Список всех статей Устаревшие схемы генераторов 60 — 70х годов прошлого века. «Жигули», «Москвич», «Волга», «Зил», «ГАЗ», «УАЗ»
Схема автомобильного генератора, это схема самого генератора, схема соединенного с ним регулятора напряжения и схема цепи возбуждения генератора. Генератор с регулятором напряжения иногда называют – генераторная установка. Автомобильный генератор — это трехфазная синхронная машина. Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Смысл явления состоит в том, что в обмотке индуктируется электродвижущая сила, если вокруг нее действует изменяющееся магнитное поле. Значит, генератор должен состоять из обмотки и вращающегося магнита. Обмотка наматывается на кольцевой сердечник, а внутри обмотки вращается ротор. Процесс намагничивания ротора, называется возбуждением генератора. Для намагничивания ротора в нем есть своя обмотка, в которую ток попадает через щетки. По принципу действия синхронный генератор, создает переменное напряжение, а для зарядки аккумулятора и для работы всего электрооборудования, нужно постоянное напряжение, поэтому в любой автомобильный генератор, входит выпрямитель — трехфазный диодный мост. Переменный ток генератора выпрямляется диодным мостом и во внешних цепях действует постоянное напряжение и протекает постоянный ток. Регулятор напряжения – обязательный элемент схемы, он поддерживает необходимый уровень выходного напряжения генератора. Регулятор напряжения включается в цепь возбуждения. Его задача управлять током возбуждения. Он работает в режиме открыто – закрыто, то есть, он все время включает и выключает ток возбуждения. Напряжение генератора повышается, он отключает ток возбуждения — напряжение снижается, он снова включает ток возбуждения и напряжение повышается. Таким образом, он не дает напряжению вырасти выше заданного значения, которое должно быть 13,8 — 14,2 Вольта. Автомобильный генератор первоначально возбуждается от аккумулятора. Как только включается зажигание, выходной транзистор регулятора открывается, через него идет ток возбуждения и ротор намагничивается. Когда завелся двигатель и генератор заработал, возбуждение происходит уже от самого генератора. ЭДС генератора становится выше, поэтому генератор становится источником, а аккумулятор начинает заряжаться. Применяются два принципа подачи тока возбуждения от генератора на собственную обмотку возбуждения.
Ток возбуждения идет от выхода генератора, через замок зажигания, выход генератора всегда связан с аккумулятором.
В этом случае, ток возбуждения выпрямляется отдельным выпрямителем, цепь возбуждения отключена от выхода генератора и, значит, от аккумулятора. Схемы генераторов с возбуждением от выхода генератора Эти простые схемы применялись для автомобилей 60-х 70-х годов выпуска. «Жигули», «Москвичи», ЗиЛ, Газ, Уаз. Много таких автомобилей до сих пор остается в эксплуатации. Регулятор напряжения может быть внешним и встроенным. Внешний регулятор это отдельная коробочка, которая соединяется с генератором проводами и стоит в стороне от генератора. Встроенный регулятор, входит в состав генератора, крепится внутри или снаружи корпуса, обычно, встроенный регулятор сделан вместе со щетками. На выходе регулятора напряжения стоит мощный транзистор, это может быть биполярный, и может быть полевой транзистор. Он работает в ключевом режиме, то есть, открыт — закрыт. Открыт транзистор – ток возбуждения проходит, закрыт транзистор — ток не проходит. Есть три варианта включения транзистора – с общим Эмиттером, общей Базой и с общим Коллектором. В регуляторах напряжения используются транзисторные ключи с ОЭ и ОК. Если заземлен транзистор, то это ключ с ОЭ, если заземлена щетка. то это ключ с ОК. Регуляторы выполненные по схеме с ОЭ называют A-Circuit, регуляторы выполненные по схеме с ОЭ называют В — Circuit. В автомобильных схемах генераторов применяются обе схемы – и A-Circuit, и В-Circuit
Схемы с внешним регулятором напряжения Такая схема применялась на автомобилях Жигули ранних выпусков 2101 — 2106
Такая схема применялась для автомобилей Волга, Газ, Зил, УАЗ. Генераторы Серий 16 3701 и 19.3771. Эта схема применяется для автомобилей Крайслер и Додж. По этой схеме сделан генератор на двигатели Крайслер для автомобилей Волга и Газель. Старая схема В-Circuit с использованием одноконтактных щеток, то есть когда вторая щека заземлена прямо на корпус генератора есть здесь. Генераторы со встроенными регуляторами напряжения Регулятор напряжения можно установить снаружи и внутри генератора. Такая конструкция получается более компактной и надежной, она позволяет отказаться то проводов для соединения генератора и регулятора напряжения. При установке регулятора снаружи корпуса генератора, появляется возможность замены регулятора не снимая генератор.
Генераторы такой конструкции, со встроенным регулятором, установленном на корпусе, широко применяется для автомобилей выпускавшихся в недавнее время и находящиеся в эксплуатации — Валдай, КАМАЗ, МАЗ, УАЗ
Все приведенные схемы используют принцип питания обмотки возбуждения от выхода генератора. Генератор часть своего выпрямленного тока отдает на собственное возбуждение. Путь тока возбуждения: Плюс генератора, плюс аккумулятора, контакты замка зажигания, вход регулятора напряжения, обмотка (или наоборот), обмотка возбуждения, минус — масса.
Недостаток Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора. В настоящее время снова используется схема без доп. диодов, в таких генераторах применяют регуляторы напряжения с микроконтроллерами. В генераторах с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора, весь ток возбуждения проходит через контакты замка зажигания. Этот ток для получения достаточной мощности генератора должен быть быть 3 — 5 Ампер. Такой ток требует качественного зажима всех контактов и достаточно толстого провода, при размыкании контактов дает сильную искру и изнашивает контакты, снижая надежность системы зарядки и системы зажигания, которая питается через эти же контакты. Аккумулятор в любой схеме всегда подключен к плюсовому выводу генератора, это необходимо для того, чтобы генератор и аккумулятор могли работать как источники заменяя друг друга — двигатель не работает — источник аккумулятор, двигатель заработал — источник генератор. Если двигатель не завелся, генератор не заработал, а зажигание осталось включено, то через обмотку ротора идет ток от аккумулятора (а это 3 – 5 Ампер). По разным причинам такие ситуации иногда возникают и тогда, через несколько часов, двигатель не заведется. То есть, в схемах, в которых обмотка возбуждения запитана от выхода генератора и, значит, подключена непосредственно к аккумулятору, может неожиданно разрядиться аккумулятор.
Схема с дополнительными диодами несколько сложнее, но она обеспечивает питание обмотки возбуждения, прямо внутри генератора минуя замок зажигания, обмотка возбуждения не имеет прямой связи с аккумулятором, поэтому такая схема исключает случайную разрядку аккумулятора при невыключенном зажигании.
В схемах с дополнительными диодами, первоначальное возбуждение также происходит от аккумулятора, но очень маленьким током чрез ограничительные сопротивления или через специальную лампочку. После запуска генератора ток возбуждения идет уже по отдельной цепи, не связанной с аккумулятором, через дополнительный выпрямитель. (доп диоды) Схемы автомобильных генераторов с дополнительными диодами. |
Ток, намагничивающий ротор, называется ток возбуждения, а обмотка ротора называется обмотка возбуждения.
Ток возбуждения идет только внутри генератора и не использует внешнюю цепь. Аккумулятор используется только для первоначального возбуждения.
Поэтому ключи на транзисторах бывают с ОЭ, ОБ, ОК. Для каждого варианта транзисторного ключа есть свои особенности применения.
Там же рассуждения о щеточных узлах с одним и двумя контактами и регуляторах напряжения для разных случаев. (см. здесь)
| Различные схемы автомобильных генераторов |
| Схемы с внешним регулятором напряженияСхемы со встроенным регулятором напряженияСхемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератораСхемы генераторов с дополнительными диодамиСхемы с многофункциональными регуляторами напряжения Общие описания Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератораАвтомобильный генератор возбуждается от аккумулятора. Регулятор напряжения может быть внешним и встроенным. Внешний регулятор это отдельная коробочка, которая соединяется с генератором проводами и стоит в стороне от генератора. Встроенный регулятор, входит в состав генератора, крепится внутри или снаружи корпуса, обычно, встроенный регулятор сделан вместе со щетками. Это схема с внешним регулятором напряжения, с заземленной щеткой. По такой схеме сделан генератор Г 221, для автомобиля «Жигули» ВАЗ 2101,02, 03, 06, и ранней «Нивы»Работа схемы автомобильного генератора (это описание применимо для всех последующих схем)Схема генератора состоит из обмотки генератора, выпрямителя (Диодного моста), обмотки возбуждения в роторе, регулятора напряжения, аккумулятора и подключенных к генератору приборов электрооборудования. При включении зажигания, ток от плюса аккумулятора идет в ротор через щетки. Этот ток проходит через открытый транзистор регулятора напряжения. Ток обмотки ротора намагничивает железные полюса с клювами. Двигатель заводится, ротор раскручивается, и обмотка статора начинает испытывать резкие изменения магнитного поля от мелькающих клювов ротора. В обмотке статора возникает Электродвижущая сила (ЭДС). В цепи обмотки появляется переменный ток. Этот ток проходит через диодный мост, становится выпрямленным, близким по форме к постоянному. Обмотка и ротор Диодный мост На всех приборах автомобиля и на аккумуляторе начинает действовать напряжение генератора. Когда генератор работает, ток возбуждения в ротор идет уже не от аккумулятора, а от самого генератора. Регулирование напряжения генератора происходит изменением тока возбуждения.. Проблема возникает в том, что, ЭДС генератора значительно превышает необходимое значение напряжения, для работы электрооборудования. Для того, чтобы поддерживать напряжение на заданном уровне 13, 8 – 14, 2 Вольта, к генератору подключен регулятор напряжения, он ограничивает напряжение генератора.. Регулирование напряжения При включении, регулятор обязательно открыт, чтобы пропустить ток возбуждения, который намагничивает ротор. Когда генератор раскручивается, ЭДС сильно вырастает, регулятор, подключенный в выходу генератора, чувствует, что напряжении становится выше и закрывается, ток возбуждения уменьшается, напряжение генератора падает. Регулятор чувствует, что напряжение стало ниже и снова открывается, появляется ток возбуждения и напряжение растет, регулятор снова закрывается, и т. С увеличением количества включенных приборов, мощность которую отдает генератор растет, а значит, напряжение на выходе генератора снижается, регулятор напряжения отслеживает это снижение и поддерживает напряжение генератора, пока хватает его мощности. Регулятор поддерживает заданное напряжение на выходе генератора при изменениях числа оборотов и изменениях нагрузки. Это обеспечивает правильную зарядку аккумулятора, и нормальную работу всего электрооборудования. Схема с внешним регулятором с заземленным транзистором, используется для многих типов устаревших генераторов. 1631, 192, и.т..п. для автомобилей Волга и Газель с двигателем 402. На многих американских автомобилях, вплоть, до 90 годов, применялись генераторы с внешним регулятором напряжения. Например автомобили «Газель» с двигателем «Крайслер» были сделаны по такой схеме.
Схема генератора со встроенным регулятором напряженияВ этом случае регулятор напряжения смонтирован в единый узел со щеточным узлом, и установлен на генератор.
По такой схеме сделаны генераторы 58.3701, для автомобиля «Москвич» и все генераторы для автомобилей УАЗ, ЗиЛ, ГАЗ 80 -х — 90-х годов выпуска. Все три схемы — это схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора. Первоначальное возбуждение происходит от аккумулятора, а после запуска ток возбуждения берется с выхода генератора, то есть с той же самой точки. Недостаток Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора. Цепь возбуждения работает через замок зажигания, поэтому работа генератора зависит от состояния контактов замка зажигания, провода цепи возбуждения получаются очень длинными и, в целом, надежность схемы недостаточно высокая. Аккумулятор всегда подключен к плюсовому выводу генератора, это необходимо для того, чтобы генератор и аккумулятор могли работать как источники заменяя друг друга — двигатель не работает — источник аккумулятор, двигатель заработал — источник генератор, и все работает от него, а аккумулятор заряжается. Если двигатель не завелся и генератор не заработал, а зажигание осталось включено, то идет ток ротора от аккумулятора (а это 3 – 5 Ампер) и разряжает его. По разным причинам такие ситуации иногда возникают и тогда, через несколько часов невыключенного зажигания, двигатель не заведется. Такие схемы, в которых ротор запитан от выхода генератора и, значит, подключен непосредственно к аккумулятору, могут привести к неожиданной разрядке аккумулятора. Схемы генераторов с дополнительными диодами Можно сделать схему возбуждения генератора более короткой и надежной. Ток возбуждения проходит только внутри генератора и не проходит во внешнюю цепь через замок зажигания. Для этого ток возбуждения берется с обмоток генератора, выпрямляется отдельным маленьким выпрямителем и отправляется сразу в обмотку возбуждения. Схема с дополнительными диодами позволяет защитить аккумулятор от случайного разряда через обмотку возбуждения. В такой схеме обмотка возбуждение, на прямую, не подсоединена к выходу генератора и аккумулятора. Ток возбуждения протекает не от выхода диодного моста, соединенного с аккумулятором, а прямо от своих обмоток в обмотку возбуждения, через дополнительный выпрямитель. Для первоначального возбуждения приходится использовать аккумулятор. Ток первоначального возбуждения, при включении замка зажигания, проходит в обмотку возбуждения через лампочку. Лампочка имеет большое сопротивление, поэтому ток в цепи возбуждения протекает маленький (лампочка светится), такого тока вполне достаточно для подмагничивания ротора. Как только ротор подмагнитился, генератор начинает вырабатывать напряжение и появляется ток в обмотках, этот ток идет через дополнительные диоды в обмотку возбуждения и намагничивание ротора возрастает, так генератор, практически сразу, возбуждается, получив первоначальный толчок маленьким током через лампочку. Цепь внешнего возбуждения остается подключенной, она используется снова при следующем запуске двигателя. Лампочка, фактически, разделяет цепь первоначального возбуждения генератора и цепь рабочего возбуждения. Ток обмотки возбуждения может достигать 5-и Ампер, но чтобы обмотка возбуждения не могла потреблять такой ток от аккумулятора, в цепи первоначального возбуждения и стоит лампочка ограничивающая этот ток. На первый взгляд проблема остается — если ротор генератора не крутится, а зажигание включено, то аккумулятор разряжается, но разражается очень маленьким током через лампочку (лампочка горит). Ток лампочки может гореть несколько дней и это не приведет к полному разряду нормального аккумулятора. Схема генератора с дополнительными диодами и регулятором напряжения типа L (D+) Схема генератора с возбуждением типа L. Такая схема широко применялась на автомобилях выпуска 90-х годов. ВАЗ 2108-09, ВАЗ 2107 — 05, ВАЗ 2110, 11, 12, «Газель», «Волга» с двигателем 406, Генераторы 372.3701, 9402,3701, 9422, 3701, и многие другие. Генераторы BOSCH, VALEO У регуляторов типа L, на точку L подключается выход лампочки для первоначального возбуждения, а когда генератор заработал, то на эту точку приходит напряжение самого генератора, через дополнительный выпрямитель. Такой регулятор считает, что напряжение на выходе дополнительного выпрямителя — это и есть напряжение бортовой сети, поэтому он поддерживает напряжение на выходе генератора, «опираясь» на значение напряжения на точке L. Это получается недостаточно точно. Такие регуляторы применялись на многих генераторах 90-х годов для автомобилей Mitsubishi, и их корейских клонах. У регуляторов SL два входа. Точка L имеет такое же подключение, выполняет туже функцию, но, контрольное напряжение, относительно которого нужно поддерживать заданное напряжение поступает на точку S. Это вход с высоким сопротивлением, который тока не потребляет. Он подключается на силовой выход генератора, где напряжение, действительно мало отличается от напряжения бортовой сети. Таким образом, регуляторы SL поддерживают напряжение на выходе генератора более точно, так как контролируют напряжение на самом выходе. На точке S при выключенном зажигании должно быть 12 Вольт (связь с аккумулятором). Если цепь оборвана, что иногда бывает, то генератор работает, но держит напряжение примерно на 1 Вольт выше нужного значения и требуется восстановление проводки, чтобы защитить аккумулятор от перезаряда. Разрядка аккумулятора по цепи S невозможна так как вход S регулятора имеет очень большое сопротивление. На Российском регуляторе SL типа 1702.3702 (для ВАЗ 2108) неподключение или обрыв точки S, полностью отключает регулятор. Такое решение использовали BOSCH, Mitsubishi, DELCO COR. Генераторы БАТЭ для ВАЗ 2110 и для 406-го двигателя 3202, 3222, были выполнены по этой схеме. Обмотка, намотанная звездой, имеет среднюю точку, если ее подключить к выпрямителю, то с выпрямителя можно снять больший ток. Для выпрямления тока от средней точки нужно дополнительное плечо диодного моста, то есть нужно еще 2 диода. Таким образом, в том же корпусе и с той же обмоткой, можно получить генератор, который будет мощнее на 10 — 15 процентов, только нужен другой диодный мост, на 8 диодов. Такой генератор поддерживает работу большего числа потребителей, что актуально с увеличением числа электронных схем управления в современных автомобилях.
Лампочка Лампочка не только ограничивает ток, но становится простым и очень полезным сигнализатором. При включении зажигания лампочка загорается, через нее идет ток первоначально возбуждения, это значит, что цепь возбуждения целая и генератор готов к работе. После запуска двигателя лампочка гаснет – это значит, что генератор заработал. Если при включении зажигания лапочка не загорелась, то значит, цепь возбуждения не включилась и генератор не заработает. Если лампочка загорелась, а после запуска двигателя не погасла, то значит, что цепь возбуждения целая, но генератор не заработал, надо искать неисправность, иначе, через два часа машина безнадежно встанет. Если лампочка загорелась на ходу, то, то значит, генератор перестал работать (например, порвался ремень), двигатель продолжает работать, пока аккумулятор заряжен, но ехать нужно туда, где отремонтируют генератор. Лампочка так действует потому, что с одной стороны, она подключается к плюсу аккумулятора, а с другой стороны к обмотке возбуждения. При включении замка зажигания, пока генератор стоит, появляется ток через обмотку возбуждения на минус и лампочка горит, показывая, что цепь возбуждения генератора целая. То есть, плюс питания подводится, лампочка целая, проводка до генератора целая, щетки на месте, контакт на кольцах хороший, обмотка ротора целая, регулятор целый, контакт на массу хороший. Тусклое свечение лампочки может быть потому, что плохо затянут контакт плюсового вывода генератора, или неисправен диодный мост Познакомимся с функцией контрольной лампочки генератора более подробно Схема генераторов DENSO, которые применялись на автомобилях ТойотаСхема генератора с регулятором напряжения типа S IG LРегуляторы такого типа применялись на генераторах фирмы Денсо для автомобилей Тойота Регулятор представляет собой микросхему с несколькими навесными элементами. Силовой транзистор Т2, который работает в ключевом режиме, включает и отключает ток возбуждения. Транзистор Т1 управляет лампочкой контроля зарядки. Микросхема работает по более сложной программе, чем регулятор на дискретных элементах, что позволяет упростить схему самого генератора. Регулятор напряжения имеет разъем S IG L, для внешнего подсоединения, и клеммы для внутреннего подсоединения к цепям генератора B, P, F, E Назначение выводов внешних S – подвод напряжения с выхода генератора и аккумулятора для контроля уровня напряжения. IG- питания цепей регулятора после включения замка зажигания L — подключение лампочки контроля заряда Назначение выводов внутренних соединений регулятора B — подвод тока возбуждения от выхода генератора P — подвод переменного напряжения с фазы генератора F — отвод тока возбуждения от ротора E – земля
Работа схемы В выключенном состоянии к точке В подведен плюс от аккумулятора, но транзистор Т2 полностью закрыт и тока по цепи возбуждения нет. Плюс действует на точке S, но это вход с очень высоким сопротивлением и тока не потребляет. При включении зажигания плюс от аккумулятора попадает на точку IG и на точку L через лампочку. Микросхема DD получает питание по цепи IG. Микросхема DD переводит транзистор Т2 в импульсный режим, с такой скважностью, что среднее значение тока оказывается достаточным для подвозбуждения генератора. От плюса, через точку В, в обмотку возбуждения идет ток через транзистор Т2. Ток очень маленький и противодействие ротора вращению двигателя получается очень слабым, что облегчает запуск двигателя и создает более щадящий режим для аккумулятора и стартера. Стартер начинает раскручивать двигатель. Ротор вращается и подмагниченный начальным током возбуждения, начинает генерировать в обмотке генератора переменное напряжение. Возникшее переменное напряжение, с одной из обмоток попадает на точку Р регулятора, и на соответствующую ножку микросхемы. Сигнал о появлении переменного напряжения, означает, что двигатель завелся и можно включать генератор. Микросхема переводит транзистор Т2, на такую длительность импульсов при которой ток возбуждения становится достаточно большим, чтобы генератор вышел на рабочее напряжение и начал отдавать достаточную мощность. Далее задача регулятора состоит в поддержании рабочего уровня напряжения на выходе генератора. Генератор все время поднимает напряжение и стремится превысить его нормальный уровень. Регулятор ограничивает напряжение на заданном уровне. Микросхема DD обеспечивает широтно – импульсное управление (ШИМ – регулятор). Среднее значение тока, протекающего в обмотку зависит от длительности импульса открытого состояния ключевого транзистора Т2. Когда напряжение на выходе генератор возрастает, то микросхема, получая значение этого напряжения на точку S, уменьшает длительность открытого состояния транзистора, и среднее значение тока возбуждения снижается, напряжение на выходе генератора снижается, далее, длительность импульсов вновь увеличивается и напряжение возрастает, таким образом, поддерживается заданный уровень выходного напряжения с достаточно высокой точностью — около 14, 4 Вольта Диод, шунтирующий обмотку возбуждения, как обычно, создает контур для ЭДС самоиндукции, при резком размыкании тока возбуждения, что снижает импульс высокого напряжения, которое может пробить выходной транзистор Т2
Схема генератора не нуждается в дополнительном выпрямителе для питания обмотки возбуждения. Схема регулятора напряжения защищает аккумулятор от разрядки через обмотку возбуждения, в случае если зажигание включено, а двигатель не работает. Как и в схеме с дополнительным выпрямителем, схема потребляет ток на свечение лампочки – сигнализатора разрядки и еще потребляет небольшой ток через обмотку возбуждения, необходимый для первоначального возбуждения, этот ток определяется импульсным режимом транзистора Т2 , его среднее значение оказывается достаточно мало, чтобы не оказывать существенное влияние на разрядку аккумулятора, поэтому в автомобиле, который не завелся, долгое время может быть включено зажигания без риска разрядки аккумулятора через генератор.
На данном рисунке показана схема генераторов на 100 и 110 Ампер, для генераторов меньшей мощности достаточно обычного диодного моста с шестью диодами.
|
Аккумулятор и генератор работают совместно. Когда генератор не работает все электрооборудование питается от аккумулятора. Когда генератор возбуждается, все начинает работать от генератора, и аккумулятор заряжается. Аккумулятор создает первоначальный ток, для возбуждения генератора, то есть, намагничивает ротор. Аккумулятор для генератора нужен обязательно. Если нет аккумулятора, генератор можно крутить сколько угодно, он не заработает.
Напряжение генератора становится выше ЭДС аккумулятора, и он начинает заряжаться.
д. Напряжение пилообразно изменяется и в среднем поддерживается на заданном уровне.
Когда генератор не работает, аккумулятор, прямо подключенный к нему, не может бесполезно разряжаться через диодный мост потому, что диодный мост не пропускает ток в обратном направлении, но, через обмотку возбуждения в роторе, аккумулятор может разрядиться.
Дальше генератор работает уже самостоятельно, потребляя необходимый ток возбуждения через дополнительные диоды. 
Как только генератор закрутился, и на выходе дополнительно выпрямителя, появляется плюс, который подействует на лампочку с другой стороны и лампочка погаснет (от плюса к плюсу ток не идет), это и означает, что генератор заработал.
Транзистор Т1 открывается и лампочка загорается, сигнализируя о том, что генератор готов к работе, но еще не работает.
Ток возбуждения (показано стрелками) от плюса, через точку В, идет в обмотку возбуждения, и через транзистор на Т2 на массу. Ротор сильно намагничивается и генератор начинает работать. Транзистор Т1 получает от микросхемы команду на закрытие и лампочка гаснет, что подтверждает нормальный режим работы генератора.
Конструкция и принцип действия регуляторов напряжения классических автомобилей
ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ
Регуляторы напряжения
Как вы, возможно, помните из прошлогодней статьи о функционировании генераторов в классических автомобилях, нет средств внутреннего контроля их выходной мощности.
Другими словами, чем быстрее он вращается, тем больше напряжения поступает в электрическую систему автомобиля. Если бы это не контролировалось, генератор повредил бы аккумулятор и сжег бы фары автомобиля. Кроме того, если бы генератор не был отключен от схемы автомобиля, когда он не работал, аккумулятор разрядился бы через его корпус.
Здесь на помощь приходит РЕГУЛЯТОР (обычно называемый регулятором напряжения, но это только один из компонентов системы). За десятилетия конструкция регуляторов претерпела множество усовершенствований, но наиболее часто используемый электромеханический регулятор — это трехфазный регулятор. блоки управления в одном типе коробки. Давайте посмотрим, как эти штуки работают…
Реле отключения
Иногда называемое автоматическим выключателем, это устройство является магнитным переключателем. Он подключает генератор к цепи аккумулятора (и, следовательно, к остальной части автомобиля), когда напряжение генератора достигает желаемого значения.
Он отключает генератор, когда он замедляется или останавливается.
Реле имеет железный сердечник, который намагничивается и тянет вниз шарнирный якорь. Когда якорь опускается, набор контактных точек замыкается, и цепь замыкается. Когда магнитное поле нарушается (например, когда генератор замедляется или останавливается), пружина тянет якорь вверх, разрывая точки контакта.
Очевидный вид отказа — это точки контакта. Когда они открываются и закрываются, генерируется небольшая искра, которая в конечном итоге разрушает материал на точках, пока они либо не «сварятся» друг с другом, либо не станут настолько высокими по сопротивлению, что не будут проводить ток в закрытом состоянии. В первом случае батарея будет разряжаться через генератор за ночь, а во втором случае система не будет заряжаться.
Регулятор напряжения
Другой набор контактных точек с железным сердечником используется для постоянной регулировки максимального и минимального напряжения.
Эта схема также имеет шунтирующую цепь (шунт перенаправляет электрический поток), идущую на землю через резистор и расположенную непосредственно перед (электрически) точками. Когда точки замкнуты, цепь возбуждения выбирает «легкий» путь к земле, но когда точки разомкнуты, цепь возбуждения должна пройти через резистор, чтобы добраться до земли.
Катушка возбуждения на генераторе подключена к одной из контактных точек регулятора напряжения. Другая точка ведет прямо к земле.
При работе генератора (разряженная батарея или несколько работающих устройств) его напряжение может оставаться ниже того, на которое настроено управление. Поскольку поток тока будет слишком слабым, чтобы тянуть якорь вниз, поле генератора уйдет на землю через точки. Однако, если система полностью заряжена, напряжение генератора будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет максимального предела, а ток, протекающий через шунтирующую катушку, будет достаточно высоким, чтобы опустить якорь и разделить точки.
Этот цикл повторяется снова и снова в режиме реального времени. Точки открываются и закрываются примерно от 50 до 200 раз в секунду, поддерживая постоянное напряжение в системе.
Регулятор тока
Несмотря на то, что напряжение генератора контролируется, его ток может быть слишком высоким. Это приведет к перегреву генератора, поэтому для предотвращения преждевременного выхода из строя предусмотрен регулятор тока.
Внешне похожий на железный сердечник регулятора напряжения, сердечник регулятора тока намотан несколькими витками толстого провода и соединен последовательно с якорем генератора.
Во время работы ток увеличивается до заданной настройки устройства. В это время ток, протекающий через обмотки из толстой проволоки, заставит сердечник тянуть якорь вниз, открывая точки регулятора тока. Чтобы замкнуть цепь, цепь возбуждения должна проходить через резистор. Это снижает текущий выход, точки закрываются, выход увеличивается, точки открываются, выход вниз, точки закрываются и так далее.
Таким образом, точки вибрируют при открытии и закрытии, как и точки регулятора напряжения, много раз в секунду.
Хорошие и плохие новости
Регуляторы напряжения механические, поэтому их легко устранить. Если вы изучите функцию каждой из трех частей и то, как они взаимосвязаны, станет очевидным, какая часть работает со сбоями, в зависимости от симптомов. Это означает, что любой, кто понимает, как все работает, может легко устранять проблемы. Это хорошая новость.
Плохая новость заключается в том, что зазор между точками и давление пружины определяют пределы напряжения/тока, и их чрезвычайно трудно настроить. Иногда это можно сделать на автомобиле с помощью вольтметра, но обычно лучше заменить весь узел регулятора при выходе из строя определенной его части. Заводская сборка регуляторов требовала относительно сложных измерительных приборов. Регулировка их «на ощупь» — вопрос удачи, и часто это может привести к повреждению.
В целом хорошая новость заключается в том, что регуляторы недороги и их относительно легко найти.
Замена всегда хорошая идея.
Как насчет регуляторов генератора?
Регулятор того же типа изначально использовался в автомобилях с генератором переменного тока, и они работают примерно одинаково. Однако, поскольку в некоторых автомобилях использовались амперметры, регулятор тока не требовался. Поэтому для включения обмоток статора генератора использовался «единичный» регулятор. Это был просто регулятор без секции регулятора тока.
Вскоре после этого автомобильные компании перешли на транзисторные регуляторы напряжения. Используя диоды Зенера, транзисторы, резисторы, конденсатор и термистор, эти регуляторы поддерживают надлежащее напряжение и ток во всей системе. Их схемы работают со скоростью 2000 раз в секунду, и они чрезвычайно надежны. С другой стороны, эти регуляторы не так просто ремонтировать. Они предназначены для того, чтобы их выбрасывали и заменяли.
Многие «полупроводниковые» регуляторы устанавливаются внутри генератора переменного тока и не подлежат обслуживанию, за исключением возможности установки пределов напряжения.
Это нормально, потому что они очень хорошо работают в течение длительного периода времени. Для проверки их работы достаточно измерить напряжение аккумуляторной батареи при выключенном двигателе, затем при работающем. Вы должны увидеть что-то между 13 и 15 вольт при работе. Отсутствие изменения напряжения означает, что либо регулятор, либо генератор не работают, а более высокое напряжение означает, что регулятор не «регулирует» должным образом.
Как насчет преобразования генераторов в генераторы переменного тока?
Ну, это двусторонний вопрос. Мы считаем, что такие переделки следует делать, если при реставрации или капитальном обновлении автомобиля были установлены дополнительные электроприборы. Кондиционеры, электрические вентиляторы охлаждения и т. д. поглощают много тока, с которым не могут легко справиться старые генераторы. Генераторы обеспечивают в три раза больший ток и весят намного меньше, чем их старые аналоги.
С другой стороны, переход на генератор переменного тока повлияет на внешний вид автомобиля.
Конечно, это личный выбор, но его стоит учитывать. Мы будем делать статью о преобразовании очень скоро.
4 изученные схемы твердотельных автомобильных генераторов переменного тока
4 простые схемы автомобильных регуляторов тока, описанные ниже, созданы в качестве непосредственной альтернативы любому стандартному регулятору и, хотя они разработаны в основном для динамо-машины, они будут одинаково эффективно работать с генератором переменного тока.
Если проанализировать функционирование традиционного регулятора напряжения автомобильного генератора переменного тока, мы найдем удивительным, что этим типам регуляторов часто доверяют так, как они есть.
В то время как большинство современных автомобилей оснащены полупроводниковыми регуляторами напряжения для регулирования выходного напряжения и тока генератора, вы все еще можете найти бесчисленное множество более ранних автомобилей, оснащенных регуляторами напряжения электромеханического типа, которые могут быть потенциально ненадежными.
Как работает электромеханический регулятор напряжения автомобиля
Стандартное функционирование электромеханического регулятора напряжения генератора автомобиля может быть следующим: фонарь.
В этом положении якорь динамо остается не соединенным с аккумулятором, так как его мощность меньше по сравнению с напряжением аккумулятора, и аккумулятор начинает разряжаться через него.
Когда скорость двигателя начинает увеличиваться, выходное напряжение динамо-машины также начинает расти. Как только оно превышает напряжение батареи, включается реле, соединяющее якорь динамо-машины с батареей.
Инициирует зарядку аккумулятора. В случае, если мощность динамо-машины возрастает еще больше, при напряжении около 14,5 В активируется дополнительное реле, которое отключает обмотку возбуждения динамо-машины.
Ток возбуждения падает, а выходное напряжение начинает падать вплоть до отключения этого реле. Реле в этот момент постоянно переключается ВКЛ/ВЫКЛ, поддерживая выход динамо на уровне 14,5 В.
Это действие защищает аккумулятор от перезарядки.
Также имеется 3-е реле, обмотка катушки которого включена последовательно с выходом динамо-машины, через которое проходит весь выходной ток динамо-машины.
Когда безопасный выходной ток динамо-машины становится опасно высоким, возможно из-за переразряженной батареи, эта обмотка активирует реле. Это реле теперь отсоединяет обмотку возбуждения динамо-машины.
Функция гарантирует, что как фундаментальная теория, так и конкретная схема предлагаемого регулятора напряжения тока автомобиля могут иметь разные характеристики в зависимости от конкретных габаритов автомобиля.
1) Использование силовых транзисторов
В указанной конструкции реле отключения заменено D5, который смещается в обратном направлении, как только выходное напряжение динамо-машины падает ниже напряжения батареи.
Из-за этого батарея не может разрядиться в динамо-машину. Если зажигание включено, обмотка возбуждения динамо получает ток через контрольную лампу и T1.
Диод D3 встроен во избежание протекания тока от катушки возбуждения из-за уменьшенного сопротивления якоря генератора переменного тока. По мере увеличения скорости двигателя выходная мощность динамо-машины пропорционально возрастает, и она начинает создавать собственный ток возбуждения с помощью D3 и T1.
По мере увеличения напряжения катодной стороны D3 сигнальная лампа постепенно тускнеет, пока не погаснет.
Когда выходное напряжение динамо достигает 13-14 В, аккумулятор снова начинает заряжаться. IC1 работает как компаратор напряжения, который отслеживает выходное напряжение динамо-машины.
По мере увеличения выходного напряжения динамо-машины напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя сначала больше, чем на неинвертирующем входе, поэтому на выходе IC сохраняется низкий уровень, а T3 остается выключенным.
Как только выходное напряжение становится выше 5,6 В, инвертирующее входное напряжение регулируется и контролируется на этом уровне с помощью D4.
Когда выходное напряжение превысит заданный наивысший потенциал (задается с помощью P1), неинвертирующий вход IC1 становится выше, чем инвертирующий вход, в результате чего выход IC1 становится положительным. Это активирует Т3. который выключает T2 и T1, подавляя ток динамо-поля.
Теперь ток возбуждения динамо-машины затухает, и выходное напряжение начинает падать, пока компаратор снова не вернется в исходное состояние. R6 обеспечивает гистерезис в несколько сотен милливольт, что помогает схеме работать как импульсный регулятор. T1 либо включается сильнее, либо отключается, так что рассеивает довольно небольшую мощность.
На текущее регулирование влияет T4. Как только ток через резистор R9 превысит выбранный наивысший уровень, падение напряжения вокруг него приведет к включению Т4. Это повышает потенциал на неинвертирующем входе IC1 и изолирует ток возбуждения динамо-машины.
Значение, выбранное для R9 (0,033 Ом/20 Вт, состоящее из 10 резисторов 0,33 Ом/2 Вт, включенных параллельно), подходит для получения оптимального выходного тока до 20 А.
Если желательны более высокие выходные токи, R9 стоимость может быть уменьшена соответствующим образом.
Выходное напряжение и ток устройства должны быть зафиксированы путем соответствующей настройки P1 и P2 в соответствии со стандартами исходного регулятора. T1 и D5 должны быть установлены на радиаторы и строго изолированы от корпуса.
2) Упрощенный регулятор напряжения и тока автомобильного генератора
На следующей схеме показан еще один вариант схемы регулятора напряжения и тока автомобильного генератора переменного тока с минимальным количеством компонентов.
Обычно, пока напряжение батареи ниже уровня полного заряда, выход регулятора IC CA 3085 остается выключенным, что позволяет транзистору Дарлингтона находиться в проводящем режиме, что поддерживает возбуждение катушки возбуждения и работу генератора переменного тока.
Поскольку микросхема CA3085 используется здесь в качестве базового компаратора, когда батарея заряжается до полного уровня заряда, может достигать 14,2 В, потенциал на выводе № 6 микросхемы изменяется на 0 В, отключая питание катушки возбуждения.
.
Из-за этого ток от генератора падает, что препятствует дальнейшей зарядке аккумулятора. Таким образом, аккумулятор защищен от перезарядки.
Теперь, когда напряжение батареи падает ниже порога CA3085 pin6, выходной сигнал снова становится высоким, заставляя транзистор открываться и питать катушку возбуждения.
Генератор начинает питать аккумулятор, так что он снова начинает заряжаться.
Перечень деталей
3) Транзисторная схема регулятора автомобильного генератора переменного тока
На приведенной ниже схеме твердотельного регулятора тока генератора переменного тока V4 сконфигурирован как транзистор с последовательным проходом, который регулирует ток в поле генератора. Этот транзистор вместе с двумя 20-амперными диодами закреплены на внешнем радиаторе. Любопытно видеть, что рассеяние V1 на самом деле не очень велико даже при максимальном токе возбуждения, а всего лишь в пределах 3 ампер.
Однако вместо среднего диапазона, при котором падение напряжения на поле соответствует падению напряжения на транзисторе V1, возникает максимальное рассеивание не более 10 Вт.
Диод D1 обеспечивает защиту проходного транзистора V4 от индуктивных всплесков, генерируемых катушкой возбуждения при каждом выключении зажигания. Диод D2, который пропускает весь ток возбуждения, обеспечивает дополнительное рабочее напряжение для управляющего транзистора V2 и гарантирует отключение проходного транзистора V4 при высоких фоновых температурах.
Транзистор V3 работает как драйвер для V4, а колебание тока базы от 3 мА до 5 мА на этом транзисторе позволяет переключать V4 от полного «включено» до полного «выключено».
Резистор R8 отводит ток при экстремальных температурах. Конденсатор C1 необходим для защиты от колебаний регулятора из-за петли с высоким коэффициентом усиления, которая создается вокруг системы. Здесь рекомендуется использовать танталовый конденсатор для повышения точности.
Первичный элемент схемы управления заключен в симметричный дифференциальный усилитель, состоящий из транзисторов V1 и V2. Особое внимание было уделено компоновке этого регулятора генератора переменного тока, чтобы убедиться в отсутствии проблем с температурным дрейфом.
Для этого большинство соединенных резисторов должны быть проволочными.
Потенциометр управления напряжением R2 заслуживает особого внимания, так как он никогда не должен отклоняться от своих настроек из-за вибрации или экстремальных температурных условий. 20-омный потенциометр, использованный в этой конструкции, идеально подходил для этой программы, однако почти любой хороший потенциометр с проволочной обмоткой в роторном стиле мог бы подойти. В этой конструкции регулятора тока напряжения автомобильного генератора следует избегать прямолинейных вариантов триммеров.
4) IC 741 Автомобильный генератор переменного тока Регулятор напряжения тока Цепь зарядного устройства
Эта схема обеспечивает полупроводниковое управление зарядкой аккумулятора. Обмотка возбуждения генератора сначала возбуждается через лампочку зажигания, как и в традиционном методе.
Ток, проходящий через клемму WL, проходит через Q1 к клемме F и, наконец, по катушке возбуждения. Как только двигатель включен, ток от динамо-машины автомобиля проходит через D2 к Q1.
Контрольная лампа зажигания гаснет, так как напряжение на клемме WL больше, чем у аккумулятора. Ток также проходит через D5 к аккумулятору.
В этот момент IC1, настроенный как компаратор, определяет напряжение батареи. Когда это напряжение на неинвертирующем входе становится выше, чем на инвертирующем входе (зафиксировано на уровне 4,6 В через стабилитрон D4), на выходе операционного усилителя появляется высокий уровень.
Затем ток проходит через D3 и R2 к базе Q2 и мгновенно включает ее. Это действие в результате заземляет базу Q1, отключая ее и снимая ток, подаваемый на обмотку возбуждения. Выходная мощность генератора теперь падает, что приводит к соответствующему падению напряжения аккумулятора.
Эта процедура гарантирует, что напряжение батареи всегда поддерживается постоянным и никогда не допускается перезарядка. Напряжение полного заряда аккумулятора можно настроить с помощью RV1 примерно до 13,5 вольт.
В холодную погоду при запуске автомобиля напряжение аккумуляторной батареи может значительно упасть.
Как только двигатель зажигается, внутреннее сопротивление батареи также становится довольно низким, что вынуждает ее потреблять слишком много тока от генератора переменного тока и, таким образом, приводит к возможному износу генератора переменного тока. Чтобы ограничить это высокое потребление тока, резистор R4 введен в первичную силовую клемму от генератора переменного тока.
Сопротивление R4 выбрано таким образом, чтобы при максимально возможном токе (обычно 20 ампер) на нем генерировалось напряжение 0,6 В, что приводит к включению транзистора Q3. В момент активации Q3 ток проходит по линии электропередачи через резистор R2 к базе Q2, включая ее, которая затем отключает Q1 и прекращает подачу тока на обмотку возбуждения. Из-за этого мощность динамо-машины или генератора теперь падает.
Никаких модификаций оригинальной проводки генератора в автомобиле не требуется. Схема может быть помещена в старый блок регулятора, Q1, Q2 и D5 должны быть присоединены к радиатору соответствующего размера.