Сперва хочу поблагодарить Вас за ре-посты, комментарии и Ваше внимание к БЖ автомобиля!
Сегодня пойдет речь о стабилизаторе напряжения бортовой сети автомобиля, который будем интегрировать в борт сеть Pontiac Firebird ))) Громко сказано, все гораздо проще…
Метод подключения : К клеммам АКБ, 2 провода. Один на (+) второй на (-) аккумуляторных клемм.
Характеристика ( как характеризуют данное устройство японо-китайцы, взято из контекста мануала ):
· для всех 12 В транспортных средств
· супер заземление кабеля
· высокая производительность системы
· производительность батареи
· улучшение качества звука
· увеличение крутящего момента
· стабилизированный холостого хода и стабильная работа мотора
· увеличение яркости лампы
· улучшение экономии топлива
· улучшение батареи 🙂
Многообещающе … 🙂
В нашем случае стабилизатор напряжения бортовой сети производителя Rtech, куплен был довольно давно и уже был когда-то установлен на прошлый мой проект. Стабилизатор позиционировали как Японского производства, но мы все прекрасно понимаем что это чистой воды Китай. 阪 市 立 学 Перед продажей был демонтирован, и отложен на будущее… Блок стабилизатора был слегка потрепан своей прошлой жизнью, провода подключения оторваны от клеммников стабилизатора, на фото ниже все видно.
Схема стабилизатора напряжения бортовой сети транспортного средства является достаточно простой. Она содержит в себе стабилизатор напряжения питания микросхемы на резисторе и стабилитроне; устройство генератора коротких импульсов с низким логическим уровнем, частота следования которого не превышает 600 Гц; устройство времязадающего конденсатора, который подключается параллельно в соответствии с участком коллектор-эмиттера транзистора; устройство управляемого генератора тока на транзисторе; измерительное устройство, такое же, как и в прототипе, которое имеет в своем арсенале фильтр нижних частот и содержит резистивный делитель напряжения; стабилитрон и конденсатор. Кроме того к системе будет относиться и мощный полевой транзистор, защитный диод.
Стабилизатор напряжения являет собою электронное (электрическое) или электромеханическое устройство, которое имеет выход и вход по напряжению и предназначается для того, чтобы поддерживать выходное напряжение во всех узких пределах, при условии существенного изменения выходного тока нагрузки и входного напряжения.
Для того чтобы максимально точно разобраться в данном устройстве, чтобы понять принцип его работы и сущность, автомобилисту необходимо будет узнать о конструктивной составной данного устройства и о деталях, посредством которых данное устройство функционирует. Важно заметить, что основу стабилизатора напряжения будет составлять постоянный резистор и подстроечный резистор. Кроме того, в его арсенал будут входить конденсатор, транзистор, стабилитроны, микросхема и диоды.
Если детально изучить и рассмотреть стабилизатора напряжения для автомобиля, вникнуть в саму сущность и схему данного устройства, то можно выяснить, что оно не является таким сложным и нереальным, как это могло бы показаться на первый взгляд.
Поддержание постоянного напряжения при увеличении частоты вращения ротора генератора возможно лишь при уменьшении магнитного потока. Уменьшить ток возбуждения, а следовательно, и магнитный поток можно замыканием обмотки возбуждения, прерыванием цепи возбуждения или включением последовательно с обмоткой возбуждения добавочного резистора.
В систему автоматического регулирования напряжения в бортовой сети автомобиля (рис. 1.20) входит объект регулирования — генератор и регулятор напряжения, состоящий из чувствительного элемента, регулирующего органа и задающего элемента. Обратная связь в системе регулирования осуществляется через чувствительный элемент.
Рис. 1.21. Характер изменения регулируемого напряжения Uг, при включении добавочного резистора
где — относительная продолжительность включения резистора;
тогда ток возбуждения —
Рассмотрим скоростную характеристику генератора при работе с регулятором напряжения (рис. 1.23). При увеличении частоты вращения от 0 до ns.
Рис. 1.22. Процесс регулирования напряжения при разных значениях частоты вращения генератора
Рис. 1.23. Скоростная характеристика работы при разных значениях частоты вращения генератора.
т. е. пока регулятор напряжения не работает (τв = 0) ток возбуждения
При дальнейшем возрастании частоты вращения регулятор напряжения начинает работать, поддерживая заданное напряжение. При этом Тв, возрастает от 0 до 1, а ток возбуждения уменьшается до значения, соответствующего постоянно включенному резистору:
При дальнейшем увеличении частоты вращения напряжение и ток возбуждения начнут возрастать. Таким образом, сопротивление добавочного резистора определяет максимальную частоту вращения ротора генератора, при которой возможно регулирование напряжения.
1.4.2. Регуляторы напряжения
С переходом на системы электроснабжения с генератором переменного тока регуляторы электронного и смешанного типов практически вытеснили электромагнитные регуляторы, которые широко применялись в основном с генераторами постоянного тока. Причиной этому явились следующие обстоятельства:
— ток возбуждения генераторов переменного тока в 1,5 . 2,0 раза выше, чем генераторов постоянного тока. Контакты электромагнитного регулятора напряжения при таких токах имеют низкую надежность и небольшой срок службы;
— одной из основных задач, решаемых при переходе на генераторы переменного тока, является повышение срока службы генераторной установки. Электронный регулятор имеет ресурс до 200 . 250 тыс. км пробега, в то время как средний срок службы электромагнитного
регулятора 120 . 150 тыс. км пробега;
— электронный регулятор не содержит подвижных частей, подгорающих контактных поверхностей и пружин и поэтому не подвержен разрегулировкам в процессе эксплуатации, что характерно для электромагнитного регулятора.
Однако на некоторых моделях автомобилей еще устанавливают электромагнитные регуляторы, учитывая их невысокую стоимость.
На рис. 1.24 представлена принципиальная схема регулирования напряжения генератора электромагнитным регулятором.
В качестве примера двухступенчатого регулятора напряжения электромагнитного типа может быть представлен реле — регулятор РР380 (рис.1.25)
Регулировочная характеристика регулятора напряжения РР380 представлена на рис. 1.26.
Для увеличения тока возбуждения и срока службы регулятора напряжения были разработаны регуляторы смешанного типа. На рис. 1.27. изображена принципиальная схема контактно-транзисторного регулятора смешанного типа, в котором основной ток — ток возбуждения — проходит через силовой транзистор, а роль контактов сводится к коммутированию небольшого тока управления транзистором. Транзистор VT1 работает в режиме ключа. Управляющим органом являются контакты, включенные в цепь базы. Чувствительный элемент — обмотка электромагнита, включенная на напряжение генератора.
При напряжении генератора, меньшем регулируемого, транзистор VT1 открыт, так как имеется его ток базы. Сопротивление цепи возбуждения определяется лишь сопротивлением обмотки и с увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора возрастает. При напряжении генератора выше регулируемого усилие электромагнита преодолевает сопротивление пружины и контакты замыкаются. В результате этого шунтируется переход «эмиттер-база», транзистор закрывается и сопротивление цепи возбуждения увеличивается, так как ток возбуждения проходит по добавочному резистору Rд. Уменьшение тока возбуждения вызывает уменьшение магнитного потока, ЭДС напряжения, что в свою очередь приводит к ослаблению усилия электромагнита, и контакты разомкнутся. Этот процесс повторяется периодически и напряжение генератора колеблется около регулируемого значения.
Регулятора напряжения смешанного типа имеет регулятор напряжения РН с германиевым транзистором VT1 и реле защиты РЗ.
Чувствительным элементам является обмотка РН, которая включена по схеме с ускоряющим резистором R1. Эмиттерная цепь включает диод VD2, служащий для обеспечения необходимого закрывающего напряжения на входе транзистора.
После включения замка зажигания ВЗ до момента срабатывания регулятора напряжения, ток возбуждения проходит по следующим цепям:
клемма «ВЗ» -> диод VD2 -> «эмиттер-коллектор» VT1 —> клемма «Ш» -> обмотка возбуждения -> «масса». Помимо указанных цепей, ток идет по обмотке РН: клемма «ВЗ» —> диод VD2 —> ускоряющий резистор R1 —> обмотка HP -> термокомпенсационный резистор R-, -> клемма «М» -> «масса».
При достижении регулируемого напряжения контакты РН2 замкнутся. При этом на базу транзистора будет подан потенциал батареи (положительный). Потенциал эмиттера становится несколько ниже потенциала базы за счет падения напряжения на диоде VD2. Транзистор закрывается. В этом случае ток возбуждения, протекая по последовательно соединенным резисторам R1 и Rд, уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного потока обмотки возбуждения и напряжения генератора. При этом контакты РН2 размыкаются, транзистор открывается и описанный процесс повторяется, обеспечивая постоянство регулируемого напряжения. При изменении тока в обмотке возбуждения индуцируется ЭДС самоиндукции, достигающая нескольких сотен вольт. Для устранения перенапряжения применяется гасящий диод VD3. Ток самоиндукции замыкается по цепи: «-» обмотки возбуждения —> гасящий диод VD3 -> клемма «М» —> «+» обмотки возбуждения.
При малой частоте вращения ротора генератора потенциал точки а выше потенциала точки б и ток идет от а к б по обмотке реле защиты РЗ и резистору обратной связи R2. С увеличением частоты вращения разность потенциалов между точками а и б уменьшается, а затем меняется на противоположную. Однако сила тока, протекающего по РЗ как в прямом, так и в обратном направлении, незначительна, поэтому контакты РЗ остаются разомкнутыми. При коротком замыкании обмотки возбуждения на «массу» напряжение генератора падает и замыкаются контакты РН1. При этом обмотка РЗ попадает под полное напряжение батареи, что приводит к замыканию контактов РЗ. В этом случае на базу транзистора подается «+» батареи и транзистор закрывается, что предохраняет его от перегрузки током.
Преимущество контактно-транзисторных регуляторов заключается в том, что контакты, будучи нагружены малым током, работают в гораздо более легких условиях — не подгорают и не изнашиваются. Кроме того, сила тока возбуждения определяется лишь характеристиками транзистора и не влияет на работоспособность контактов.
Недостатком регулятора смешанного типа является нестабильность регулируемого напряжения, так как вследствие старения изменяются характеристики возвратной пружины регулятора. Поэтому в эксплуатации данный регулятор, так же как и электромагнитный, должен периодически проверяться.
Эти недостатки полностью исключены в электронных регуляторах напряжения, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.29, где в цепь возбуждения также включен транзистор, работающий в режиме ключа. Функцию чувствительного элемента выполняет стабилитрон VD3. Задающими элементами являются резисторы R1 и R3.
При напряжении генератора ниже регулируемого стабилитрон VD3 закрыт, закрыт транзистор VT2, а транзистор VT1 открыт. Сопротивление цепи возбуждения минимально и с увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора увеличивается.
При напряжении генератора выше регулируемого стабилитрон пробивается, транзистор VT2 открывается, что приводит к закрытию транзистора VT1, так как на его базу подается положительный потенциал. В цепь возбуждения включается добавочный резистор и напряжение генератора падает. Уменьшение напряжения вызывает закрывание стабилитрона, закрытие транзистора VT2 и открытие транзистора VT1. Этот процесс повторяется с большой частотой, в результате напряжение генератора колеблется около регулируемого значения.
Электронные регуляторы обладают более высокой надежностью и стабильностью регулируемого напряжения, чем электромагнитные и смешанные. Недостатком является сложность изменения регулируемого напряжения в условиях эксплуатации.
Выходная цепь регулятора регулятора напряжения Я112-А (рис. 131)
состоит из транзистора VT5, переключающегося с помощью управляющего транзистора VT2 и промежуточного транзистора VT4. Роль чувствительного элемента выполняет стабилитрон VD1, подключенный к входному высокоомному делителю напряжения R1, R2.
Схема содержит цепочку обратной связи R4, С1 для повышения четкости переключения транзисторов и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое. Конденсатор С2 служит для фильтрации входного напряжения, поступающего на транзистор VT2.
При напряжении в бортовой сети ниже регулируемого транзисторы VT5 и VT4 открыты, так как имеется ток их баз, протекающий по следующей цепи: клемма «В» —> резистор R5—> диод VD3—> база-эмиттер транзистора VT4 —> база-эмиттер транзистора VT5 —> клемма «-» —> «масса». При этом ток возбуждения приходит по следующей цепи: клемма «В» —> клемма «В’» —> обмотка возбуждения генератора —> клемма «Ш» —> коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT5—> клемма «-» —> «масса».
Как только напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон VD1 пробивается и транзистор VT2 открывается. Сопротивление этого транзистора становится минимальным и шунтирует эмиттерно-базовый переход транзисторов VT5 и VT4, что приводит к их закрыванию. Схема регулятора напряжения переключается в состояние, при котором транзистор VT2 открыт, а VT5 и VT4 заперты. Ток возбуждения генератора и выпрямленное напряжение начинают падать. При этом стабилитрон и транзистор VT2 закрываются, транзисторы VT5 и VT4 открываются и процесс повторяется.
Диод VD3 служит для улучшения закрывания основного транзистора при открытом транзисторе VT2 благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде.
Диод VD6 служит для гашения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения генератора и защиты транзистора от перенапряжения в момент его закрывания.
Электромеханический, в котором с помощью вибрирующих контактов изменяется ток в обмотке возбуждения генератора переменного тока. Работа вибрирующий контактов обеспечивается таким образом, чтобы с ростом напряжения бортовой сети уменьшался ток в обмотке возбуждения. Однако вибрационные регуляторы напряжения поддерживают напряжение с точностью 5-10%, из-за этого существенно снижается долговечность аккумулятора и освети тельных ламп автомобиля.
Электронные регуляторы напряжения бортовой сети типа Я112 , которые в народе называют “шоколадка”. Недостатки этого регулятора известны всем – низкая надежность, обусловленная низким коммутационным током 5А и местом установки прямо на генераторе, что ведет к перегреву регулятора и выходу его из строя. Точность поддержания напряжения остается, несмотря на электронную схему, очень низкой и составляет 5% от номинального напряжения.
Вот поэтому я решил сделать устройство, которое свободно от вышеизложенных недостатков. Регулятор прост в настройке, точность поддержания напряжения составляет 1% от номинального напряжения. Схема, приведенная на рис.1 прошла испытания на многих автомобилях, в том числе и грузовых в течение 2-х лет и показала очень хорошие результаты.
Рис.1.
Принцип работы
При включении замка зажигания напряжение +12В подается на схему электронного регулятора. Если напряжение, поступающее на стабилитрон VD1 с делителя напряжения R1R2 недостаточно для его пробоя, то транзисторы VT1, VT2 находятся в закрытом состоянии, а VT3 – в открытом. Через обмотку возбуждения протекает максимальный ток, выходное напряжение генератора начинает расти и при достижении 13,5 – 14,2В возникает пробой стабилитрона.
Благодаря этому открываются транзисторы VT1, VT2, соответственно транзистор VT3 закрывается, ток обмотки возбуждения уменьшается и снижается выходное напряжение генератора. Снижения выходного напряжения примерно на 0,05 – 0,12В достаточно, чтобы стабилитрон перешел в запертое состояние, после чего транзисторы VT1, VT2 закрываются, а транзистор VT3 открывается и через обмотку возбуждения снова начинает протекать ток. Этот процесс непрерывно повторяется с частотой 200 – 300 Гц, которая определяется инерционностью магнитного потока.
Конструкция
При изготовлении электронного регулятора, следует обратить особое внимание на отвод тепла от транзистора VT3. На этом транзисторе, работающем в ключевом режиме, 1ем не менее выделяется значительная мощность, поэтому его следует монтировать на радиаторе. Остальные детали можно разместить на печатной плате, прикрепленной к радиатору.
Таким образом, получается очень компактная конструкция. Резистор R6 должен быть мощностью не менее 2Вт. Диод VD2 должен иметь прямой ток около 2А и обратное напряжение не менее 400В, лучше всего подходит КД202Ж, но возможны и другие варианты. Транзисторы желательно применить те, которые указаны на принципиальной схеме, особенно VT3. Транзистор VT2 можно заменить на КТ814 с любыми буквенными индексами. Стабилитрон VD1 желательно установить серии КС с напряжением стабилизации 5,6-9В, (типа КС156А, КС358А, КС172А), при этом увеличится точность поддержания напряжения.
Настройка
Правильно собранный регулятор напряжения не нуждается в особой настройке и обеспечивает стабильность напряжения бортовой сети примерно 0,1 – 0,12В, при изменении числа оборотов двигателя от 800 до 5500 об/мин. Проще всего настройку производить на стенде, состоящем из регулируемого блока питания 0 – 17В и лампочки накаливания 12В 5-10Вт. Плюсовой выход блока питания подключают к клемме “+” регулятора, минусовой выход блока питания подключают к клемме “Общ”, а лампочку накаливания подключают к клемме “Ш” и клемме “Общ” регулятора.
Настройка сводится к подбору резистора R2, который изменяют в пределах 1-5 кОм, и добиваются порога срабатывания на уровне 14,2В. Это и есть поддерживаемое напряжение бортовой сети. Увеличивать его выше 14,5В нельзя, поскольку при этом резко сократится ресурс аккумуляторов.
