Рис. 1. Способы управления током возбуждения: Г - генератор с параллельным возбуждением; W в - обмотка возбуждения; R д - дополнительное сопротивление; R - балластное сопротивление; К - коммутатор тока (регулирующий орган) в цепи возбуждения; а, б, в,г, д указаны в тексте.

Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работает в широком интервале изменения оборотов (900:.. 6500 об/мин). Соответственно изменяется и частота вращения ротора автомобильного генератора, а значит и его выходное напряжение.

Зависимость выходного напряжения генератора от оборотов двигателя внутреннего сгорания недопустима, так как напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть постоянным и не только при изменении оборотов двигателя, но и при изменении тока нагрузки. Функцию автоматического регулирования напряжения в автомобильном генераторе выполняет специальное устройство - регулятор напряжения автомобильных генераторов . Данный материал посвящен рассмотрению регуляторов напряжения современных автомобильных генераторов переменного тока.

Регулирование напряжения в генераторах с электромагнитным возбуждением

Способы регулирования . Если главное магнитное поле генератора наводится электромагнитным возбуждением, то электродвижущая сила E г генератора может быть функцией двух переменных: частоты n вращения ротора и тока I в в обмотке возбуждения - E г = f(n, I в).

Именно такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения.

При работе генератора без нагрузки его напряжение U г равно его электродвижущей силе ЭДС E г:
U г = E г = СФ n (1).

Напряжете U г генератора под током I н нагрузки меньше ЭДС E г на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении r г генератора, т.е. можно записать, что
E г = U г + I н r г = U г (1 + β) (2).

Величина β = I н r г /U г называется коэффициентом нагрузки.

Из сравнения формул 1 и 2 следует, что напряжение генератора
U г = nСФ/(1 + β), (3)
где С - постоянный конструктивный коэффициент.

Уравнение (3) показывает, что как при разных частотах (n) вращения ротора генератора (n = Var), так и при изменяющейся нагрузке (β = Var), неизменность напряжения U г генератора может быть получена только соответствующим изменением магнитного потока Ф.

Магнитный поток Ф в генераторе с электромагнитным возбуждением формируется магнитодвижущей силой F в = W I в обмотки W в возбуждения (W - число витков обмотки W в) и может легко управляться с помощью тока I в в обмотке возбуждения, т.е. Ф = f (I в). Тогда U г = f 1 что позволяет удерживать напряжение U г генератора в заданных пределах регулирования при любых изменениях его оборотов и нагрузки соответствующим выбором функции f(I в) регулирования.

Автоматическая функция f(I в) регулирования в регуляторах напряжения сводится к уменьшению максимального значения тока I в в обмотке возбуждения, которое имеет место при I в = U г /R w (R w - активное сопротивление обмотки возбуждения) и может уменьшаться несколькими способами (рис. 1): подключением к обмотке W в параллельно (а) или последовательно (б) дополнительного сопротивления R д: закорачиванием обмотки возбуждения (в); разрывом токовой цепи возбуждения (г). Ток через обмотку возбуждения можно и увеличивать, закорачивая последовательное дополнительное сопротивление (б).

Все эти способы изменяют ток возбуждения скачкообразно, т.е. имеет место прерывистое (дискретное) регулирование тока. В принципе возможно и аналоговое регулирование, при котором величина последовательного дополнительного сопротивления в цепи возбуждения изменяется плавно (д).

Но во всех случаях напряжение U г генератора удерживается в заданных пределах регулирования соответствующей автоматической корректировкой величины тока возбуждения.

Дискретно - импульсное регулирование

В современных автомобильных генераторах магнитодвижущую силу F в обмотки возбуждения, а значит и магнитный поток Ф, изменяют периодическим прерыванием или скачкообразным уменьшением тока I в возбуждения с управляемой частотой прерывания, т.е. применяют дискретно-импульсное регулирование рабочего напряжения U г генератора (ранее применялось аналоговое регулирование, например, в угольных регуляторах напряжения).

Суть дискретно-импульсного регулирования станет понятной из рассмотрения принципа действия генераторной установки, состоящей из простейшего контактно-вибрационного регулятора напряжения, и генератора переменного тока (ГПТ).

Рис. 2. Функциональная (а) и электрическая (б) схемы генераторной установки с вибрационным регулятором напряжения.

Функциональная схема генераторной установки, работающей совместно с бортовой аккумуляторной батареей (АКБ), показана на рис. 2а, а электрическая схема - на рис. 26.

В состав генератора входят: фазные обмотки W ф на статоре СТ, вращающийся ротор R, силовой выпрямитель ВП на полупроводниковых диодах VD, обмотка возбуждения W в (с активным сопротивлением R w). Механическую энергию вращения A м = f (n) ротор генератора получает от ДВС. Вибрационный регулятор напряжения РН выполнен на электромагнитном реле и включает в себя коммутирующий элемент КЭ и измерительный элемент ИЭ.

Коммутирующий элемент КЭ - это вибрационный электрический контакт К, замыкающий или размыкающий дополнительное сопротивление R д, которое включено с обмоткой возбуждения W в генератора последовательно. При срабатывании коммутирующего элемента (размыкание контакта К) на его выходе формируется сигнал τR д (рис. 2а).

Измерительный элемент (ИЭ, на рис. 2а) - это та часть электромагнитного реле, которая реализует три функции:

1. функцию сравнения (СУ) механической упругой силы F n возвратной пружины П с магнитодвижущей силой F s = W s I s релейной обмотки S (W s - число витков обмотки S, I s - ток в релейной обмотке), при этом результатом сравнения является сформированный в зазоре с период Т (Т = t р + t з) колебаний якоря N;
2. функцию чувствительного элемента (ЧЭ) в цепи обратной связи (ЦОС) регулятора напряжения, чувствительным элементом в вибрационных регуляторах является обмотка S электромагнитного реле, подключенная непосредственно к напряжению U г генератора и к аккумуляторной батарее (к последней через ключ зажигания ВЗ);
3. функцию задающего устройства (ЗУ), которое реализуется с помощью возвратной пружины П с силой упругости F п и опорной силой F о.

Работа регулятора напряжения с электромагнитным реле наглядно может быть пояснена с помощью скоростных характеристик генератора (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Изменение U г, I в, R б во времени t: а - зависимость текущего значения выходного напряжения генератора от времени t - U г = f (t); б - зависимость текущего значения в обмотке возбуждения от времени - I в = f (t); в - зависимость среднеарифметического значения сопротивления в цепи возбуждения от времени t - R б = f(t); I - время, отвечающее частоте (n) вращения ротора генератора.

Пока напряжение U г генератора ниже напряжения U б аккумуляторной батареи (U г

При увеличении оборотов ДВС напряжение генератора возрастает и при достижении некоторого значения U max) > U б) магнитодвижущая сила F s релейной обмотки становится больше силы F п возвратной пружины П, т.е. F s = I s W s > F п. Электромагнитное реле срабатывает и контакт К размыкается, при этом в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление.

Еще до размыкания контакта К ток I в в обмотке возбуждения достигает своего максимального значения I в max = U г R w > I вб, от которого, сразу после размыкания контакта К, начинает падать, стремясь к своему минимальному значению I в min = U г /(R w + R д). Вслед за падением тока возбуждения напряжение генератора начинает соответственно уменьшаться (U г = f(I в), что приводит к падению тока I s = U г /R s в релейной обмотке S и контакт К вновь размыкается усилием возвратной пружиной П (F п > F s). К моменту размыкания контакта К напряжение генератора U г становится равным своему минимальному значению U min , но остается несколько больше напряжения аккумуляторной батареи (U гmin > U б).

Начиная с момента размыкания контакта К (n = n min , рис. 3), даже при неизменной частоте n вращения ротора генератора, якорь N электромагнитного реле входит в режим механических автоколебаний и контакт К, вибрируя, начинает периодически, с определенной частотой коммутации f к = I/Т = I/(t р + t з) то замыкать, то размыкать дополнительное сопротивление R д в цепи возбуждения генератора (зеленая линия на участке n = n ср = const, рис. 3). При этом сопротивление R в в токовой цепи возбуждения изменяется скачкообразно от значения R w до величины R w +R д.

Так как при работе регулятора напряжения контакт К вибрирует с достаточно высокой частотой f к коммутации, то R в = R w + τ р где величина τ р - это относительное время разомкнутого состояния контакта К, которое определяется по формуле τ р = t р /(t з + t р), I/(t з + t р) = f к - частота коммутации. Теперь среднее, установившееся для данной частоты f к коммутации, значение тока возбуждения может быть найдено из выражения:

I в ср = U г ср /R в = U г ср /(R w +τ р R д) = U г ср /(R w + R д t р /f к),
где R в - среднеарифметическое (эффективное) значение пульсирующего сопротивления в цепи возбуждения, которое при увеличении относительного времени τ р разомкнутого состояния контакта К также увеличивается (зеленая линия на рис. 4).

Рис. 4. Скоростные характеристики генератора.

Процессы при коммутациях с током возбуждения

Рассмотрим более подробно, что происходит при коммутациях с током возбуждения. Когда контакт К длительно замкнут, по обмотке W в возбуждения протекает максимальный ток возбуждения I в = U г /R w .

Однако обмотка возбуждения W в генератора представляет собой электропроводную катушку с большой индуктивностью и с массивным ферромагнитным сердечником. Как следствие, ток через обмотку возбуждения после замыкания контакта К нарастает с замедлением. Это происходит потому, что скорости нарастания тока препятствует гистерезис в сердечнике и противодействующая нарастающему току - ЭДС самоиндукции катушки.

При размыкании контакта К ток возбуждения стремится к минимальной величине, значение которой при длительно разомкнутом контакте определяется как I в = U г /(R w + R д). Теперь ЭДС самоиндукции совпадает по направлению с убывающим током и несколько продлевает процесс его убывания.

Из сказанного следует, что ток в обмотке возбуждения не может изменяться мгновенно (скачкообразно, как дополнительное сопротивление R д) ни при замыкании, ни при размыкании цепи возбуждения. Более того, при высокой частоте вибрации контакта К ток возбуждения может не достигать своей максимальной или минимальной величины, приближаясь к своему среднему значению (рис. 4), так как величина t р = τ р /f к увеличивается с увеличением частоты f к коммутации, а абсолютное время t з замкнутого состояния контакта К уменьшается.

Из совместного рассмотрения диаграмм, показанных на рис. 3 и рис. 4, вытекает, что среднее значение тока возбуждения (красная линия б на рис. 3 и рис. 4) при повышении оборотов n уменьшается, так как при этом увеличивается среднеарифметическая величина (зеленая линия на рис. 3 и рис. 4) суммарного, пульсирующего во времени, сопротивления R в цепи возбуждения (закон Ома). При этом среднее значение напряжения генератора (U ср на рис. 3 и рис. 4) остается неизменным, а выходное напряжение U г генератора пульсирует в интервале от U max до U min .

Если же увеличивается нагрузка генератора, то регулируемое напряжение U г первоначально падает, при этом регулятор напряжения увеличивает ток в обмотке возбуждения настолько, что напряжение генератора обратно повышается до первоначального значения.

Таким образом, при изменении тока нагрузки генератора (β = V ar) процессы регулирования в регуляторе напряжения протекают так же, как и при изменении частоты вращения ротора.

Пульсации регулируемого напряжения . При постоянной частоте n вращения ротора генератора и при постоянной его нагрузке рабочие пульсации тока возбуждения (ΔI в на рис. 46) наводят соответствующие (по времени) пульсации регулируемого напряжения генератора.

Амплитуда пульсаций ΔU г - 0,5(U max - U min)* регулятора напряжения U г от амплитуды тоновых пульсаций ΔI в в обмотке возбуждения не зависит, так как определяется заданным с помощью измерительного элемента регулятора интервалом регулирования. Поэтому пульсации напряжения U г на всех частотах вращения ротора генератора практически одинаковы. Однако скорость нарастания и спада напряжения U г в интервале регулирования определяется скоростью нарастания и спада тока возбуждения и, в конечном счете, частотой вращения (n) ротора генератора.

* Следует заметить, что пульсации 2ΔU г являются неизбежным и вредным побочным проявлением работы регулятора напряжения. В современных генераторах они замыкаются на массу шунтирующим конденсатором Сш, который устанавливается между плюсовой клеммой генератора и корпусом (обычно Сш = 2,2 мкФ)

Когда нагрузка генератора и частота вращения его ротора не изменяются, частота вибрации контакта К также неизменна (f к = I/(t з + t р) = const). При этом напряжение U г генератора пульсирует с амплитудой ΔU р = 0,5(U max - U min) около своего среднего значения U ср.

При изменении частоты вращения ротора, например, в сторону увеличения или при уменьшении нагрузки генератора, время t з замкнутого состояния становится меньше времени t р разомкнутого состояния (t з

При уменьшении частоты ротора генератора (n↓), или при увеличении нагрузки (β), среднее значение тока возбуждения и его пульсации будут расти. Но напряжение генератора будет попрежнему колебаться с амплитудой ΔU г вокруг неизменной величины U г ср.

Постоянство среднего значения напряжения U г генератора объясняется тем, что оно определяется не режимом работы генератора, а конструктивными параметрами электромагнитного реле: числом витков W s релейной обмотки S, ее сопротивлением R s , величиной воздушного зазора σ между якорем N и ярмом М, а также силой F п возвратной пружины П, т.е. величина U ср есть функция четырех переменных: U ср = f(W s , R s , σ, F п).

Электромагнитное реле с помощью подгиба опоры возвратной пружины П настраивается на величину U ср таким образом, чтобы на нижней частоте вращения ротора (n = n min - рис. 3 и рис. 4) контакт К начинал бы размыкаться, а ток возбуждения успевал бы достигать своего максимального значения I в = U г /R w . Тогда пульсации ΔI в и время t з, замкнутого состояния - максимальны. Этим устанавливается нижний предел рабочего диапазона регулятора (n = n min). На средних частотах вращения ротора время t з примерно равно времени t р, и пульсации тока возбуждения становятся почти в два раза меньше. На частоте вращения n, близкой к максимальной (n = n max - рис. 3 и рис. 4), среднее значение тока I в и его пульсации ΔI в - минимальны. При n max происходит срыв автоколебаний регулятора и напряжение U г генератора начинает возрастать пропорционально оборотам ротора. Верхний предел рабочего диапазона регулятора задается величиной дополнительного сопротивления (при определенной величине сопротивления R w).

Выводы . Вышесказанное о дискретно-импульсном регулировании можно обобщить следующим образом: после пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с повышением его оборотов, наступает такой момент, когда напряжение генератора достигает верхнего предела регулирования (U г = U max). В этот момент (n = n min) в регуляторе напряжения размыкается коммутирующий элемент КЭ и сопротивление в цепи возбуждения скачкообразно увеличивается. Это приводит к уменьшению тока возбуждения и, как следствие, к соответствующему падению напряжения U г генератора. Падение напряжения U г ниже минимального предела регулирования (U г = U min) приводит к обратному замыканию коммутирующего элемента КЭ и ток возбуждения начинает снова возрастать. Далее, с этого момента, регулятор напряжения входит в режим автоколебаний и процесс коммутации тока в обмотке возбуждения генератора периодически повторяется, даже при постоянной частоте вращения ротора генератора (n = const).

При дальнейшем увеличении частоты вращения n, пропорционально ей, начинает уменьшаться время t з замкнутого состояния коммутирующего элемента КЭ, что приводит к плавному уменьшению (в соответствии с ростом частоты n) среднего значения тока возбуждения (красная линия на рис. 3 и рис. 4) и амплитуды ΔI в его пульсации. Благодаря этому напряжение U г генератора начинает также пульсировать, но с постоянной амплитудой ΔU г около своего среднего значения (U г = U ср) с достаточно высокой частотой колебаний.

Те же процессы коммутации тока I в и пульсации напряжения U г, будут иметь место и при изменении тока нагрузки генератора (см. формулу 3).

В обоих случаях среднее значение напряжения U г генератора остается неизменным во всем диапазоне работы регулятора напряжения по частоте n (U г ср = const, от n min до n max) и при изменении тока нагрузки генератора от I г = 0 до I г = max.

В сказанном заключается основной принцип регулирования напряжения генератора с помощью прерывистого изменения тока в его обмотке возбуждения.

Электронные регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Рассмотренный выше вибрационный регулятор напряжения (ВРН) с электромагнитным реле (ЭМ-реле) имеет ряд существенных недостатков:

1. как механический вибратор ВРН ненадежен;
2. контакт К в ЭМ-реле подгорает, что делает регулятор недолговечным;
3. параметры ВРН зависят от температуры (среднее значение U ср рабочего напряжения U г генератора плавает);
4. ВРН не может работать в режиме полного обесточивания обмотки возбуждения, что делает его низкочувствительным к изменению выходного напряжения генератора (высокие пульсации напряжения U г) и ограничивает верхнии предел работы регулятора напряжения;
5. электромеханический контакт К электромагнитного реле ограничивает величину максимального тока возбуждения до значений 2...3 А, что не позволяет применять вибрационные регуляторы на современных мощных генераторах переменного тока.

С появлением полупроводниковых приборов контакт К ЭМ-реле стало возможным заменить эмиттерно-коллекторным переходом мощного транзистора с его управлением по базе тем же контактом К ЭМ-реле.

Так появились первые контактно-транзисторные регуляторы напряжения. В дальнейшем функции электромагнитного реле (СУ, КЭ, УЭ) были полностью реализованы с помощью низкоуровневых (малоточных) электронных схем на полупроводниковых приборах. Это позволило изготавливать чисто электронные (полупроводниковые) регуляторы напряжения.

Особенностью работы электронного регулятора (ЭРН) является то, что в нем отсутствует дополнительный резистор R д, т.е. в цепи возбуждения реализуется практически полное выключение тока в обмотке возбуждения генератора, так как коммутирующий элемент (транзистор) в закрытом (разомкнутом) состоянии имеет достаточно большое сопротивление. При этом становится возможным управление более значительным током возбуждения и с более высокой скоростью коммутации. При таком дискретно-импульсном управлении ток возбуждения имеет импульсный характер, что позволяет управлять как частотой импульсов тока, так и их длительностью. Однако основная функция ЭРН (поддержание постоянства напряжения U г при n = Var и при β = Var) остается такой же, как и в ВРН.

С освоением микроэлектронной технологии регуляторы напряжения сначала стали выпускаться в гибридном исполнении, при котором бескорпусные полупроводниковые приборы и навесные миниатюрные радиоэлементы включались в электронную схему регулятора вместе с толстопленочными микроэлектронными резистивными элементами. Это позволило значительно уменьшить массу и габариты регулятора напряжения.

Примером такого электронного регулятора напряжения может служить гибридно-интегральный регулятор Я-112А, который устанавливается на современных отечественных генераторах.

Регулятор Я-112А (см. схему на рис. 5) является типичным представителем схемотехнического решения задачи дискретно-импульсного регулирования напряжения U г генератора по току I в возбуждения. Но в конструктивном и технологическом исполнении выпускаемые в настоящее время электронные регуляторы напряжения имеют значительные различия.

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора напряжения Я-112А: R1...R6 - толстопленочные резисторы: C1, С2 - навесные миниатюрные конденсаторы; V1...V6 - бескорпусные полупроводниковые диоды и транзисторы.

Что касается исполнения регулятора Я-112А, все его полупроводниковые диоды и триоды бескорпусные и смонтированы по гибридной технологии на общей керамической подложке совместно с пассивными толстопленочными элементами. Весь блок регулятора герметичен.

Регулятор Я-112А, как и описанный выше вибрационный регулятор напряжения, работает в прерывистом (ключевом) режиме, когда управление током возбуждения не аналоговое, а дискретно-импульсное.

Принцип работы регулятора напряжения Я-112А автомобильных генераторов

Пока напряжение U г генератора не превышает наперед заданного значения, выходной каскад V4-V5 находится в постоянно открытом состоянии и ток I в обмотки возбуждения напрямую зависит от напряжения U г генератора (участок 0-n на рис. 3 и рис. 4). По мере увеличения оборотов генератора или уменьшения его нагрузки U г становится выше порога срабатывания чувствительной входной схемы (V1, R1-R2), стабилитрон пробивается и через усилительный транзистор V2 выходной каскад V4-V5 закрывается. При этом ток I в в катушке возбуждения выключается до тех пор, пока U г снова станет меньше заданного значения U min . Таким образом, при работе регулятора ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения прерывисто, изменяясь от I в = 0 до I в = I max . При отсечке тока возбуждения напряжение генератора сразу не падает, так как имеет место инерционность размагничивания ротора. Оно может даже несколько увеличиться при мгновенном уменьшении тока нагрузки генератора. Инерционность магнитных процессов в роторе и ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения исключают скачкообразное изменение напряжение генератора как при включении тока возбуждения, так и при его выключении. Таким образом, пилообразная пульсация напряжения U г генератора остается и при электронном регулировании.

Логика построения принципиальной схемы электронного регулятора следующая. V1 - стабилитрон с делителем R1, R2 образуют входную цепь отсечки тока I в при U г > 14,5 В; транзистор V2 управляет выходным каскадом; V3 - запирающий диод на входе выходного каскада; V4, V5 - мощные транзисторы выходного каскада (составной транзистор), включенные последовательно с обмоткой возбуждения (коммутирующий элемент КЭ для тока I в); V6 шунтирующий диод для ограничения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения; R4, C1, R3 цепочка обратной связи, ускоряющая процесс отсечки тока I в возбуждения.

Еще более совершенным регулятором напряжения является электронный регулятор в интегральном исполнении. Это такое исполнение, при котором все его компоненты, кроме мощного выходного каскада (обычно это составной транзистор), реализованы с помощью тонкопленочной микроэлектронной технологии. Эти регуляторы настолько миниатюрны, что практически не занимают никакого объема и могут устанавливаться непосредственно на корпусе генератора в щеткодержателе.

Примером конструктивного исполнения ИРН может служить регулятор фирмы BOSCH-EL14V4C, который устанавливается на генераторах переменного тока мощностью до 1 кВт (рис. 6).

Для корректной работы автомобильного генератора необходима регулировка напряжения. Благодаря устройству потенциал поддерживается в рабочем диапазоне.

Общий вид автомобильного генератора

Важно знать об устройстве, принципе работы, диагностике, ремонте и замене регулятора напряжения в автомобиле. Это позволит избежать ряда негативных ситуаций в дороге, таких как незапуск двигателя, сгорание проводки автомобиля.

Строение генератора

Вне зависимости от марки и модели автомобиля, типа автомобильного генератора, всегда в конструкцию включен регулятор напряжения, позволяющий поддерживать работоспособность независимо от частоты вращения ротора. Регулировка осуществляется за счет изменения силы электротока на обмотке ротора.

Узлы генератора (схема):

• Статор (корпус) – неподвижная часть автомобильного генератора.
• Обмоток три, соединены они в одну звездой, которая формирует трехфазное переменное напряжение.
• Ротор, на лопатках которого образуется магнитное поле, и ЭДС.
• Выпрямитель трехфазный – полупроводниковые диоды, преобразующие напряжение. Одна сторона диодов токопроводящая, другая – с изолированной поверхностью.
• Устройство автоматического регулирования напряжения.

Ротор генератора автомобиля

Три обмотки позволяют значительно снизить пульсацию за счет перекрытия фаз между собой.

Принцип работы генератора

При движении ротора возникает ЭДС на выходе автомобильного генератора, который напрямую связан с АКБ. С помощью регулировки она передается на обмотку возбуждения статора. При увеличении частоты вращения ротора, напряжение начинает изменяться.

Напряжение на обмотке присутствует всегда.

Для стабилизации величины напряжения устанавливается реле регулятора напряжения, где происходит обработка, сравнение (в аналитическом блоке) входного сигнала. При отклонении от нормы блок управления подает сигнал на исполнительный механизм, где происходит снижение силы тока. После этого напряжение на выходе автомобильного генератора стабилизируется. При слишком низком значении тока, регулятор повышает выходное напряжение.

Принцип работы регулятора напряжения

Для повышения надежности работы регуляторы выполняют по упрощенным схемам. Включает несколько устройств: сравнение сигнала, орган управления, задающий и специальный датчики.

Готовая схема состоит из двух основных элементов:

• Регулятор. Устройство, которое позволяет настраивать и контролировать напряжение. Изготавливается в двух исполнениях – аналоговом (механическом) и цифровом (электронном).
• Графитовые щетки, которые подключаются к полупроводниковым элементам. Предназначены для сообщения напряжения на ротор автомобильного генератора.

Графитовые щетки передают напряжение на ротор генератора автомобиля

Современные устройства имеют микропроцессорную базу.

Двухуровневая схема регулирования

В состав входят три основных элемента: генератор, аккумуляторная батарея, выпрямитель. Внутри устройства находится магнит, обмотка которого соединена с контроллером. В качестве задающих устройств используются металлические пружины, а сравнивающих – подвижные рычаги. Контактная группа используется в качестве измерительного прибора, а постоянное сопротивление в качестве устройства регулирования.

Двухуровневый регулятор напряжения

Принцип работы двухуровневого регулятора

При возникновении напряжения и электромагнитного поля происходит сравнение сигналов. В качестве сравнивающего устройства применяется пружина, которая действует на плечо рычага. Магнитное поле действует на рычаг в нескольких направлениях (замыкает, размыкает, остается неизменным), после чего схема регулятора действует в зависимости от величины напряжения.

При выходе сигнала из рабочего диапазона в большую сторону происходит размыкание контактов.

В цепь подключено постоянное напряжение.

При этом на обмотку подается меньший ток и напряжение стабилизируется. Если изначально происходит замыкание контактов, которое свидетельствует о низком напряжении, сила тока увеличивается, и генератор продолжает работать в нормальном режиме.

Недостатки механических моделей:

• быстрый износ деталей;
• применение электромагнитных реле.

Электронные регуляторы

Работают идентично аналоговым моделям за исключением того, что механические элементы заменены на цифровые датчики. Вместо электромагнитных классических реле применяют тиристоры, симисторы, транзисторы и др. Чувствительный элемент представляет собой систему постоянных резисторов, установленных на делителе напряжения.

Схема электронного регулятора

Принцип работы состоит в следующем: при подаче напряжения на тиристоры происходит сравнение выходных сигналов. Исполнительный орган в зависимости от полученных данных замыкает или размыкает, при необходимости включая в схему добавочное сопротивление.

Преимущества электронных моделей:

• высокая точность регулировки;
• регулятор установлен в едином блоке со щетками, что позволяет экономить место, упрощать диагностику, ремонт и замену оборудования;
• повышенная надежность и долговечность;
• более тонкая настройка прибора;
• в качестве выпрямителей применяются полупроводниковые диоды, благодаря которым обеспечивается стабильность напряжения на выходе;
• задающий элемент выполнен в виде стабилитрона.

Для новых моделей автомобилей целесообразно применение более совершенных систем регулирования ввиду более сложного технического устройства.

Снятие регулятора напряжения

Для того чтобы убрать регулятор с задней крышки автомобильного генератора, необходима отвертка (крестовидная или плоская). Сам автогенератор и ремень снимать не нужно.

Снимать конструкцию можно только после отсоединения аккумуляторной батареи. Далее необходимо отсоединить провод от автомобильного генератора, открутив крепежные болты.

Главные причины неисправностей автогенератора:

• стирание угольных щеток;
• пробой изоляции полупроводниковых элементов.

Проверка работоспособности регулятора

Практически на всех моделях авто реле регулятора диагностируется аналогично. Для проведения диагностики необходим источник постоянного напряжения (аккумулятор, батарейки), лампа 12 В или вольтметр.

Контакт минус присоединяется к пластине устройства, «плюс» – к разъему реле регулятора.

После снятия регулятора с корпуса необходимо проверить работоспособность щеток. Если они менее 5мм в длину, то щеточный узел подлежит замене.

Лампа накаливания должна быть включена в схему между парой щеток:

• потухание лампочки при увеличении напряжения говорит об исправности аппарата;
• постоянное свечение лампочки при изменении параметров сигнализирует о неисправности регулятора напряжения.

Пайка новых щеток не принесет результата, т.к. надежность конструкции значительно уменьшится. Недопустимо использовать для проверки светодиодную продукцию, т.к. проведение диагностики по данной схеме не даст реальных результатов.

Проверка без снятия напряжения

Заключается в измерении бортового напряжения в автомобиле. Наличие скачков в сети также определяется миганием ламп во время поездки. Для проверки понадобится мультиметр (либо обычная лампа накаливания). Мультиметр позволяет получить более точные результаты.

Порядок действий:

1. Завести двигатель, включить фары.
2. Присоединить измерительный прибор к АКБ.
3. Рабочее напряжение колеблется в пределах 12..14,8 В. При выходе за данный интервал регулятор напряжения считается неисправным.

Проверка под напряжением не позволяет определить состояние щеточного узла. Выход за рабочие параметры напряжения может быть связан с ослаблением или окислением контактов.

Происходит усовершенствование работы систем регулирования в автомобилях. Для современных авто нет смысла использовать двухуровневое регулирование. Более совершенные системы имеют 2 и более добавочных сопротивлений. В новых моделях вместо традиционного добавочного сопротивления используется принцип увеличения частоты срабатывания электронного ключа.

Наравне с классическими, применяются системы следящего автоматического регулирования, в которых нет электромагнитного реле.

Самым распространенным методом является трехуровневая схема регулировки с частотной модуляцией для управления логическими элементами.

Трехуровневая схема регулирования

Качество зарядки аккумуляторной батареи зависит от эффективности работы регулятора напряжения. При неполной зарядке аккумулятор теряет емкость с большой скоростью, и впоследствии завести двигатель становится невозможно.

Трехуровневый регулятор напряжения

Двухуровневые модели имеют большой недостаток – разброс величины напряжения на выходе. Поэтому для повышения стабильности работы системы применяют трехуровневую систему регулировки, в состав которой входит тумблер (изменяет параметры системы).

Применение данного вида моделей позволяет более точно проводить диагностику и контролировать потенциал на выходе генератора, что важно для новых моделей среднего ценового уровня, где производители используют не всегда качественные механизмы.

Наиболее актуально применение данной системы в зимнее время года в регионах с холодным климатом, когда от низких температур сильно снижается емкость АКБ. На смену механическим регуляторам пришли бесконтактные трехуровневые, более совершенные.

Схема и принцип работы схожи с двухуровневыми моделями за исключением того, что напряжение сначала поступает в блок обработки информации. При отклонении от рабочего значения подается звуковой сигнал (рассогласования). После этого сила электротока, поступающая на обмотку, меняется до рабочего значения.

Принцип установки

Допускается установка трехуровневых моделей в любой автомобиль самостоятельно при условии знания схемы подключения:

• Необходимо отсоединить щеточный узел, открутив болты.
• Полупроводниковый узел установить на корпусе авто, сделав необходимые крепления.
• Полупроводниковый узел устанавливается сначала на алюминиевый радиатор, т.к. требует эффективного охлаждения, а затем закрепляется на корпусе.

При отсутствии системы охлаждения регулирование будет происходить некорректно.

• После установки двух узлов необходимо обеспечить электрическую связь между ними проводами, обеспечив качественную изоляцию корпусов.

Поверхности необходимо покрыть изолирующим материалом, чтобы предотвратить замыкания на корпус. Для коммутации полупроводников следует предусмотреть переключатель.

Для установки конструкции необходим корпус. Обычно применяют пластик или алюминий, который обладает большей теплоотдачей, т.е. охлаждение будет происходить более эффективно.

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).

Содержание:

Напряжение – это фактически и есть электричество. Оно существует как первородная сила, воздействие которой на любые объекты влечет за собой последствия, обусловленные их свойствами. Поэтому возможность управлять напряжением, его величиной означает влиять на ход множества процессов в электрических цепях. А это самое главное в прикладной электротехнике. Далее расскажем о том, как управлять электричеством, пользуясь тиристором.

Такие разные напряжения

Напряжение может быть с разными свойствами. Поэтому даже законы, описывающие те или иные явления, связанные с электричеством, ограничены в применении. Например, закон Ома для участка цепи. И таких примеров множество. Поэтому, оговаривая свойства электрического регулятора, необходимо точно указывать, какое именно напряжение подразумевается, В общем рассматриваются две главные его разновидности – постоянное и переменное.

Они, как начало и конец некоего интервала, внутри которого расположены в огромном разнообразии импульсные сигналы. И ранее, и сейчас, и, скорее всего, в будущем регулировать величину их всех может лишь один элемент – резистор. То есть регулируемый резистор – реостат. Он всегда обеспечивает один и тот же эффект, независимо от вида напряжения. Причем в любой момент времени. А момент времени применительно к переменному или импульсному сигналу, – это основа его определения.

Какое напряжение регулирует тиристор

Ведь в зависимости от него величина напряжения меняется. Резистором можно управлять сигналом в любой момент времени. А вот тиристором такой результат невозможно получить, потому что он ключ. У него только два состояния:

• с минимальным сопротивлением, когда ключ замкнут;
• с максимальным сопротивлением, когда ключ разомкнут.

Следовательно, тиристор для мгновенного значения напряжения не может рассматриваться как его регулятор. Только в пределах достаточно большого интервала времени, при котором учитываются многие мгновенные значения сигнала, тиристор может рассматриваться как регулятор напряжения. Поскольку такая величина именуется как действующее значение, будет правильным уточнить определение регулятора как

• тиристорный регулятор действующего напряжения.

Как соединить ключ и нагрузку

Наиболее привлекательной характеристикой тиристоров с самого начала их появления была стойкость к силе тока большой величины. Как следствие, эти полупроводниковые приборы нашли широкое применение во множестве мощных устройств. Однако в любом случае, когда рассматривается электрический регулятор, существует электрическая цепь с нагрузкой. В эквиваленте нагрузка представляется как резистор с некоторым импедансом.

Чтобы напряжение на этом резисторе изменилось, необходимы дополнительные элементы, которые соединены с ним либо последовательно, либо параллельно. Первые тиристоры были незапираемыми. Их можно было открыть (включить) в любой момент. Но для выключения необходимо было уменьшить силу тока до некоторого минимального значения. По этой причине незапираемые тиристоры применяются и по сей день лишь в электрических цепях переменного или выпрямленного тока.

На постоянном напряжении они тоже использовались, но весьма ограниченно. Например, в первых фотовспышках с управляемой силой света. Свет лампы фотовспышки, который путем управления тиристором формирует необходимое освещение объекта, дает наглядное представление о тиристоре как об электрическом регуляторе для лампы – нагрузки. Энергию для этого обеспечивал конденсатор, который разряжался через специальную лампу. И в этом случае получалась вспышка наибольшей силы.

Но для того чтобы лампа давала меньше света, параллельно с ней включался тиристор. Лампа включалась и освещала объект. А специальный оптический датчик со схемой управления следил за его характеристиками. И в нужный момент включал тиристор. Он шунтировал лампу, которая выключалась со скоростью срабатывания тиристора. При этом часть энергии конденсатора просто исчезала в виде тепла, не принося никакой пользы. Но в то время иначе и не могло быть – запираемых тиристоров еще не было.

Типы тиристоров и отличия схем для их использования

Тиристор запирался, поскольку зарядный ток конденсатора был подобран с учетом этого. Безусловно, схема с последовательным соединением тиристора и нагрузки существенно эффективнее. И она широко применяется. Все диммеры, которыми пользуются для управления освещением и электробытовыми приборами, работают по такой схеме. Но в них могут быть существенные отличия в связи с типом используемого тиристора. Схема с симметричным тиристором, который работоспособен на переменном напряжении при непосредственном соединении с нагрузкой, получается более простой.

Но если сравнивать симметричные тиристоры с обычными, пропускающими ток в одном направлении, сразу обращает на себя внимание заметно более широкий модельный ряд последних. К тому же предельные электрические параметры у них заметно больше. Но при этом обязательно наличие выпрямителя. Если регулируется сеть 220 В, необходим выпрямительный мост, в котором 4 мощных диода. Но каждый полупроводниковый прибор, независимо от того, транзистор это, тиристор или диод, характеризуется остаточным напряжением.

Оно мало изменяется в соответствии с силой тока, протекающего через него. И при этом на каждом из полупроводниковых приборов рассеивается тепло. Если токи достигают единиц ампер, тепловая мощность составит единицы ватт. Потребуются охлаждающие радиаторы. А это – ухудшение конструктивных показателей. Поэтому симисторные регуляторы более компактны и экономичны. Чтобы отказаться от выпрямительного моста, применяют схему из двух одинаковых тиристоров, соединенных параллельно и встречно.

Безусловно, это более экономичное решение относительно потерь. Однако у ключей должны быть соответствующие предельные обратные напряжения. А это значительно ограничивает число их моделей, пригодных для этой схемы. К тому же, получить симметричные полуволны, управляя двумя ключами, сложнее, чем при одном тиристоре. Но при большой силе тока, которая в промышленных установках может составлять сотни ампер и более на включенном тиристоре, рассеивается мощность в сотни ватт. Динамические потери еще больше разогревают ключи.

По этой причине уменьшение числа полупроводниковых приборов в мощных электрических регуляторах – это важнейшая задача. Далее на изображениях показаны промышленные тиристорные регуляторы напряжения. В современном ассортименте тиристоров среди моделей, выпускаемых серийно, присутствуют запираемые ключи. Они могут быть использованы в цепях постоянного тока.

Поэтому задачи регулирования напряжения в тысячи вольт при мощностях, величина которых измеряется мегаваттами, сегодня успешно решаются различными моделями тиристоров.

Проверка регулятора напряжения генератора бывает необходима в случае когда начали наблюдаться проблемы с аккумулятором. В частности, он стал или перезаряжаться. При появлении такой неисправности как раз самое время проверить реле регулятора напряжения генератора.

Реле должно отключатся при 14,2-14,5В

В задачу этого несложного прибора входит регулирование значения напряжения электрического тока, которое к аккумуляторной батарее. При его выходе из строя, АКБ или недостаточно заряжается или наоборот перезаряжается, что также опасно, поскольку при этом значительно снижается ресурс аккумулятора.

Согласитесь, что такая перспектива из-за одной небольшой детальки не очень хорошая. Именно поэтому так важно контролировать рабочее состояние регулятора напряжения (также его еще могут называть таблетка или шоколадка). Но чтобы правильно проверить регулятор напряжения необходимо знать его тип и несколько важных особенностей.

Типы регуляторов напряжения

Разобравшись с тем, каких типов бывают эти устройства, в чем их особенности и свойства, придет полное понимание проводимых при проверке процедур. Также это даст ответ, по какой схеме, каким способом и как проверять регулятор напряжения генератора.Регуляторы бывают двух типов:

• совмещенные;
• отдельные.

В первом случае имеется в виду, что корпус регулятора совмещен со щеточным узлом непосредственно в корпусе генератора. Во втором случае регулятор представляет собой отдельный узел, который расположен на корпусе машины, в моторном отсеке, и к нему идут провода от генератора, и от него уже тянутся провода к аккумуляторной батарее.

Особенностью регуляторов является то, что их корпуса неразборные. Они, как правило, залиты герметиком или специальной смолой. Да и ремонтировать их особого смысла нет, поскольку стоит аппарат недорого. Поэтому основная проблема в данном ключе состоит в проверке реле регулятора напряжения генератора. Независимо от типа регулятора признаки напряжения будут одни и те же.

Признаки неисправности

Так, в случае пониженного напряжения аккумуляторная батарея попросту не будет заряжаться. То есть, утром вы не сможете завести машину, возможно даже не засветятся лампы на приборной панели или неприятности возникнут во время движения. Например, тусклые фары в темное время суток, неустойчивая работа электросистемы (проблемы с электроприборами - дворниками, обогревателями, магнитолой и так далее).

В случае повышенного напряжения велика вероятность уменьшения уровня электролита в банках аккумулятора, или его выкипание. Также может появиться белый налет на корпусе АКБ. При перезарядке батарея может вести себя неадекватно.

Признаки, неисправности и ремонт генератора и регулятора напряжения

Кроме этого, еще можно выделить следующие признаки неисправности регулятора напряжения (в отдельных случаях некоторых из них могут как иметь место, так и отсутствовать, все зависит от конкретной ситуации):

• при включении зажигания на приборной панели не светится контрольная лампочка (хотя это может быть признаком и других неисправностей, например, того, что он перегорела, отпал контакт и так далее);
• после запуска не гаснет индикатор аккумулятора на приборной панели, то есть, имеют место явные неисправности в зарядке АКБ;
• яркость свечения фар становится зависима от оборотов двигателя (это можно проверить где-нибудь в безлюдном месте, установив автомобиль напротив стены и погазовать - если при этом свечение будет меняться, то, скорее всего, регулятор напряжения неисправен);
• машина перестала нормально заводиться с первого раза;
• постоянно разряжается аккумуляторная батарея ;
• при превышении количества оборотов двигателя свыше 2000 об/мин индикаторы на приборной панели отключаются ;
• динамические характеристики машины падают , особенно это заметно на высоких оборотах двигателя;
• в некоторых случаях может закипеть аккумуляторная батарея .

Причины отказа реле-регулятора

Причинами выхода регулятора напряжения из строя могут быть:

• короткое замыкание в цепи, в том числе межвитковое замыкание обмотки возбуждения;
• выход из строя выпрямительного моста (пробой диодов);
• переполюсовка или неправильное подключение к выводам аккумулятора;
• проникание влаги в корпус регулятора и/или генератора (например, во время мойки машины или езды в сильный дождь);
• механические повреждения узла;
• естественный износ узла, в том числе, щеток;
• плохое качество непосредственно проверяемого аппарата.

Существует ряд несложных методов проверки регулятора вне зависимости от того, съемный ли этот узел или нет.

Простейший способ проверки регулятора напряжения генератора

Самый простой метод проверки регулятора состоит в замере мультиметром напряжения на аккумуляторных клеммах. Однако стоит сразу оговориться, что приведенный далее алгоритм не дает 100% вероятности выхода из строя именно регулятора. Возможно, . Но преимущество данного метода заключается в том, что он прост, и не нужно выполнять демонтаж устройства из машины. Итак, алгоритм проверки регулятора напряжения генератора мультиметром таков:

• Выставить тестер в режим измерения постоянного напряжения на предел около 20 В (зависит от конкретной модели, главное, чтобы он максимально точно показывал значения до 20 В).
• Запустить двигатель.
• Измерить напряжение на клеммах аккумулятора в режиме холостого хода (1000...1500 об/мин). При исправном регуляторе и генераторе значение должно находиться в пределах 13,2...14 В.
• Увеличить обороты до значений 2000...2500 об/мин. В нормальном состоянии электросхемы соответствующее напряжение вырастет до 13,6...14,2 В.
• При увеличении оборотов до 3500 об/мин и выше напряжение не должно превышать 14,5 В.

Если в процессе проверки значения напряжения очень отличаются от приведенных, то, скорее всего, у машины неисправен регулятор напряжения. Помните, что напряжение не должно падать ниже 12 В и не должно повышаться более 14,5 В.

Как было указано выше, регулятор может быть отдельный или совмещенный с генератором. В настоящее время практически на всех иномарках, да и на большинстве современных отечественных машин устанавливаются совмещенные реле. Это обусловлено спецификой их работы и экономией места.

Проверка совмещенного реле-регулятора

Проверка регулятора напряжения ВАЗ 2110

Для выполнения соответствующей проверки необходимо собрать схему, приведенную на рисунке. Для этого используются зарядное устройство или блок питания с регулируемой нагрузкой (важно, чтобы с его помощью была возможность регулировать значение напряжение в цепи), лампочку на 12 В (например, от поворотника или фары, мощностью 3...4 Вт), мультиметр, непосредственно регулятор напряжения (это может быть как от генератора bosch, так и valeo или другой). Используемые для коммутации провода желательно иметь с “крокодилами”.

Проверка регулятора напряжения у генератора 37.3701: 1 - аккумуляторная батарея; 2 - вывод «масса» регулятора напряжения; 3 - регулятор напряжения; 4 – вывод «Ш» регулятора; 5 - вывод «В» регулятора; 6 - контрольная лампа; 7 - вывод «Б» регулятора напряжения.

Если собрать схему, напряжение в которой будет со стандартным значением 12,7 В, то лампочка будет просто светиться. Но если с помощью регулятора напряжения поднять его значение до 14...14,5 В, то при исправном реле лампочка должна погаснуть. В противном случае регулятор неисправен. То есть, при достижении напряжения в 14...14,5 В (в зависимости от модели машины и, соответственно, регулятора) и выше лампочка тухнет, а при понижении до такого же уровня вновь загорается.

Важно, чтобы лампочка не тухла, пока подаваемое на регулятор напряжение не достигнет 14 В. В противном случае на холостом ходу генератор не сможет нормально подзаряжать аккумулятор.

Проверка регулятора напряжения ВАЗ 2107

Проверка регулятора напряжения на автомобилях ВАЗ 2108/2109

До 1996 года на машине ВАЗ 2107 с генератором марки 37.3701 устанавливался регулятор напряжения старого образца (17.3702). Процедура проверки приводилась выше. После 1996 года использовался более современный генератор марки Г-222 (стоит интегральный регулятор РН Я112В(В1).

Как видите, алгоритм проверки у всех регуляторов практически одинаков. Разница состоит лишь в значениях отсечки, когда срабатывает реле.

Проверка отдельного регулятора

Проверка регулятора напряжения у генератора Г-222: 1 - аккумуляторная батарея; 2 - регулятор напряжения; 3 - контрольная лампа.

Как правило, отдельные регуляторы напряжения устанавливали на старые машины, включая отечественные ВАЗы. Но некоторые производители продолжают так поступать до сих пор. Процесс проверки аналогичен. Для этого нужно иметь блок питания с регулятором значения напряжения, лампочку на 12 В, мультиметр и непосредственно проверяемый регулятор.

Для проверки нужно собрать схему, приведенную на рисунке. Сам же процесс аналогичен приведенному выше. В нормальном состоянии (при напряжении в 12 В) лампочка светится. При увеличении значения напряжения до 14,5 В она тухнет, а при понижении - светится вновь. Если в процессе лампа светится или тухнет при других значениях - значит, регулятор вышел из строя.

Проверка реле типа 591.3702-01

Схема проверки реле типа 591.3702-01

Также до сих пор можно встретить регулятор напряжения типа 591.3702-01, который устанавливали еще на заднеприводные ВАЗы (начиная от ВАЗ 2101 и заканчивая ВАЗ 2107), ГАЗ и Москвичи. Аппарат крепится отдельно, и устанавливается на кузове. В целом же проверка аналогична описанному выше, однако отличия состоят в используемых при этом контактах.

В частности, на нем есть два основных контакта - «67» и «15». Первый из них - это минус, а второй - плюс. Соответственно, для проверки необходимо собрать схему, приведенную на рисунке. Принцип проверки остается прежним. В нормальном состоянии, при напряжении в 12 В лампочка светится, а при повышении соответствующего значения до 14,5 В - тухнет. При возвращении значения в исходное значение лампочка загорается вновь.

Классическим регулятором такого типа является аппарат марки РР-380, устанавливаемый на машины ВАЗ 2101 и ВАЗ 2102. Приводим справочные данные, касающиеся этого регулятора.

Проверка трехуровневого реле

Некоторые автовладельцы устанавливают на свои машины вместо стандартных “шоколадок” трехуровневые реле, которые являются технологически более продвинутыми. Их отличием является наличие трех уровней напряжения, при котором происходит отсечка питания аккумулятора (например, 13,7 В, 14,2 В и 14,7 В). Соответствующий уровень можно выставить вручную, воспользовавшись специальным регулятором.

Такие реле являются более надежными и позволяют гибко регулировать уровень напряжения отсечки. Что касается проверки такого регулятора, то она полностью аналогична описанным выше процедурам. Только при этом не забудьте про значение, которое выставлено на реле, и соответственно, проверяйте его по мультиметру.

Проверка генератора

Существует один метод, с помощью которого можно проверить работоспособность генератора автомобиля, оборудованного реле регулятора 591.3702-01 с элементами диагностики. Он заключается в следующем:

• отключить провода, которые шли к контактам 67 и 15 регулятора напряжения;
• подключить к ней лампочку (исключив из схемы регулятор);
• снять с плюсовой клеммы аккумуляторной батареи провод.

В случае, если в результате этих действий двигатель не заглох - значит, можно утверждать, что генератор автомобиля в порядке. В противном случае - неисправен и нуждается в проверке и замене.

Для того чтобы увеличить срок службы регулятора напряжения, необходимо придерживаться нескольких несложных правил, направленных на выполнение профилактических мер. Среди них:

• не допускайте чрезмерного загрязнения генератора, периодически проводите осмотр его состояния, а при необходимости и демонтаж с чисткой агрегата;
• проверяйте натяжку ремня генератора, при необходимости подтягивайте его (самостоятельно или в автосервисе);
• контролируйте состояние обмоток генератора, в частности, не допускайте их потемнения;
• проверяйте контакт на управляющем проводе реле-регулятора, причем как его качество, так и наличие на нем окисления;
• выполняйте периодическую проверку напряжения на аккумуляторной батарее автомобиля с запущенным двигателем.

Соблюдение этих простых правил позволят вам увеличить ресурс и срок эксплуатации как генератора, так и регулятора напряжения автомобиля.

Итоги

Проверка реле-регулятора напряжения - дело несложное, и с ней может справиться практически любой автолюбитель, владеющий элементарными навыками ремонтных работ. Главное, иметь для этого соответствующие инструменты - мультиметр, блок питания с регулятором напряжения (хотя можно подключить и к аккумулятору с зарядным устройством), лампу на 12 В и кусочки проводов для монтирования соответствующей схемы.

В случае, если в процессе проверки вы выяснили, что регулятор вышел из строя, то он подлежит обязательной замене (ремонтные работы как правило не производятся). Главное, не ошибиться при его выборе и приобрести ту деталь, которая подходит именно для вашей машины.

В настоящее время задачи регулирования напряжения получили материальную основу в виде регулирующих и компенсирующих устройств. Постоянство напряжения в каждой точке сети можно обеспечить применением локальных регуляторов в электрических цепях. Таким образом возникает вопрос о создании локальных систем автоматического регулирования напряжения в электрической сети.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

ВВЕДЕНИЕ 3

Описание прибора 4

Основное назначение и область применения 5

Виды регуляторов напряжений 6

регуляторы переменного напряжения на основе тиристоров 7

регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей 8

регуляторы переменного напряжения на основе транзисторов 9

синхронный компенсатор: назначение, принцип работы 10

Принцип работы регулятора напряжения 1 3

Заключение 1 4

Список литературы 1 5

Введение: Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. В настоящее время задачи регулирования напряжения получили материальную основу в виде регулирующих и компенсирующих устройств. Расчеты показывают, что как правило, дополнительные затраты, связанные с применением регулирующих устройств и их автоматизацией, окупаются той экономией, которая достигается при улучшении режимов напряжений в электрических сетях и системах. Постоянство напряжения в каждой точке сети можно обеспечить применением локальных регуляторов в электрических цепях. Таким образом, возникает вопрос о создании локальных систем автоматического регулирования напряжения в электрической сети. Представляется целесообразным построение локальной системы автоматического регулирования с применением транзисторов.

Цель исследования : Изучить принцип работы и применения регуляторов напряжения для повышения эффективности функционирования электротехнических устройств.

Задачи исследования:

1. Узнать область назначения и применения регулятора напряжения.
2. Определить виды регуляторов напряжения.
3. Изучить принцип работы регуляторов напряжения.
4. Сделать выводы о проделанной работе.

1. Описание прибора:

Регулятор напряжения представляет собой электрический прибор, который регулирует электрическое напряжение, вырабатываемое генератором переменного тока или генератором постоянного тока в интервале от 14 до 14,4 В при номинальном напряжении сети 12 В и от 7 до 7,2 В при номинальном напряжении сети 6 В.

Регулируемое в указанном интервале напряжение обеспечивает правильную работу батареи и защиту приборов от разрушения. Предпосылкой правильной работы является недопущение возможности перегрузки электрической мощности регулятора. Например: Регулятор имеет максимальную электрическую мощность 200 Вт. Это значит, что мощность генератора переменного тока должна быть P alt <= 200 Вт. Далее, суммарное электропотребление приборов в сети транспортного средства не должно превышать 200 Вт. При перегрузке может наступить разрушение регулятора, либо разряд и разрушение батареи.

Регулятор напряжения переменного тока обеспечивает среднее значение напряжения в указанном интервале. Это означает, что, например, измеряемое осциллоскопом напряжение меняется периодически на большую величину, чем номинальное напряжение. Например, от +- 20 до 30 В. Это среднее значение гарантирует, что приборы типа электрических лампочек не разрушатся. Однако действует такое правило, по которому сумма электропотребления приборов должна быть Ps[Вт] <= Preg[Вт]. То есть, регулятор необходимо выбирать согласно номинальному напряжению [В] и макс. электропотреблению [Вт].

2. Основное назначение и область применения:

Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. Существуют различные способы регулирования напряжения. Разнообразие решений обусловлено требованиями по устойчивости, необходимой точности регулирования, параметрами нагрузок, экономическими и другими факторами.

Регулирование в источниках вторичного электропитания

Величину выпрямленного напряжения в ряде случаев нужно изменять. Такая необходимость может возникнуть при включении мощных двигателей, накала генераторных ламп, для уменьшения бросков тока при включении. Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять на стороне переменного тока (входе), на стороне постоянного тока (выходе) и в самом выпрямителе применением регулируемых вентилей.

В качестве регуляторов напряжения на стороне переменного тока применяются:

регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

регулирующие дроссели (магнитные усилители).

В регулируемом трансформаторе или автотрансформаторе первичная или вторичная обмотка выполняются с несколькими выводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора. При коммутации обмоток часть витков может оказаться замкнутой накоротко движком переключателя, что приведет к созданию в замкнутых витках чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Поэтому такую коммутацию рекомендуется производить после отключения трансформатора из сети. Это является большим недостатком .

3. Виды регуляторов напряжений.

1. По количеству узлов в одном корпусе:

• только регулятор напряжения
• регулятор напряжения вместе с выпрямителем электрического тока
• комбинированный регулятор для напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока с выпрямителем

2. По номинальному напряжению в сети транспортного средства и изменению напряжения:

• номинальное напряжение 6 или 12 В
• напряжение переменного тока или напряжение постоянного тока

3. По электрической мощности (нагрузке) регулятора

4. По числу фаз на 1-фазные и 3-фазные

5. По типу регулируемого генератора постоянного тока – для генераторов с независимым возбуждением и генераторов с постоянными магнитами.

3.1. Регуляторы переменного напряжения на основе тиристоров:

Тиристорные регуляторы позволяют значительно уменьшить физические размеры устройства, снизить его стоимость и сократить потери электроэнергии, но они обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Тиристорные регуляторы переменного напряжения широко применяются в электроприводе, также для питания электротермических установок. Применение тиристоров для коммутации статорных цепей асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором позволяет решить задачу создания простого и надежного бесконтактного асинхронного электропривода. Можно эффективно воздействовать на процессы разгона, замедления, осуществлять интенсивное торможение и точную остановку. Безыскровая коммутация, отсутствие подвижных частей, высокая степень надежности позволяют применять тиристорные регуляторы во взрывоопасных и агрессивных средах.

Обобщенная схема тиристорного регулятора переменного напряжения приведена на рис. 1:

3.2. Регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей:

Рассмотрим регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей, тиристоров и транзисторов. Магнитный усилитель (МУ) представляет собой статический электромагнитный аппарат, позволяющий при помощи управляющего сигнала постоянного тока небольшой мощности управлять значительными мощностями в цепи переменного тока . Регулирующий дроссель (или магнитный усилитель) включается на входе выпрямителя. Если обмотки переменного тока магнитного усилителя включить последовательно с нагрузкой и изменить ток в обмотке управления, то будет изменяться индуктивное сопротивление обмоток дросселя и падение напряжения на этих обмотках. Следовательно, будет изменяться. При увеличении, уменьшается, уменьшается, уменьшается и растет.

Регуляторы напряжения, построенные на основе магнитных усилителей, обладают рядом достоинств: практически неограниченный срок службы, простота эксплуатации, высокая температурная и временная стабильность характеристик, высокий КПД. Несмотря на ряд достоинств, регуляторы, построенные на базе магнитных усилителей, редко применяются в современных системах управления, так как существенным недостатком таких устройств являются их большие габариты и масса, вызванные конструктивными особенностями магнитных усилителей.

3.3. Регуляторы переменного напряжения на основе транзисторов:

Транзисторный регулятор напряжения не вносит помех в электрическую сеть и его можно применять для управления нагрузкой, как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Регулятор можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора.

Обобщенная схема транзисторных регуляторов переменного напряжения приведена на рисунке 2:

3.4. Синхронный компенсатор назначение, принцип работы:

Понимание того, насколько важно качество электроэнергии (соотношение ее активной и реактивной составляющих – коэффициент мощности), постоянно растет, и вместе с ним будет расти и применение компенсации коэффициента мощности (ККМ). Улучшение качества электроэнергии путем увеличения ее коэффициента мощности уменьшает расходы и гарантирует быстрое возвращение затраченных капиталов. В распределении мощности в сетях с малым и средним напряжением ККМ уделяет основное внимание соотношению активной и реактивной составляющих мощности (cosφ) и оптимизации стабильности напряжения, путем генерации реактивной мощности с целью увеличения качества и стабильности напряжения на распределительном уровне.

Компенсатор синхронный, синхронный электродвигатель, работающий без активной нагрузки, предназначенный для улучшения коэффициента мощности и регулирования напряжения в линиях электропередачи и в электрических сетях В зависимости от изменений величины и характера нагрузки (индуктивная или емкостная) электрической сети меняется напряжение у потребителя (на приемных концах линии электропередачи). Если нагрузка электрической сети велика и носит индуктивный характер, к сети подключают К. с., работающий в перевозбужденном режиме, что эквивалентно подключению емкостной нагрузки. При передаче электроэнергии по линии большой протяженности с малой нагрузкой на режим работы сети заметно влияет распределенная емкость в линии. В этом случае для компенсации емкостного тока в сети к линии подключают К. с., работающий в недовозбужденном режиме. Постоянство напряжения в линии поддерживается регулированием тока возбуждения от напряжения регулятора. Пуск К. с. осуществляется также, как и обычных синхронных двигателей; сила пускового тока К. с. составляет 30–100% его номинального значения. К. с. изготовляют мощностью до 100 ква и более; мощные К. с. имеют водородное или водяное охлаждение. Применяются главным образом на электрических подстанциях.

Любое электрооборудование, использующее магнитные поля (двигатели, дроссели, трансформаторы, оборудование индукционного нагрева, генераторы для дуговой сварки) подвержено определенному запаздыванию при изменении тока, которое называется индуктивностью. Это запаздывание электрооборудования сохраняет направление тока на определенное время, не смотря на то, что отрицательное напряжение пытается его переменить. Пока этот фазовый сдвиг сохраняется, ток и напряжение имеют противоположные знаки. Производящаяся все это время отрицательная мощность отдается обратно в сеть. Когда ток и напряжение по знаку снова уравниваются, необходима такая же энергия, чтобы восстановить магнитные поля индукционного оборудования. Эта магнитная реверсионная энергия называется реактивной мощностью. В сетях с напряжением переменного тока (50/60 Hz) такой процесс повторяется 50–60 раз в секунду. Очевидным выходом из данной ситуации является накопление реверсионной магнитной энергии в конденсаторах с целью освобождения сети (линии питания). Именно поэтому автоматические системы компенсации реактивной мощности (расстроенные / стандартные) устанавливаются на мощную нагрузку, например, на заводах. Такие системы состоят из нескольких конденсаторных блоков, которые могут быть подключены и отключены по мере надобности, и управляются контролером ККМ на основании данных трансформатора тока.

Низкий коэффициент мощности (cosφ) приводит: к повышению затрат и потребления энергии,уменьшению мощности, передающейся по сети, потерям мощности в сети, повышению потерь трансформатора, повышенному падению напряжения в распределенных сетях питания. Увеличение коэффициента мощности может быть достигнуто путем: компенсации реактивной мощности конденсаторами, активной компенсации – использование полупроводников, перевозбуждением синхронных машин (двигатель / генератор)

В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8–12% от объема производства. Для уменьшения этих потерь необходимо: правильно о п ределять электрические нагрузки; рационально передавать и распределять электрическую энергию; обеспечивать необходимую степень надежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечивать электр о магнитную совместимость приемника с сетью; экономить электроэнергию. Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это – созд а ние быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улу ч шающей качество; сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузки трансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов к нагрузкам, использование экономи ч ного оборудования и оптимизация его режимов работы. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Вспомогательный параметр – реактивная мощность. Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосист и чивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях. Реактивную мо щ ность потребляют такие элементы питающей сети как трансформаторы эле к тростанций; главные понизительные электростанции, линии электропередач – на это приходится 42% реактивной мощности генератора, из них 22% на п о вышающие трансформаторы; 6,5% на линии электропередач районной си с темы; 12,5% на понижающие трансформаторы. Основные же потребители реактивной мощности – асинхронные электр о двигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами. Говоря иначе, существуют приемники электроэнергии, нуждающиеся в реактивной мощности. Одной реактивной мощности, выдаваемой генератором явно недостаточно. Увел и чивать реактивную мощность, выдаваемую генератором нецелесообразно из-за вышеперечисленных причин, т.е. нужно выдавать реактивную мо щ ность именно там, где она больше всего нужна.

4. Принцип работы регулятора напряжения:

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. При подключении регулятора к электросети не допускается менять полюса + и – батареи. Регулятор может разрушиться.

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.

Заключение:

Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. Сделав выводы об устройстве и применении регулятора напряжения переменного тока можно с уверенностью сказать, что данное устройство может достаточно облегчить работу как радиотехника так и обычного человека в его использовании для улучшения качество потребляемой электроэнергии.

Список литературы:

1. Бутов А. „Устройство защиты маломощных ламп накаливания“, Журнал „Радио“ №2, 2004г.
2. Чекаров А. „Беспомеховый регулятор напряжения“ Журнал „Радио“, №11, 1999г.
3. Основы радиотехники [Текст] / Н. М. Изюмов, Д. П. Линде. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1983. - 376 с. : ил. - (Массовая радиобиблиотека; вып. 1059). - Б. ц.
4. Радиотехника [Текст] : к изучению дисциплины / И. П. Жеребцов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : [б. и.], 1958. - 495 с. - Б. ц.
5. Практикум по электротехнике и радиотехнике [Текст] : пособие для студ. пед. ин-тов / Под ред. Н.Н. Малова. - М. : Учпедгиз, 1958. - 166 с. - Б. ц.
6. Курс электротехники и радиотехники [Текст] : учебное пособие: для пед. ин-тов / Н.Н. Малов. - М. : Госфизмат, 1959. - 424 с. - Б. ц.

PAGE \* MERGEFORMAT 2