Реле регулятора напряжения генератора

Для того чтобы стабилизировать напряжение в бортовой сети автомобиля, используют специальное устройство, регулятор. Его работоспособность оказывает существенное влияние не только на отдельные характеристики автомобиля, но и на долговечность электронных и механических компонентов.

Электронные реле регуляторы

Как работает реле регулятор

Генератор создает напряжение, которое повышается при увеличении скорости вращения ротора. Его уровень зависит также от величины тока, который проходит через подключенную нагрузку и от параметров магнитного поля, образованного обмоткой возбуждения.

Чтобы обеспечить автоматическую настройку, необходимо выполнять измерение напряжения на выходе генератора. Для этого оно преобразуется в измерительный сигнал, который будет сравниваться с образцовым параметром. При обнаружении изменений, сравнивающий блок должен образовать сигнал управления, изменяющий определенным образом силу тока в обмотке возбуждения, что в итоге позволит оказать необходимое влияние на уровень выходного напряжения.

Общие принципы понятны. Но их реализация была разной, в зависимости от уровня технологического развития. В самых первых схемах использовались разные решения, вплоть до механических сил, которые приводили в действие пружинные узлы в реле. Разумеется, подобные конструкции отличались невысокой надежностью. В местах прерывания контактов под действием электрических разрядов повреждались защитные покрытия. Со временем приходили в негодность движущиеся узлы.

Ниже будут рассмотрены более совершенные схемы, соответствующие нынешнему уровню развития. Но для понимания процессов вполне достаточно рассмотреть простейший вариант, с реле в цепях защиты и управления. Подобные устройства до сих пор используются в грузовых автомобилях:

Электронные реле регуляторы

В этой несложной схеме используется единственный транзистор. Здесь он выполняет функцию ключа. Если генератор вращается медленно, напряжение на выходе сравнительно невелико. В этих условиях контакты реле управления (Р_н) разомкнуты, а транзистор находится в открытом состоянии. При повышении напряжения выше определенного уровня, реле замыкает цепь. Полупроводниковый переход в транзисторе закрывается. Далее ток проходит не по пути коллектор-эмиттер, а через резисторы (R_д) и (R_у). Обмотка возбуждения создает магнитное поле с меньшей энергией, что снижает скорость вращения ротора. Уровень напряжения на выходе снижается.

На рис. ниже изображены изменения электрических параметров в обмотке. Ниже приведены пояснения:

Регулятор напряжения, созданный с использованием комбинированной схемы

• Величины (n1) и (n2) – это разные скорости вращения ротора, на которых были произведены соответствующие измерения (частота n2 больше, чем n1).
• Видно, что t_вкл (время включения обмотки) на верхнем графике больше, а на нижнем – меньше. Таким образом, при увеличении скорости вращения обмотка меньше времени создает магнитное поле.
• Параметр t_выкл (время, в течение которого происходит выключение) поясняет смысл второй стадии процесса. При ускорении вращения и повышении напряжения в обмотке уменьшается ток. Этот процесс обеспечивает необходимый результат, снижение выходного напряжения. 

Особенности регуляторов разных типов

Схема стандартного изделия вибрационного типа изображена на следующем рисунке:

Изменение электрических параметров

В этом перечне приведены основные части конструкции:

• 1 – пружина;
• 2 – якорь;
• 3 – ярмо;
• 4 – сердечник;
• 5, 6, 9, 10, 15 – обмотки реле, ограничителя тока и регулятора;
• 7, 12, 17 – подвижная группа контактов;
• 8, 11, 16 – неподвижная группа контактов;
• 14 – шунт;
• 13, 18 и 19 – резисторы.

Понятно, что многочисленные механические контакты и движущиеся части снижают надежность. Такое реле регулятор напряжения генератора обладает большим весом и внушительными размерами.

Ниже изображена принципиальная схема одного из регуляторов BOSCH, в которой используется только электронная элементная база:

Принципиальная электрическая схема регулятора напряжения BOSCH

Такое решение существенно повышает надежность. Для размещения компактного изделия не требуется много места. Это устройство при соблюдении производственных технологий обладает высокой устойчивостью к вибрациям, перепадам температур.

Ниже рассмотрены особенности отдельных элементов:

• На правой стороне рисунка (часть 2) изображена схема генератора с выпрямительными диодами. Вверху – лампочка, сигнализирующая включение устройства.
• В левой стороне (часть 1) расположена электрическая схема регулятора.
• (VT2) и (VT3) – это обозначение транзисторов, включенных по классической схеме для повышения коэффициента усиления.

• Стабилитрон обозначен символами (VD1). Этот прибор не пропускает ток до уровня, который определяет напряжение стабилизации. Как только пороговое значение пробито – ток начинает проходить по соответствующей цепи.

Даная принципиальная схема выполняет свои функции следующим образом:

• С помощью резисторов (R1) и (R2), напряжение с выхода генератора делится в нужной пропорции и подается на стабилитрон.
• Пока скорость вращения ротора невелика, его уровень недостаточен для пробития полупроводникового перехода стабилитрона. В такой ситуации ток не может проходить по соответствующей цепи. Он не поступает на базу (VT1). Поэтому транзистор закрыт.
• В базу (VT2) ток проходит по другому пути, через (R6). Этот сдвоенный транзистор открыт. В таком состоянии обмотка подключена к цепи питания и создает магнитное поле.
• По мере увеличения оборотов, или при определенном изменении сопротивления в нагрузке, напряжение на выходе генератора увеличивается. Если превышен определенный порог, будет пробит полупроводниковый переход стабилитрона.
• После этого ток поступит на базу (VT1) и откроет его. Путь прохождения тока по пути коллектор-эмиттер на точку заземления будет открыт. Полупроводниковый переход составного транзистора закроется, что разорвет цепь питания обмотки.
• При снижении уровня тока возбуждения скорость вращения ротора замедляется, уровень напряжения падает, переход стабилитрона закрывается.

Проверка работоспособности

Последовательное развитие технологий открывает новые возможности для улучшения потребительских параметров электроники при одновременном снижении веса и уменьшении размеров. В современных автомобилях даже последняя схема, из рассмотренных выше вариантов, будет выглядеть анахронизмом.

Можно констатировать, что на практике ремонт отсутствует не только в специализированных мастерских. Частным мастерам и любителям сделать все самому приходится отправляться в специализированный магазин для приобретения необходимого узла в сборе. Таким образом, первоочередное значение приобретает не умение выпаивать отдельные элементы и разбираться в их работоспособности, а общая диагностика. Для ее проведения понадобится тестер и щупы, лампочка на 12 V и набор соединительных проводов, зарядное устройство.

Регулятор, установленный на корпусе генератора

Ниже приведен алгоритм действий, который поможет локализовать неисправность. Эти рекомендации – общие. Поэтому необходимо учитывать особые рекомендации производителя для правильного демонтажа регулятора напряжения и других узлов:

• При выключенном двигателе замеряют напряжение на выводах аккумуляторной батареи (норма – в пределах от 11,9 до 12,7 V).
• После запуска силового агрегата фиксируют новый уровень напряжения, который должен повыситься от первоначального уровня на 0,9-1,1 V.
• Постепенно увеличивают обороты двигателя. Для удобства эту процедуру лучше выполнять с напарником. На средних – напряжение возрастает до 13,8-14,1 V. На самых высоких – до 14,4-14,5 V.

Для более точной диагностики понадобится его демонтировать и подключить по следующей схеме:

Схема проверки регулятора

При включении зарядного устройства и постепенном повышении уровня до 14,4-14,5 V лампа будет гореть. Как только этот порог будет превышен, она погаснет. При снижении напряжения лампа загорится вновь. О неисправности свидетельствует не только отсутствие описанных реакций, но и срабатывание устройства при более высоком уровне напряжения. В таких условиях аккумулятор будет перезаряжаться, что снизит его срок службы. После завершения диагностики можно принимать решение о замене испорченного регулятора.

Видео. Проверка регулятора напряжения.

Чтобы своевременно использовать приведенную технологию, надо обращать внимание на отклонения от нормы заряда аккумуляторной батареи. Перед тем как демонтировать регулятор, следует убедиться в отсутствии загрязнений окислов в местах электрических контактов. В некоторых ситуациях обычная очистка соединений позволит устранить неполадки. Для предотвращения появления подобных проблем в будущем рекомендуется использовать специальные средства для защиты контактов.