Princip činnosti regulátoru napětí automobilového generátoru

V současné době jsou všechny generátorové soustrojí vybaveny polovodičovými elektronickými regulátory napětí, obvykle zabudovanými uvnitř generátoru. Jejich konstrukce a provedení se mohou lišit, ale princip činnosti všech regulátorů je stejný. Napětí generátoru bez regulátoru závisí na rychlosti otáčení jeho rotoru, magnetickém toku vytvářeném budícím vinutím a následně na síle proudu v tomto vinutí a na množství proudu dodávaného generátorem spotřebitelům. Čím vyšší je rychlost otáčení a budící proud, tím větší je napětí generátoru, čím větší je proud jeho zátěže, tím nižší je toto napětí.

Funkcí regulátoru napětí je stabilizovat napětí při změně rychlosti otáčení a zatížení ovlivněním budícího proudu. Samozřejmě můžete změnit proud v budicím obvodu zavedením přídavného odporu do tohoto obvodu, jak tomu bylo u předchozích vibračních regulátorů napětí, ale tato metoda je spojena se ztrátou výkonu v tomto rezistoru a nepoužívá se v elektronických regulátorech. . Elektronické regulátory mění budicí proud zapínáním a vypínáním budícího vinutí z napájecí sítě, přičemž mění relativní dobu trvání doby zapnutí budícího vinutí. Je-li pro stabilizaci napětí nutné snížit budicí proud, zkracuje se doba sepnutí budícího vinutí, je-li potřeba ji zvýšit, prodlouží se.

Princip činnosti elektronického regulátoru je vhodné demonstrovat na poměrně jednoduchém schématu regulátoru typu EE 14V3 od firmy Bosch, znázorněného na Obr. 3.

Obr.3. Schéma regulátoru napětí EE 14V3 od firmy Bosch: 1 – generátor, 2 – regulátor napětí. SA – spínač zapalování, HL – kontrolka pro sledování provozního stavu elektrocentrály

Abychom porozuměli fungování obvodu, měli bychom si pamatovat, že jak je uvedeno výše, zenerova dioda neprochází proudem přes sebe při napětích pod stabilizačním napětím. Když napětí dosáhne této hodnoty, zenerova dioda „prorazí“ a začne jí protékat proud. Zenerova dioda v regulátoru je tedy napěťový standard, se kterým se porovnává napětí generátoru. Kromě toho je známo, že tranzistory propouštějí proud mezi kolektorem a emitorem, to znamená, že jsou otevřené, pokud proud protéká obvodem báze-emitor, a neumožňují průchod tohoto proudu, tj. uzavírají se, pokud je proud báze přerušen. Napětí je přiváděno do zenerovy diody VD2 z výstupu generátoru „D+“ přes napěťový dělič přes odpory R1-R3 a diodu VD1, která provádí teplotní kompenzaci. Zatímco napětí generátoru je nízké a napětí na zenerově diodě je pod svým stabilizačním napětím, je zenerova dioda uzavřena, neprotéká jí žádný proud a v důsledku toho je v základním obvodu tranzistoru VT1 uzavřen i tranzistor VT1. V tomto případě proud přes rezistor R6 ze svorky „D+“ vstupuje do základního obvodu tranzistoru VT2, který se otevře, proud začne protékat jeho přechodem emitor-kolektor v základně tranzistoru VT3, který se také otevírá. V tomto případě je budicí vinutí generátoru připojeno k napájecímu obvodu přes přechod emitor-kolektor VT3.

Zapojení tranzistorů VT2 a VT3, ve kterých jsou spojeny jejich kolektorové vývody a základní obvod jednoho tranzistoru je napájen z emitoru druhého, se nazývá Darlingtonův obvod. Při tomto zapojení lze oba tranzistory považovat za jeden kompozitní tranzistor s vysokým ziskem. Typicky je takový tranzistor vyroben na jediném krystalu křemíku. Pokud se napětí generátoru zvýšilo například v důsledku zvýšení rychlosti otáčení jeho rotoru, pak se zvýší i napětí na zenerově diodě VD2, když toto napětí dosáhne hodnoty stabilizačního napětí, zenerova dioda VD2 „prorazí“, proud skrz něj začne téct do základního obvodu tranzistoru VT1, který Přechod emitor-kolektor otevře a zkratuje výstup báze kompozitního tranzistoru VT2, VT3 na zem. Kompozitní tranzistor se uzavře a přeruší napájecí obvod budicího vinutí. Budicí proud klesá, napětí generátoru klesá, zenerova dioda VT2 a tranzistor VT1 se zavírají, kompozitní tranzistor VT2,VT3 se otevře, budicí vinutí je znovu připojeno k silovému obvodu, napětí generátoru se zvyšuje a proces se opakuje. Napětí generátoru je tedy regulováno regulátorem diskrétně změnou relativní doby zařazení budícího vinutí do napájecího obvodu. V tomto případě se proud v budícím vinutí mění, jak je znázorněno na Obr. 4.

Obr.4. Změna intenzity proudu v budícím vinutí JB v průběhu času t během provozu regulátoru napětí: t_Zapnuto, T_VYPNUTO — doba zapnutí a vypnutí budícího vinutí regulátoru napětí; n₁, n₂ — otáčky rotoru generátoru a n₂, větší než n₁; J_B1 a J_B2 – průměrné hodnoty proudu v budícím vinutí

Pokud se rychlost otáčení generátoru zvýšila nebo se jeho zatížení snížilo, doba zapnutí vinutí se sníží, pokud se rychlost otáčení sníží nebo se zatížení zvýší, zvýší se. Obvod regulátoru (viz obr. 3.) obsahuje prvky charakteristické pro obvody všech regulátorů napětí používaných na automobilech. Dioda VD3 při uzavírání kompozitního tranzistoru VT2, VT3 zabraňuje nebezpečným napěťovým rázům vznikajícím z otevřeného obvodu budícího vinutí s výraznou indukčností. V tomto případě může být proud budícího vinutí uzavřen touto diodou a nedochází k nebezpečným napěťovým rázům. Proto se dioda VD3 nazývá zhášecí dioda. Odpor R7 je odpor tvrdé zpětné vazby. Když je kompozitní tranzistor VT2, VT3 otevřen, je připojen paralelně k odporu R3 děliče napětí, zatímco napětí na zenerově diodě VT2 prudce klesá, což urychluje spínání obvodu regulátoru a zvyšuje frekvenci tohoto spínání, což má příznivý vliv na kvalitu napětí generátorového soustrojí. Kondenzátor C1 je druh filtru, který chrání regulátor před vlivem napěťových impulsů na jeho vstupu. Obecně platí, že kondenzátory v obvodu regulátoru buď zabraňují přechodu obvodu do oscilačního režimu a možnosti cizího vysokofrekvenčního rušení ovlivňujícího činnost regulátoru, nebo urychlují spínání tranzistorů. V druhém případě se kondenzátor, nabíjející se v jednom okamžiku, vybije na základní obvod tranzistoru v jiném okamžiku, čímž se urychlí spínání tranzistoru vybíjecím proudem, a tím se sníží jeho zahřívání a ztráty energie v něm. .

Z obr. 3 je dobře patrná úloha HL lampy pro sledování provozního stavu generátorového soustrojí. Když motor automobilu neběží, sepnutí kontaktů spínače zapalování SA umožní, aby proud z baterií GA protékal přes tuto svítilnu do budícího vinutí generátoru. Tím je zajištěno počáteční buzení generátoru. Současně se rozsvítí kontrolka signalizující, že nedošlo k přerušení obvodu budícího vinutí. Po nastartování motoru se na svorkách generátoru „D+“ a „B+“ objeví téměř stejné napětí a kontrolka zhasne. Pokud generátor nevyvine napětí za chodu motoru automobilu, kontrolka HL v tomto režimu nadále svítí, což je signálem poruchy generátoru nebo přetrženého hnacího řemene.

Zavedení rezistoru R do generátorového soustrojí pomáhá rozšířit diagnostické možnosti HL lampy. Pokud je tento odpor přítomen, v případě přerušení obvodu v budicím vinutí při běžícím motoru automobilu se rozsvítí kontrolka HL.

V současné době stále více firem přechází na výrobu generátorových soustrojí bez přídavného usměrňovače budícího vinutí. V tomto případě je fázový výstup generátoru přiveden do regulátoru. Když motor auta neběží, na výstupu fáze generátoru není žádné napětí a regulátor napětí v tomto případě přejde do režimu, který zabrání vybití baterie do budícího vinutí.

Například, když je spínač zapalování zapnutý, obvod regulátoru přepne svůj výstupní tranzistor do oscilačního režimu, ve kterém je proud v budicím vinutí malý a činí zlomky ampéru. Po nastartování motoru signál z výstupu fáze generátoru přepne obvod regulátoru do normálního provozu. V tomto případě obvod regulátoru také ovládá lampu pro sledování provozního stavu generátorového soustrojí.

Rýže. 5. Teplotní závislost napětí udržovaného regulátorem Bosch EE14V3 při rychlosti otáčení 6000 min -1 a zatěžovacím proudu 5 A

Аккумуляторная батарея для своей надежной работы требует, чтобы с понижением температуры электролита, напряжение, подводимое к батарее от генераторной установки, несколько повышалось, а с повышением температуры — уменьшалось. Для автоматизации процесса изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включенный в схему регулятора напряжения. В простейшем случае термокомпенсация в регуляторе подобрана таким образом, что в зависимости от температуры поступающего в генератор охлаждающего воздуха напряжение генераторной установки изменяется в заданных пределах. Obrázek 5 ukazuje teplotní závislost napětí podporovaného regulátorem Bosch EE14V3 v jednom z provozních režimů. Graf také ukazuje toleranční rozsah pro toto napětí. Падающий характер зависимости обеспечивает хороший заряд аккумуляторной батареи при отрицательной температуре и предотвращение усиленного выкипания ее электролита при высокой температуре. По этой же причине на автомобилях, предназначенных специально для эксплуатации в тропиках, устанавливают регуляторы напряжения с заведомо более низким напряжением настройки, чем для умеренного и холодного климатов.

Mnoho lidí ví o takovém zařízení, jako je regulátor napětí generátoru, ale ne každý je schopen říci, jaké principy jsou základem jeho fungování a jak lze provést diagnostiku. Stojí za zmínku, že toto zařízení je nesmírně důležité, protože s jeho pomocí je napětí na výstupu generátoru stabilizováno. Představte si, jak motor funguje za jízdy. Jeho otáčky se neustále mění, a to v širokém rozsahu, počínaje 700-900 otáčkami za minutu a pěti, sedmi nebo dokonce deseti tisíci konče. V důsledku toho se také rychlost rotoru generátoru mění v širokém rozsahu. A při jakékoli rychlosti musí být udržováno stabilní napětí, které bude stačit k nabití baterie. Pokud se vyskytnou nějaké závady, je nutná důkladná kontrola regulátoru napětí generátoru.

Mechanické regulátory napětí

Historie automobilového průmyslu sahá více než sto let zpět a během této doby bylo vynalezeno a implementováno mnoho návrhů, které zlepšují výkon všech jednotek. Mezi nimi je reléový regulátor, protože moderní stroj bez něj nemůže normálně fungovat. Zpočátku se používala mechanická zařízení, která byla založena na elektromagnetickém relé. Například regulátor napětí generátoru VAZ prvních modelů byl přesně takový.

Jak se později ukázalo, nemá žádné výhody a řadu nevýhod. Kromě toho je hlavní nevýhodou nízká spolehlivost kvůli přítomnosti pohyblivých kontaktů. Časem se opotřebovávají, protože zařízení pracuje neustále, bez zastavení. Někdy je navíc nutné provést seřizovací práce, které nemají příliš dobrý vliv na provoz vozu. Modernita diktuje pravidlo, že auto musí včas projít údržbou v servisních střediscích. A řidič by neměl umět provádět složité opravy, požaduje se od něj pouze schopnost řídit auto a vyměnit pneumatiku (to je maximum).

Elektronické reléové regulátory

Z výše uvedených důvodů se rozšířily elektronické regulátory napětí. Pokrok se nezastavil, takže elektromagnetická relé byla nahrazena klíčovými tranzistory, triaky a tyristory. Mají velmi vysokou spolehlivost, protože neexistují žádné mechanické kontakty, místo kterých je polovodičový krystal. Samozřejmě je třeba promyslet technologii výroby takových zařízení. V opačném případě může dojít k selhání polovodiče. Kontrola regulátoru napětí generátoru tohoto typu je poměrně jednoduchá, stačí vzít v úvahu jeho vlastnosti.

Ve srovnání s předchozím, mechanickým typem reléových regulátorů je vidět jedna vlastnost – elektronické jsou vyráběny ve stejném pouzdře s kartáčky. To šetří místo, a co je nejdůležitější, usnadňuje výměnu a diagnostický postup. Zvláštností elektronických typů je přesnost regulace napětí. Vlastnosti polovodiče se během provozu nemění. Proto bude napětí na výstupu generátoru vždy stejné. Ale stojí za to mluvit o způsobu regulace, o tom, jak celý proces probíhá. A je to docela zajímavé, budeme muset obecně zvážit konstrukci generátoru.

Z jakých prvků se autogenerátor skládá?

Základem je pouzdro, jinak se nazývá stator. Toto je stacionární část každého elektrického stroje. Stator má vinutí. V automobilových generátorech se skládá ze tří částí. Jde o to, že na výstupu je generováno třífázové střídavé napětí, jeho hodnota je asi 30 Voltů. Důvodem použití této konstrukce je snížení zvlnění, protože fáze se navzájem překrývají, což má za následek stejnosměrný proud objevující se za usměrňovačem. K převodu napětí se používá šest polovodičových diod. Mají jednosměrnou vodivost. Pokud dojde k poruše, lze ji pomocí testeru poměrně jednoduše určit.

Ale na výstupu statorového vinutí nebude žádné napětí, pokud nebude vzata v úvahu jedna podmínka – je potřeba magnetické pole a k tomu pohyblivé. Není to těžké vyrobit, stačí navinout vinutí na kovovou armaturu a připojit k ní energii. Nyní ale vyvstává otázka ohledně stabilizace napětí. Nemá smysl to dělat na výstupu, protože bude vyžadováno, aby prvky byly velmi výkonné, protože proudy jsou velké. Zde ale konstruktérům přijde na pomoc jedna vlastnost elektrických strojů – pokud se na vinutí rotoru přivede stabilizované napětí, magnetické pole se nezmění. V důsledku toho je také stabilizováno napětí na výstupu generátoru. Stejným způsobem funguje generátor VAZ 2107, jehož regulátor napětí funguje na stejných principech jako „deset“.

Komponenty regulátoru napětí

Moderní vozy jsou vybaveny poměrně jednoduchým designem. Jsou neoddělitelné, v jednom pouzdře jsou spojeny dva prvky – samotný regulátor a grafitové kartáče, které přenášejí napájecí napětí na rotorové vinutí generátoru. Kromě toho mohou být elektronické typy zařízení dvou typů. Například regulátor napětí generátoru VAZ-2110 vyrobeného na konci 90. let byl vyroben na malé desce plošných spojů. Moderní zařízení jsou vyrobena pomocí jediného polovodičového krystalu, který obsahuje všechny prvky. Dalo by se dokonce říci, že se jedná o malý mikroobvod.

Grafitové kartáčky se připojují ke svorkám plošného spoje nebo polovodičového prvku. Napětí je jim přiváděno z baterie přes lampu, která je nezbytná pro diagnostiku generátoru. Vezměte prosím na vědomí, že místo nich nelze použít prvky LED, protože nemají žádný vnitřní odpor. Zhruba řečeno, žárovka funguje také jako pojistka. Pokud vlákno shoří, zastaví se přívod napětí do vinutí rotoru a generátor přestane pracovat. Pokud se kontrolka rozsvítí, došlo k poruše. Buď se opotřebovaly kartáčky nebo praskl řemen, ale občas se také stane, že selžou polovodičové diody v usměrňovači. V tomto případě je nutné vyměnit regulátor napětí generátoru za nový.

Jak odstranit regulátor

Pokud je chyba pouze v regulátoru napětí, pak je jen málo práce s jeho výměnou. Budete také potřebovat speciální nástroj – stačí jeden šroubovák. Generátor není nutné úplně rozebírat, protože kartáče s regulátorem napětí jsou umístěny na jeho zadním krytu.

Není potřeba ani povolovat pás. Regulátor napětí generátoru 2110 musíte odstranit ve dvou případech:

1. Kartáče jsou zcela opotřebované.
2. V polovodiči došlo k poruše.

Možnosti kontroly zařízení budou uvedeny níže. Nejprve odpojte baterii. Faktem je, že z něj jde napájecí vodič do generátoru, není na něm žádná ochrana, protože se používá k nabíjení baterie. A proudová spotřeba tohoto obvodu je velmi vysoká. Na těle regulátoru je jeden konektor, odpojte od něj vodič. Nyní můžete odšroubovat dva upevňovací šrouby. Poté lze regulátor napětí generátoru snadno sejmout ze zadního krytu. Je čas to zkontrolovat.

Diagnostika regulátoru napětí

V první řadě věnujte pozornost stavu kartáčů – pokud je jejich délka menší než 0,5 cm, je třeba vyměnit sestavu. Neměli byste znovu vynalézat kolo. Nemá smysl pájet nové kartáče, protože tím bude trpět spolehlivost. Protože existuje několik způsobů, jak zkontrolovat regulátor napětí generátoru, měli byste začít s tím nejobtížnějším – odstraněním zařízení. Pro diagnostiku budete potřebovat napájecí zdroj, jehož výstupní napětí se může měnit v rozmezí 10-18 Voltů.

Potřebujete také žárovku. Jeho elektrické parametry jsou následující: napájecí napětí – 12 Voltů, výkon – 2-3 Watty. Podávejte jídlo následovně:

1. Kladný pól je připojen ke konektoru v těle regulátoru (je jediný na nových vzorcích).
2. Mínus na společném talíři.

Žárovka se zapíná mezi dvěma kartáči. Postup je následující:

1. Při použití napětí 12-12,5 V by se měla žárovka rozsvítit.
2. Když napětí překročí 15 voltů, mělo by zhasnout.

Pokud se rozsvítí při jakémkoli napájecím napětí, nebo se v žádném z těchto případů nerozsvítí, pak je regulátor poškozen a je třeba jej vyměnit.

Jak provést diagnózu bez odstranění?

Nedoporučuje se provádět takovou kontrolu, protože neexistuje způsob, jak posoudit stav sestavy kartáče. Případy jsou ale různé, takže i taková diagnóza může přinést ovoce. K práci budete potřebovat multimetr nebo, pokud jej nemáte, žárovku. Hlavní věcí pro vás je změřit napětí v palubní síti vozidla a zjistit, zda nedošlo k přepětí. Lze si jich ale všimnout i při jízdě. Kontrolka například bliká při změně otáček klikového hřídele motoru.

Ale měření provedená pomocí multimetru nebo voltmetru s nataženou stupnicí budou přesnější. Nastartujte motor a zapněte potkávací světla. Připojte multimetr ke svorkám baterie. Napětí by nemělo překročit 14,8 V. Ale také je nemožné, aby klesla pod 12. Pokud to není v povoleném rozsahu, pak je regulátor napětí rozbitý. Je možné, že kontakty na spojovacích bodech mezi zařízením a generátorem jsou rozbité, nebo jsou kontakty vodičů zoxidované.

Upgrade regulačního okruhu

Jak plně bude baterie nabitá přímo závisí na regulátoru napětí. Výše popsané jednoduché konstrukce mají bohužel širokou škálu parametrů. Pokud si tedy v jednom obchodě koupíte tři kopie stejných zařízení, získáte různá výstupní napětí. A to je fakt, nikdo se nebude hádat. Pokud není baterie dostatečně nabitá, během krátké doby ztratí svou kapacitu. A nebude schopen nastartovat motor. Bude nutné jej obnovit pouze pomocí stacionární nabíječky.

Můžete však nainstalovat tříúrovňový regulátor napětí generátoru, který vám umožní změnit charakteristiky pouhým přepnutím přepínače. Jeho obvod obsahuje dva polovodiče s mírně odlišnými vlastnostmi. Díky tomu je možné upravit výstupní napětí. Když je jeden polovodič zapnutý, na výstupu se objeví 14,5 V a pokud je do obvodu zapojen další, bude o něco vyšší. Použití takového zařízení je důležité v zimě, kdy se kapacita baterie snižuje a je nutné další nabíjení.

Jak nainstalovat tříúrovňový regulátor?

Pro tento postup budete potřebovat malou sadu nástrojů. Budete potřebovat šroubovák, teplem smrštitelnou izolaci, samořezné šrouby a je možné, že budete potřebovat vrták s vrtákem 2-4 mm. Takže vše v pořádku. Prvním krokem je odšroubování dvou šroubů, které zajišťují sestavu kartáče a regulátor. Na jeho místo je třeba umístit nový, který je dodáván se sadou. Jeho rozdíl od jednoduchého je, že tam jsou pouze kartáče, polovodiče jsou umístěny v samostatném bloku. Druhou jednotku musíte umístit poblíž generátoru na karoserii auta.

Chcete-li to provést, vytvořte malé otvory pro upevnění. Za zmínku stojí, že blok s polovodiči vyžaduje dodatečné chlazení. Proto jej budete muset nainstalovat na hliníkový radiátor a teprve poté jej připevnit k prvkům karoserie. Pokud není zajištěno dostatečné chlazení, může dojít k poruše zařízení a také k narušení jeho provozu – regulace neproběhne správně. Po dokončení upevňovacích prací spojte dva uzly dráty a izolujte je. Propojovací vodiče je vhodné zajistit pomocí stahovacích pásků ke stávajícím svazkům.

Je možné vyrobit třístupňový regulátor svépomocí?

Pokud jste obeznámeni s radiotechnikou a můžete najít katodu a anodu na diodě, nebude pro vás obtížné vyrobit takové zařízení sami. Otázkou je, zda to má smysl. K výrobě budete potřebovat dvě Schottkyho diody. Pokud je máte, cena konstrukce bude mizivá. Ale pokud je musíte koupit (a není známo, za jakou cenu), můžete porovnat náklady s náklady na hotový tříúrovňový regulátor. Obvod regulátoru napětí tříúrovňového generátoru je jednoduchý, může jej zopakovat každý, kdo ví, jak používat páječku.

K realizaci vaší představy budete potřebovat také plastové pouzdro. Můžete také použít hliník, to bude ještě lepší, protože chlazení bude účinnější. Pouze je vhodné pokrýt všechny plochy vrstvou izolace, aby při jízdě nedocházelo ke zkratování kontaktů k tělu. Budete také muset nainstalovat spínač, který bude spínat polovodičové prvky. Práce na instalaci zařízení na automobil jsou podobné těm, které jsou popsány v předchozím odstavci. Za zmínku také stojí, že stále musíte zakoupit sestavu kartáče.

Závěry

Není třeba zanedbávat takové zařízení, jako je regulátor napětí automobilového generátoru. Životnost baterie závisí na její kvalitě a stavu. A pokud jsou v zařízení nějaké závady, musí být vyměněno. Sledujte stav tohoto prvku, v případě potřeby vyčistěte kontakty, abyste předešli poruchám. Generátor je umístěn ve spodní části motorového prostoru, a pokud není blatník, dostává se na něj za špatného počasí hodně vody a nečistot. A to vede ke vzniku vad nejen v regulátoru napětí, ale dokonce i ve vinutí statoru a rotoru. Pro normální fungování všech systémů je proto péče o vůz nezbytná. A před kontrolou regulátoru napětí generátoru proveďte důkladnou kontrolu a očistěte všechny konstrukční prvky od kontaminace.