 — контакт РН; 11 — выравнивающая обмотка РН; 12 — параллельная обмотка РН; 13 — генератор; 14 — обмотка возбуждения генератора; 15 — якорь генератора; 16 — аккумуляторная батарея; 17 — стартер; 18 — выключатели зажигания; 19 — контрольная лампа; 20—22 — резисторы; А, Б, Ш, Я — маркировка выводов реле-регулятора

В момент, когда Ur > Uph, контакты 10 разомкнутся и ток возбуждения, минуя контакты 9 ОТ, пойдет через резисторы 20 и 21. Это произойдет при напряжении 14,5… 15 В в 12-вольтной системе и 29… 30 В в 24-вольтной. В результате сила тока в обмотках возбуждения уменьшится, а напряженность магнитного силового поля генератора снизится. Значение ЭДС в обмотке якоря и напряжение на выходных клеммах генератора также понизятся.

При снижении напряжения генератора уменьшится сила притяжения якоря параллельной обмоткой 12 РН, контакты 10 вновь замкнутся, и сила тока возбуждения увеличится.

Рассмотренный процесс повторяется периодически при частоте размыкания и замыкания контактов 10 в пределах 30… 200 с-1. Однако колебание напряжения на выводах генератора при этом не превышает 0,2 В. Напряжение, поддерживаемое РН, остается примерно постоянным и не сказывается на изменении силы света ламп освещения.

Ограничитель тока работает аналогично РН, но его последовательная обмотка 7 реагирует не на напряжение, а на силу отдаваемого генератором 13 тока. До тех пор пока мощность включенных потребителей не превышает номинальной мощности генератора, сердечник ОТ намагничен слабо и пружина подвижных контактов 9 удерживает их в замкнутом положении. Если мощность включенных потребителей превысит номинальную мощность генератора, то сердечник ОТ намагнитится настолько, что разомкнет контакты 9. В этом случае ток возбуждения пойдет двумя путями:

  1. через резистор 22, замкнутые контакты 10 Ph и далее к выводу Ш генератора 13
  2. через ускоряющую обмотку 8 ОТ, резисторы 20 и 21 и далее также к выводу Ш

Обмотка 8 способствует ускорению замыкания контактов 9, поскольку включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора и создает магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитным потоком основной обмотки ОТ.

Регуляторы напряжения.


Регулятор напряжения




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:

Е = с×Ф×ω,

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 Rо, 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 Rо.

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 Uр 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 Iр, 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 Uз, 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 Uср 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.

***

Определение неисправностей генератора и регулятора напряжения



Регулятор напряжения — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 августа 2019; проверки требуют 7 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 августа 2019; проверки требуют 7 правок. Блок питания «Волна-М» для бытовых электронных устройств с регулятором напряжения. СССР, 1980-е годы.

Регулятор напряжения — это устройство, позволяющее изменять величину электрического напряжения на выходе при воздействии на органы управления, либо при поступлении управляющего сигнала.

Регулятор напряжения может быть, как нестабилизированным, так и стабилизированным. Стабилизированный регулятор напряжения, кроме регулятора напряжения, содержит в себе ещё и стабилизатор напряжения. В англоязычной традиции регулятором напряжения называют стабилизатор напряжения, а тиристорный регулятор напряжения называют Voltage controller.

Используется как в составе электронной аппаратуры, так и в виде отдельного изделия.

О применении специализированных стабилизаторов напряжения на авто- и мототранспорте см. статью автомобильный генератор.

Принципиальная схема регулятора напряжения с компенсационным стабилизатором[править | править код]

Voltage stabiliser OA, IEC symbols.svg Микросхема стабилизатора напряжения 7812 на +12 Вольт 1 Ампер[1]

Устройство подключается входным разъёмом +UIn и «массой» к выпрямителю переменного тока.
Стабилизированное напряжение на нагрузку питания RL снимается с разъёма +UOut.
Биполярный транзистор Q — регулирующий элемент стабилизатора.
Постоянное напряжение на его базу подаётся с параметрического стабилизатора Rv-Dz, состоящего из резистора Rv и стабилитрона Dz.
Микросхема стабилизатора напряжения OA — управляющий элемент.
Заданное напряжение на микросхему подаётся с делителя напряжения R1-R2-R3 и может устанавливаться переменным резистором R2.
Делитель напряжения R1-R2-R3 является также балластным резистором, поддерживающим рабочий режим транзистора Q при отключенной нагрузке RL.

Под ред. Н. И. Чистякова. Справочная книга радиолюбителя-конструктора / Серия «Массовая радиобиблиотека», выпуск 1147. — Москва: Радио и связь, 1990. — С. 306-322. — 622 с.

Регулятор напряжения для авто. Зачем он нужен?

Регулятор напряжения для авто – это прибор, функцией которого является поддержание напряжения в бортовой сети машины в установленных рамках, независимо от частоты вращения ротора генератора, внешней температуры, нагрузки и пр.

Регулятор напряжения для авто

Выполняет данное устройство и некоторые дополнительные функции: защита генератора и его элементов от перегрузок и работы в аварийных режимах, автоматическое включение системы сигнализации аварийной работы генератора или цепи обмотки возбуждения.

На напряжение генератора оказывают влияние три основных фактора: частота вращения его ротора, магнитный поток, который создается током обмотки возбуждения, а также сила тока, которая отдается генератором в нагрузку.

Напряжение генератора возрастает с ростом числа оборотов, а также со снижением нагрузки. Кроме того, увеличение напряжения вызывает возрастание силы тока в обмотке возбуждения. 

Регулятор же напряжения стабилизирует напряжение путем корректировки тока возбуждения. В случае возрастания напряжения и выхода за требуемые пределы, регулятор увеличивает или уменьшает ток возбуждения, что приводит к стабилизации напряжения.

Регулятор напряжения для авто подключается к обмотке возбуждения генератора, а также к нему подводится напряжение с генератора или аккумулятора. Конечно, регуляторы с расширенным перечнем функций требуют большего числа подключений.

Регулятор напряжения для авто состоит из нескольких основных элементов:

{typography list_number_bullet_blue}1. Измерительный элемент;||2. Элемент, проводящий сравнение;||3. Регулирующий элемент.{/typography}
Очень чувствительной и уязвимой частью регулятора является его входной делитель напряжения. От него напряжение поступает к элементу сравнения. В данном случае эталонной величиной выступает напряжение стабилизации стабилитрона.

В случае если показатель напряжения ниже уровня стабилизации, то стабилитрон не пропускает ток через себя. В случае же превышения напряжением допустимых пределов, стабилитрон начинает пропускать через себя ток. На самом стабилитроне напряжение практически не изменяется.

Проходящий через стабилитрон ток активирует реле, коммутирующее цепь возбуждения так, что в обмотке возбуждения происходит корректировка тока в необходимом направлении. Автомобильные регуляторы напряжения осуществляют дискретное регулирование. Это возможно благодаря включению или выключению обмотки возбуждения в цепь питания. Такой принцип заложен в транзисторных регуляторах напряжения.

В вибрационных же или контактно-транзисторных регуляторах осуществляется включение обмотки возбуждения последовательно с обмоткой дополнительного резистора. Стоит отметить, что сегодня применяются лишь транзисторные регуляторы напряжения для авто, а вибрационные и контактно-транзисторные уже отошли в историю.

Регулятор напряжения для авто



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *