Трехуровневый регулятор напряжения (функции, установка, достоинства)

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 5 мин. Просмотров 559

Содержание

1. Проблема выходного напряжения автомобильного генератора
2. Режимы работы трехуровневого реле — регулятора
3. Преимущества применения трехуровневого реле и особенности его установки
4. Заключение

Современный автомобиль плотно насыщен многочисленными приборами и устройствами, работоспособность которых определяется получением питания от бортовой сети постоянного тока. При заведенном двигателе источником тока служит электрический генератор, ротор которого вращается за счет наличия механической связи с валом. Частота вращения вала двигателя меняется в широких пределах, в результате чего выходное напряжение генератора испытывает колебания. Для уменьшения вариаций напряжения до требуемого значения на выходе выпрямителя устанавливается стабилизатор, который  выполнен в виде реле-регулятора.

Проблема выходного напряжения автомобильного генератора

В перечень функций генератора обязательно входит подзаряд бортовой аккумуляторной батареи, который для обеспечения длительного срока службы осуществляется определенным током. Наиболее простым способом задания его значения является некоторое превышение напряжения, снимаемого с выхода реле-регулятора, над текущим значением напряжения аккумулятора. При этом немедленно возникает серьезная проблема, которая обусловлена тем, что в зависимости от температуры окружающей среды значение этого превышения должно быть различным.

Очевидное и достаточно просто реализуемое решение по получению заданного выходного напряжения применением температурной коррекции порога срабатывания регулятора за счет установки соответствующего датчика обладает малой эффективностью. Причина этого заключается в том, что температура в подкапотном пространстве из-за соседства с нагретым двигателем  отличается от температуры воздуха, причем определить степень этого отличия простыми средствами не получается.

Еще одна проблема определения заданного значения зарядного тока обусловлена тем, что даже при постоянной температуре окружающей среды нагрузка на бортовую сеть меняется в широких пределах. Это приводит к “провалу” уровня зарядки аккумулятора и сложностям запуска остывшего двигателя после стоянки.

Хорошее средство решения обозначенных задач — переход на реле-регулятор, которое выполняет нужные регулировки дискретным изменением  напряжения, которое создаёт генератор. Заданное значение порога срабатывания этого устройства устанавливается водителем самостоятельно с помощью трехпозиционного тумблера. Некоторые регуляторы подключаются автоматически и содержат внутренний датчик, который контролирует величину мгновенного значения напряжения бортовой сети. В обоих случаях выбор порога отсечки осуществляется с учетом внешних факторов, в первую очередь текущей температуры и условий эксплуатации автомобиля.

Режимы работы трехуровневого реле — регулятора

Уровень или режим “Минимум”, который соответствует выходному напряжению генератора 13,6 В, используется для работы при температуре воздуха свыше 20°С и применяется при высокой нагрузке на двигатель (пробки, горная местность).

Уровень “Норма” предполагает выходное напряжение 14,2 В, соответствует средней нагрузке на двигатель, используется весной и осенью при окружающих температурах 0– 20 °С.

В режим “Максимум” регулятор рекомендуется переводить при отрицательных температурах воздуха. В теплое время года он активизируется на короткое время для зарядки аккумулятора, сильно “посаженного” после длительной стоянки, например, акустической системой или по иным причинам.

Потребительские качества некоторых моделей трехуровневых реле улучшаются введением в состав схемы дополнительного полупроводникового ключа, который обеспечивает безопасный запуск двигателя. Данный узел блокирует подачу тока на обмотки генератора, если отсутствует у него стабильное выходное напряжение.

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Втягивающее реле стартера: устройство, неисправности, проверка
• Машина завелась и заглохла — в чём причины?
• Как самостоятельно проверить генератор на работоспособность

Преимущества применения трехуровневого реле и особенности его установки

На практике распространение получили трехуровневые регуляторы, предназначенные для 9-й и более старшей моделей ВАЗ. Это обусловлено тем, что замена штатного реле на трехуровневое даёт такие преимущества:

• стабилизацию работы сигнализации при сильных морозах;
• увеличение яркости свечения фар и ламп салонного освещения;
• резкое наращивание эффективности функционирования обогревателя;
• увеличение скорости работы стеклоподъемников.

Довольно распространены комплекты для вазовских “десяток” и 14-й модели, встречаются и устройства для “Волг” и “Газелей”. Их применение на этих автомашинах дает аналогичный эффект.

Трехуровневый реле-регулятор приобретается в форме готового к установке комплекта, в состав которого включена подробная иллюстрированная инструкция. Основные элементы комплекта — контактная группа, собственно реле с переключателем движкового типа для выбора напряжения стабилизации и соединительные провода.

Перед началом работ по замене целесообразно зарядить аккумулятор и затем отключить его минусовую клемму.

Контактная группа нового устройства монтируется непосредственно на посадочные места предварительно демонтированной старой, установка не требует применения переходников и прочих вспомогательных элементов. Соединительный провод протягивается через крышку генератора (может потребоваться пропилить в ней отверстие требуемого размера), а само реле крепится на свободную крепежную шпильку с ориентацией клеммами вниз. При установке дополнительно проконтролируйте наличие надежного контакта на массу. После монтажа и сборки генератора проверяем его.

Заключение

Переход на трехуровневое реле-регулятор автомобильного генератора улучшает функционирование электрооборудования автомобиля и увеличивает срок службы аккумулятора. Положительный эффект от его установки проявляется во время сильных морозов. Рекомендуется заменять штатное реле трехпозиционным на машинах производства ВАЗ моделей 9 и старше.

Необходимые компоненты предлагаются в виде сравнительно дешевого готового к монтажу и удобного в работе комплекта. Замена старого реле с последующей проверкой качества монтажа не составляет проблем и выполняется автолюбителем даже с начальным уровнем квалификации в области электротехники. Регулятор отличается высокой эксплуатационной надежностью и оправдывает установку.

Печать

Регуляторы напряжения.



Для чего генератору нужен регулятор?

Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля и работы двигателя не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи или ее перезаряд, а питание потребителей осуществлялось напряжением и током требуемой величины.

Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

ЭДС индукции в соответствии с законом Фарадея, зависит от скорости перемещения проводника в магнитном поле и величины магнитного потока:

Е = с×Ф×ω,

где с — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора;

ω — угловая скорость ротора (якоря) генератора:

Ф — магнитный поток возбуждения.

Поэтому напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения его ротора и интенсивности магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. В свою очередь мощность магнитного потока зависит от величины тока возбуждения, который изменяется пропорционально частоте вращения ротора, поскольку ротор выполнен в виде вращающегося электромагнита.

Кроме того, ток, поступающий в обмотку возбуждения, зависит от величины нагрузки, отдаваемой в данный момент потребителям бортовой сети автомобиля. Чем больше частота вращения ротора и ток возбуждения, тем большее напряжение вырабатывает генератор, чем больше ток нагрузки, тем меньше генерируемое напряжение.

Пульсация напряжения на выходе из генератора недопустима, поскольку это может привести к выходу из строя потребителей бортовой электрической сети, а также перезаряду или недозаряду аккумулятора. Поэтому использование на автомобилях в качестве источника электроэнергии генераторных установок обусловило использование специальных устройств, поддерживающих генерируемое напряжение в приемлемом для работы потребителей диапазоне. Такие устройства называются реле-регуляторы напряжения.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация вырабатываемого генератором напряжения при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в бортовой электросети.

Наиболее просто контролировать величину вырабатываемого генератором напряжения изменением величины тока в обмотке возбуждения, регулируя тем самым мощность создаваемого обмоткой магнитного поля. Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но управлять магнитным полем такого магнита сложно, поэтому в генераторных установках современных автомобилей применяются роторы с электромагнитами в виде обмотки возбуждения.

На автомобилях для регулирования напряжения генератора применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы которых положен принцип действия различного рода реле. По мере развития электротехники и электроники, регуляторы генерируемого напряжения претерпели существенную эволюцию, от простых электромеханических реле, называемых вибрационными регуляторами напряжения, до бесконтактных интегральных регуляторов, в которых полностью отсутствуют подвижные механические элементы.

***



Вибрационный регулятор напряжения

Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения.

Вибрационный регулятор напряжения (рис. 1) имеет добавочный резистор R_о, который включается последовательно в обмотку возбуждения ОВ. Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора ОР, намотанная на сердечнике 4, включена на полное напряжение генератора.

При неработающем генераторе пружина 1 оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к генератору, минуя резистор R_о.

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины 1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжения генератора значения размыкания U_р сила магнитноо притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор, и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания реле значения I_р, начнет падать.

Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение напряжения генератора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в обмотке ОР. Когда напряжение уменьшится до значения замыкания U_з, сила натяжения пружины преодолеет силу магнитного притяжения якоря к сердечнику, контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится. При работающем двигателе и генераторе этот процесс периодически повторяется с большой частотой.

В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения U_ср определяет напряжение генератора. Очевидно, что это напряжение зависит от силы натяжения пружины реле, поэтому изменяя натяжение пружины можно регулировать напряжение генератора.

В конструкцию вибрационных регуляторов (рис. 1, а) входит ряд дополнительных узлов и элементов, назначение которых — обеспечить повышение частоты колебания якоря с целью уменьшения пульсации напряжения (ускоряющие обмотки или резисторы), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из тугоплавких металлов, биметаллические пластины, магнитные шунты), стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки).

Недостатком вибрационных регуляторов напряжения является наличие подвижных элементов, вибрирующих контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики которой в процессе эксплуатации меняются.

Особенно сильно эти недостатки проявились в генераторах переменного тока, у которых ток возбуждения почти в два раза больше, чем в генераторах постоянного тока. Использование раздельных ветвей питания обмотки возбуждения и двухступенчатых регуляторов напряжения с двумя парами контактов не решали проблему полностью и приводили к усложнению конструкции регулятора, поэтому дальнейшее совершенствование шло, прежде всего, по пути широкого использования полупроводниковых приборов.

Сначала появились контактно-транзисторные конструкции, а затем и бесконтактные.

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения являются переходной конструкцией от механических регуляторов к полупроводниковым. При этом транзистор выполнял функцию элемента, прерывающего ток в обмотку возбуждения, а электромеханическое реле с контактами управляло работой транзистора. В таких регуляторах напряжения сохранялись электромагнитные реле с подвижными контактами, однако, благодаря использованию транзистора ток, протекающий через эти контакты, удалось значительно уменьшить, увеличив тем самым срок службы контактов и надежность работы регулятора.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно в обмотку возбуждения.

Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор запирает цепь обмотки возбуждения, а при снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5…14,2 В, выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается.

Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора.

Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незначительны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13,5…14,2 В.

Конструктивно регуляторы напряжения могут выполняться в виде отдельного прибора, устанавливаемого раздельно с генератором, или интегральными (интегрированными), устанавливаемыми в корпусе генератора. Интегральные регуляторы напряжения обычно объединяются с щеточным узлом генератора.

Ниже приведены принципиальные схемы подключения и работы полупроводниковых регуляторов напряжения различных типов и конструкций.

***

Определение неисправностей генератора и регулятора напряжения



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики




• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Как работают регуляторы напряжения, различные типы и области применения

Как работают регуляторы напряжения – пошаговое объяснение

Что такое регулятор напряжения постоянное выходное напряжение. Он обеспечивает желаемое выходное напряжение независимо от любого изменения входного напряжения или условий нагрузки. Электронные схемы зависят от регуляторов напряжения, поскольку им требуется стабильное напряжение, чтобы избежать повреждения.

Как это работает?

В регуляторе напряжения используется принцип системы управления с обратной связью. Он основан на контурах управления с отрицательной обратной связью.

Как видите, сигнал опорного напряжения подается на схему компаратора вместе с сигналом обратной связи от контроллера. Схема компаратора сравнивает оба значения и отправляет сигнал ошибки контроллеру. Контроллер регулирует выходное напряжение, используя сигнал ошибки компаратора.

Типы регуляторов напряжения

Во всем мире регуляторы напряжения являются наиболее распространенным электрическим компонентом любой машины или устройства. Существует два основных типа регуляторов напряжения:

• Линейный регулятор напряжения
• Импульсный регулятор напряжения

Линейные регуляторы

Линейный регулятор напряжения работает как делитель напряжения. Сопротивление линейного регулятора зависит от подключенной нагрузки и входного напряжения. Следовательно, он может подавать сигнал постоянного напряжения.

Преимущества и недостатки

Линейные регуляторы имеют много преимуществ, например, они обеспечивают низкое напряжение пульсаций, что означает меньшие колебания сигнала выходного напряжения. Он имеет быстрое время отклика. Кроме того, он имеет низкий уровень электромагнитных помех и меньше шума.

Эффективность линейного регулятора напряжения низкая, он рассеивает много тепла, поэтому необходим радиатор. Также требуется больше места. Одним из основных недостатков является то, что выходное напряжение не может превышать входное напряжение.

Типы линейных регуляторов напряжения

• Шунт
• Серия

Шунтовые регуляторы

Шунтовой регулятор используется для маломощных цепей. Он работает, направляя ток от нагрузки и посылая его в землю. Он обеспечивает путь от входного напряжения к переменному резистору, который подключен к земле. Он имеет очень низкий КПД, но поскольку потерянный ток имеет очень низкое значение, им пренебрегают.

Применение

• Используется для поглощения тока (цепи стока)
• Усилители
• Источники питания напряжения
• Электронные схемы, требующие точного опорного напряжения

Серийные регуляторы

Работа последовательного регулятора напряжения зависит от переменной составляющей, которая связана с нагрузкой. При изменении сопротивления переменной составляющей изменяется и падение напряжения на ней. При использовании этого метода напряжение на нагрузке остается неизменным.

Одним из основных преимуществ является то, что поскольку переменная составляющая и нагрузка соединены последовательно, ток, протекающий через них, одинаков. Таким образом, нагрузка эффективно использует ток. Что делает его более эффективным, чем шунтирующий регулятор.

Импульсные регуляторы напряжения

Импульсные регуляторы напряжения состоят из последовательного устройства, которое многократно включается и выключается с высокой частотой. Рабочий цикл используется для управления количеством заряда, подаваемого на нагрузку. Рабочий цикл управляется системой обратной связи, очень похожей на систему линейного регулятора. Импульсные регуляторы имеют высокий КПД, потому что нагрузка либо включена, либо выключена, что означает, что она не рассеивает энергию, когда она выключена.

Импульсный стабилизатор превосходит линейный регулятор по выходному напряжению. Потому что он может подавать сигнал выходного напряжения, который может быть больше, чем входное напряжение. Кроме того, он может даже генерировать сигнал напряжения противоположной полярности.

Типы импульсных регуляторов

• Повышающий (Boost)
• Шаг вниз (бак)
• Шаг вверх/вниз (Boost/Buck)

Повышающие регуляторы

Повышающие регуляторы, также известные как повышающие стабилизаторы, генерируют сигнал более высокого выходного напряжения за счет увеличения сигнала входного напряжения. Этот тип регулятора чаще всего используется для питания нескольких светодиодов.

Понижающие регуляторы

Понижающие регуляторы также называются понижающими регуляторами. Они подают сигнал более низкого регулируемого выходного напряжения из более высокого нестабилизированного входного сигнала напряжения.

Повышающие/понижающие регуляторы

Этот регулятор предназначен для увеличения, уменьшения или инвертирования сигнала напряжения. Более того, ее еще называют схемой инвертора напряжения. Противоположная полярность достигается прямым и обратным смещением диода. В нерабочее время схема заряжает конденсатор, а когда конденсатор полностью заряжен, он подает на выход противоположную полярность. Эффективность этого типа регулятора напряжения очень высока.

Транзисторные регуляторы напряжения

Стабилитроны имеют режим, благодаря которому они могут работать как регулятор напряжения. Этот режим известен как работа с обратным напряжением пробоя. В этом режиме стабилитрон поддерживает постоянный сигнал выходного постоянного напряжения, в то время как сигнал пульсаций переменного напряжения полностью блокируется.

Применение регуляторов напряжения

Существует множество применений регуляторов напряжения. Одним из наиболее распространенных примеров является мобильное зарядное устройство. Адаптер поставляется с сигналом переменного тока. Однако сигнал выходного напряжения представляет собой регулируемый сигнал постоянного тока.

В каждом источнике питания в мире используется стабилизатор напряжения для обеспечения желаемого выходного напряжения. Компьютеры, телевизоры, ноутбуки и всевозможные устройства питаются с использованием этой концепции.

Работа небольших электронных схем зависит от регуляторов. Даже малейшее колебание сигнала напряжения может повредить компоненты схемы, такие как микросхемы.

Регуляторы напряжения играют важную роль в системах производства электроэнергии. Солнечная электростанция вырабатывает электроэнергию в зависимости от интенсивности солнечного света. Он нуждается в регуляторе для обеспечения регулируемого постоянного выходного сигнала.

Узнайте и читайте больше из нашего блога

Что является функцией регенератора Voltage??

••• silverjohn/iStock/GettyImages

Обновлено 13 марта 2018 г.

Автор: Allan Robinson

Целью регулятора напряжения является поддержание напряжения в цепи относительно близким к желаемому значению. Регуляторы напряжения являются одним из наиболее распространенных электронных компонентов, поскольку источник питания часто вырабатывает необработанный ток, который в противном случае мог бы повредить один из компонентов в цепи. Регуляторы напряжения имеют множество конкретных функций, в зависимости от их конкретного применения.

Пассивное регулирование напряжения

Пассивный регулятор напряжения можно использовать, если источник питания постоянно вырабатывает напряжение, превышающее то, которое требуется компонентам в цепи. Этот тип регулятора напряжения по существу состоит из резистора с определенным набором рабочих характеристик. Пассивный регулятор напряжения снижает входное напряжение до желаемого выходного уровня и сбрасывает избыточную энергию в виде тепла. Пассивным регуляторам часто требуется радиатор для рассеивания этого ненужного тепла.

Активное регулирование напряжения

Для цепей, требующих повышения напряжения, потребуется активный регулятор напряжения. Такие регуляторы напряжения обычно используют некоторый тип цепи отрицательной обратной связи для управления напряжением. Это означает, что выход напряжения за пределы желаемого диапазона приводит к тому, что регулятор напряжения возвращает напряжение в указанный диапазон. В свою очередь, это действие заставляет регулятор напряжения перестать изменять напряжение в цепи.

Регулятор сети

Регуляторы напряжения на основной линии электропередачи переменного тока для управления очень большими изменениями напряжения в этих типах цепей. Трансформатор в сети имеет несколько отводов, которые регулируют напряжение в цепи. Когда выходное напряжение сетевого регулятора падает ниже минимального значения, регулятор подключается к отводу с более высоким напряжением. Точно так же, когда выходное напряжение превышает максимальное значение, регулятор подключается к отводу с более низким напряжением.

Стабилизация напряжения переменного тока

Стабилизация напряжения переменного тока относится к регулированию относительно небольших колебаний напряжения переменного тока. Эти регуляторы напряжения обычно используются в домашних условиях, чтобы поддерживать напряжение в диапазоне, необходимом для бытовых приборов. В регуляторах напряжения переменного тока используется сервомеханизм, который постоянно реагирует на незначительные изменения напряжения трансформатора, чтобы удерживать напряжение дома в узком диапазоне.

Стабилизация напряжения постоянного тока

Стабилизаторы напряжения постоянного тока контролируют напряжение в цепи, в которой используется батарея.