Как работает реле регулятор напряжения генератора?

Реле регулятор напряжения: стабильность напряжения бортовой электросети

В каждом современном транспортном средстве присутствует развитая электрическая сеть, стабилизация напряжения в которой осуществляется специальным блоком — реле-регулятором. Все о реле-регуляторах, их существующих типах, конструкции и работе, а также о выборе и замене этих деталей — читайте в статье.

Что такое реле-регулятор напряжения?

Реле-регулятор напряжения (регулятор напряжения) — компонент электрической системы транспортного средства; механическое, электромеханическое или электронное устройство, обеспечивающее поддержку действующего в бортовой электросети напряжения в определенных границах.

Электрическая система транспортных средств построена так, что при остановленном силовом агрегате источником питания выступает аккумуляторная батарея (АКБ), а при запущенном — генератор, преобразующий часть мощности мотора в электроэнергию. Однако генератор имеет существенный недостаток — напряжение вырабатываемого им тока зависит от частоты вращения коленчатого вала, а также от потребляемого нагрузкой тока и окружающей температуры. Для устранения этого недостатка применяется вспомогательное устройство — реле-регулятор или просто регулятор напряжения.

Регулятор напряжения решает несколько задач:

  • Стабилизация напряжения — поддержка напряжения бортовой сети в заданных пределах (в пределах 12-14 или 24-28 вольт с допустимыми отклонениями);
  • Защита АКБ от разряда через цепи генератора при остановленном двигателе;
  • Отдельные типы регуляторов — автоматическое отключение стартера при успешном пуске двигателя;
  • Отдельные типы регуляторов — автоматическое подключение и отключение генератора от АКБ для ее заряда;
  • Отдельные типы регуляторов — изменение напряжения бортовой сети в зависимости от текущих климатических условий (перевод электросистемы на летнюю и зимнюю эксплуатацию).

Реле-регуляторами оснащаются все транспортные средства, тракторы и различные машины. Неисправность данного блока нарушает работу всей электросистемы, в отдельных случаях это может привести к поломке электрооборудования и пожарам. Поэтому неисправный регулятор необходимо как можно скорее заменить, а для верного выбора новой детали следует разобраться в существующих типах, конструкции и принципе действия регуляторов.

Типы, конструкция и принцип работы реле-регулятора

Сегодня существует несколько типов реле-регуляторов, однако в основе их работы лежат одинаковые принципы. Любой регулятор содержит три взаимосвязанных элемента:

  • Измерительный (чувствительный) элемент;
  • Элемент сравнения (управления);
  • Регулирующий элемент.

Регулятор подключается к обмотке возбуждения генератора (ОВГ) осуществляя измерение и изменение силы тока в ней — этим и обеспечивается стабилизация напряжения. В общем случае эта система работает следующим образом. Измерительный элемент, построенный на основе делителя напряжения, постоянно отслеживает силу тока в ОВГ и преобразует ее в сигнал, поступающий на элемент сравнения (управления). Здесь сигнал сравнивается с эталоном — тем значением напряжения, которое в норме должно действовать в электросистеме автомобиля. Элемент сравнения может строиться на основе вибрационных реле и стабилитронах. Если поступающий от измерительного элемента сигнал соответствует эталонному (с допустимым отклонением), то регулятор бездействует. Если же поступающий сигнал отличается от эталонного в ту или иную сторону, то элементом сравнения формируется управляющий сигнал, поступающий на регулирующий элемент, построенный на реле, транзисторах или иных элементах. Регулирующий элемент изменяет ток в ОВГ, чем и достигается возврат напряжения на выходе генератора в необходимые границы.

Как уже указывалось, блоки регулятора строятся на различной элементной базе, по этому признаку устройства делятся на несколько типов:

  • Вибрационные;
  • Контактно-транзисторные;
  • Электронные транзисторные (бесконтактные);
  • Интегральные (транзисторные, выполненные по интегральной технологии).

Исторически первыми появились вибрационные устройства, которые, собственно, и называются реле-регуляторами. В таком устройстве все три блока могут объединяться в одной конструкции — электромагнитном реле с нормально замкнутыми контактами, хотя измерительный элемент может выполняться в виде делителя на резисторах. В качестве эталонной величины в реле выступает сила натяжения возвратной пружины. В общем случае реле-регулятор работает просто. При малом токе на ОВГ или низком напряжении на выходе генератора (в зависимости от способа подключения регулятора) реле не работает и через его замкнутые контакты свободно проходит ток — это приводит к росту напряжения. При повышении напряжения реле срабатывает, напряжение в цепи падает и реле отпускается, напряжение вновь возрастает и реле опять срабатывает — так реле переходит в колебательный режим. При изменении напряжения на генераторе в ту или иную сторону изменяется частота колебаний реле, что и обеспечивает стабилизацию напряжения.

В настоящее время вибрационные реле, имеющие малую эффективность и недостаточную надежность, уже не используются на транспортных средствах. В свое время их вытеснили контактно-транзисторные регуляторы, в которых в качестве сравнивающего/управляющего элемента используется вибрационное реле, а в качестве регулирующего — транзистор, работающий в режиме ключа. Здесь транзистор играет роль контактов реле, поэтому в целом работа такого регулятора аналогично описанной выше. Сегодня регуляторы такого типа практически вытеснены бесконтактными транзисторными различных конструкций.

В бесконтактных транзисторных регуляторах реле заменено на более простой полупроводниковый прибор — стабилитрон. В качестве эталонного значения используется напряжение стабилизации стабилитрона, а регулирующий элемент построен на основе транзисторов. При низком напряжении стабилитрон и транзисторы находятся в таком состоянии, что на ОВГ подается максимальный ток, что приводит к росту напряжения. При достижении необходимого уровня напряжения стабилитрон и транзисторы переходят в другое состояние и начинают работать в колебательном режиме, что, как и в случае обычного реле, обеспечивает стабилизацию напряжения.

Современные электронные регуляторы строятся на транзисторах и могут иметь широтно-импульсный модулятор (ШИМ), посредством которого задается частота переключения схемы и возможность внедрения устройства в общую автомобильную систему управления.

Бесконтактные транзисторные регуляторы могут выполняться на дискретных элементах и по интегральной технологии. В первом случае используются обычные электронные компоненты (стабилитроны, транзисторы, резисторы и т.д.), во втором случае весь блок собран на одной микросхеме или компактном блоке из залитых компаундом компактных радиодеталей.

Рассмотренную конструкцию имеют простейшие реле-регуляторы, в реальности же используются более сложные устройства с различными вспомогательными блоками — управления стартером, предотвращения разряда АКБ через обмотку возбуждения, коррекции режима работы в зависимости от температуры, защиты схемы, самодиагностики и другими. На многих реле-регуляторах тракторов и грузовых автомобилей также реализована возможность ручной регулировки напряжения стабилизации. Данная регулировка выполняется с помощью переменного резистора (в вибрационных устройствах — с помощью пружины) посредством вынесенной за пределы корпуса рычажка или рукоятки.

Регуляторы выполняются в виде небольших блоков, монтируемых непосредственно на генератор или в удобном месте транспортного средства. Подключение устройства может осуществляться к ОВГ и/или выходу генератора, либо к участку бортовой электросети, где требуется стабилизированное напряжение. При этом один вывод ОВГ обязательно подключается к «+» или к «-» бортовой электросети.

Вопросы выбора, диагностики и замены реле-регуляторов напряжения

В реле-регуляторах могут возникать различные неисправности, которые в большинстве случаев проявляются отсутствием тока заряда АКБ и, напротив, чрезмерным током заряда АКБ. Простейшая проверка регулятора может быть проведена с помощью вольтметра — достаточно запустить двигатель и в течение 10-15 минут дать ему поработать с частотой 2500-3000 об/мин и со включенными фарами. Затем, не снижая оборотов и не выключая фар, измерить напряжение на клеммах АКБ — оно должно составлять 14,1-14,3 вольта (для 24-вольтовых в два раза выше). Если напряжение значительно ниже или выше, то это повод проверить генератор, и, если он в порядке — заменить регулятор.

На замену следует брать реле-регулятор того же типа и модели, что был установлен ранее. Особенно нужно обращать внимание на порядок подключения регулятора к бортовой сети (к каким клеммам генератора и других элементов), а также на напряжение питания и токи. Замену детали необходимо выполнять по инструкции, работ можно выполнять только при остановленном двигателе и снятой с АКБ клеммы. Если соблюдены все рекомендации, а регулятор подобран верно, то он сразу начнет работать, обеспечивая нормальное функционирование электросистемы.

Другие статьи

Грузовые автомобили «Урал» оснащаются системами регулирования давления воздуха в шинах, в которых применяются гибкие трубопроводы — шланги. О том, что такое шланги системы накачки шин, каких типов они бывают и как они устроены, а также об их выборе, замене и обслуживании читайте в данном материале.

В современных транспортных средствах предусмотрена вспомогательная система, обеспечивающая комфортное движение при осадках — стеклоочиститель. Привод данной системы осуществляется мотором-редуктором. Все об этом агрегате, его конструктивных особенностях, выборе, ремонте и замене — читайте в статье.

Современные транспортные средства оснащаются светосигнальными приборами, установленными в передней и задней части. Формирование светового пучка и его окрашивание в фонарях обеспечивается рассеивателями — все об этих деталях, их типах, конструкции, выборе и правильной замене читайте в данной статье.

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Реле-регулятор. Устройство реле-регулятора

Рассмотрим устройство и принцип действия реле-регулятора ⭐ контактно-вибрационного типа, регулирующего работу генератора постоянного тока и состоящего из РОТ, РН и ОТ.

Реле обратного тока включает в себя последовательную 1 и параллельную 4 обмотки. Если напряжение генератора 13 ниже напряжения аккумуляторной батареи 16, то магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой, мал. Поэтому якорь 5 не может притянуться к сердечнику и замкнуть контакты 6 РОТ. По мере увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя повышается напряжение, вырабатываемое генератором. Когда напряжение превысит напряжение включения РОТ (достигнет 12,5 В в 12-вольтной системе или 25 В в 24-вольтной системе электрооборудования), якорь притянется к сердечнику, и контакты 6 замкнутся. Ток пойдет по обмоткам 1 и 4 в таком направлении, что их магнитные поля совпадут. В результате магнитное поле последовательной обмотки 1 усилит эффект прижатия контактов 6. Генератор будет обеспечивать питание потребителей, а излишек его мощности будет использован для подзарядки аккумуляторной батареи.

Читайте также  Как разобрать заднюю дверь хендай солярис?

С уменьшением частоты вращения вала двигателя или при его остановке напряжение генератора становится меньше напряжения на клеммах батареи. Электрический ток при этом стремится течь от нее к якорю 15 генератора, что может привести к перегрузке последнего. Магнитный поток последовательной обмотки 1 сразу изменит направление и размагнитит сердечник 2, контакты 6 разомкнутся и генератор отключится от батареи. Пружина 3 способствует быстрому размыканию контактов РОТ.

Регулятор напряжения представляет собой прибор, аналогичный РОТ. Контакты РН 10 в отличие от контактов РОТ под воздействием пружины стремятся быть замкнутыми. Они остаются в этом положении, если напряжение Ur генератора 13 ниже напряжения Uрh, на которое отрегулирован РН. Ток возбуждения генератора проходит по цепи вывод Я генератора — обмотки 7 и 8 ОТ — замкнутые контакты 10 — вывод Ш обмотки возбуждения 14 генератора — «масса» (корпус) генератора.

Рис. Схема реле-регулятора:
1 — последовательная обмотка РОТ; 2 — сердечник РОТ; 3 пружина; 4 — параллельная обмотка РОТ; 5 — якорь; 6 — контакт РОТ; 7 — последовательная обмотка ОТ; 8 — ускоряющая обмотка ОТ; 9 — контакт ОТ; 10 — контакт РН; 11 — выравнивающая обмотка РН; 12 — параллельная обмотка РН; 13 — генератор; 14 — обмотка возбуждения генератора; 15 — якорь генератора; 16 — аккумуляторная батарея; 17 — стартер; 18 — выключатели зажигания; 19 — контрольная лампа; 20—22 — резисторы; А, Б, Ш, Я — маркировка выводов реле-регулятора

В момент, когда Ur > Uph, контакты 10 разомкнутся и ток возбуждения, минуя контакты 9 ОТ, пойдет через резисторы 20 и 21. Это произойдет при напряжении 14,5… 15 В в 12-вольтной системе и 29… 30 В в 24-вольтной. В результате сила тока в обмотках возбуждения уменьшится, а напряженность магнитного силового поля генератора снизится. Значение ЭДС в обмотке якоря и напряжение на выходных клеммах генератора также понизятся.

При снижении напряжения генератора уменьшится сила притяжения якоря параллельной обмоткой 12 РН, контакты 10 вновь замкнутся, и сила тока возбуждения увеличится.

Рассмотренный процесс повторяется периодически при частоте размыкания и замыкания контактов 10 в пределах 30… 200 с-1. Однако колебание напряжения на выводах генератора при этом не превышает 0,2 В. Напряжение, поддерживаемое РН, остается примерно постоянным и не сказывается на изменении силы света ламп освещения.

Ограничитель тока работает аналогично РН, но его последовательная обмотка 7 реагирует не на напряжение, а на силу отдаваемого генератором 13 тока. До тех пор пока мощность включенных потребителей не превышает номинальной мощности генератора, сердечник ОТ намагничен слабо и пружина подвижных контактов 9 удерживает их в замкнутом положении. Если мощность включенных потребителей превысит номинальную мощность генератора, то сердечник ОТ намагнитится настолько, что разомкнет контакты 9. В этом случае ток возбуждения пойдет двумя путями:

  1. через резистор 22, замкнутые контакты 10 Ph и далее к выводу Ш генератора 13
  2. через ускоряющую обмотку 8 ОТ, резисторы 20 и 21 и далее также к выводу Ш

Обмотка 8 способствует ускорению замыкания контактов 9, поскольку включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора и создает магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитным потоком основной обмотки ОТ.

Ответы на вопросы

Что такое реле регулятор?

Реле регулятор напряжения (или просто реле напряжения) – это устройство, предназначенное для сохранения бортового напряжения сети, получаемого с генератора.

Как работает реле регулятор напряжения?

Регулятор содержит 3 элемента: измерительный, сравнения и регулирующий. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора и преобразует его в сигнал, который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением. Если измеренная величина отличается от эталонной величины, на выходе измерительного элемента появляется сигнал, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

Как проверить реле-регулятор напряжения генератора

Электрическая сеть любого автомобиля питается за счет генератора, который приводится во вращение двигателем при помощи ременной передачи. Его обороты постоянно меняются, начиная от 900 и заканчивая несколькими тысячами, вызывая соответствующее вращение ротора. Для нормальной работы всех электроприборов и зарядки аккумулятора, в бортовой сети напряжение должно быть стабильным, что обеспечивает реле-регулятор. Являясь самым слабым звеном в системе электроснабжения, устройство в первую очередь нуждается в проверке при обнаружении неполадок зарядки АКБ и других поломках электросети автомобиля.

Принцип работы

Регулятор напряжения автогенератора предназначен для поддержания напряжения бортовой сети в необходимых пределах при любом режиме работы и различной частоте вращения генератора, изменении нагрузки и перепадах внешней температуры. Также он способен выполнять дополнительные функции – защищать генератор от перегрузок и аварийного режима работы, автоматически подключать к бортовой цепи обмотки возбуждения или систему сигнализации аварии генератора.

Работа любого регулятора напряжения основана на одном и том же принципе, и определяется следующими факторами:

  1. Частотой оборотов ротора.
  2. Силой тока, которую генератор отдает в нагрузку.
  3. Показателем магнитного потока, которую создает ток обмотки возбуждения.

Более высокие обороты ротора определяют повышение напряжения генератора. Рост силы тока на обмотке возбуждения делает сильнее магнитный поток, и одновременно напряжение. Любой регулятор напряжения стабилизирует его за счет изменения тока возбуждения. При росте или снижении напряжения, регулятор понижает или повышает ток возбуждения, регулируя напряжение в необходимых пределах.

Сам реле-регулятор представляет собой электронную схему с выходами к графитным щеткам. Его устанавливают как в самом корпусе генератора рядом со щетками, так и вне его, и тогда щетки крепятся к щеткодержателю.

Неисправности

Чаще всего реле-регулятор выходит из строя по следующим причинам:

  1. При исправном АКБ отсутствует ток зарядки, из-за чего он не заряжается. Это происходит при плохом присоединении проводов к зажимам реле или при обрыве цепи от генератора к батарее. Устраняется закреплением провода в цепи, проверкой и регулировкой регулятора напряжения и реле-регулятора.
  2. Недостаточный ток зарядки при разряженной АКБ или большой при полностью заряженном аккумуляторе вызваны нарушением регулировки регулятора напряжения. Устраняется регулировкой устройства или его заменой.
  3. Горение и перегорание ламп с чрезмерным накалом происходит при нарушении регулировки реле-регулятора или замыкании контактов. Устраняется разъединением и зачисткой замкнувших контактов, регулировкой или заменой регулятора напряжения.
  4. Большой ток разряда после остановки мотора. Происходит при замыкании контактов реле-регулятора (спекании контактов, поломке пружины якоря) или коротком замыкании электропровода. Ремонтируется нахождением и устранением короткого замыкания при отключенном аккумуляторе, проверкой и регулировкой ограничителя тока, размыканием и зачисткой контактов, заменой пружины с регулировкой ее зазора и натяжения.

Как проверить реле регулятор

Поломка реле-регулятора проявляется в систематическом недозаряде или перезаряде аккумулятора. Простейшая проверка устройства проводится тестером в режиме вольтметра на постоянном токе в пределах от 0 до 20В. Щупы прибора при неработающем двигателе подсоединяются к клеммам АКБ и фиксируют показания вольтметра, которые от состояния батареи варьируются в пределах 12-12,8 В.

После двигатель запускают и смотрят на показания прибора: напряжение должно повыситься до 13-13,8 В, в зависимости от оборотов коленвала. Дальнейшее повышение оборотов должно соответственно увеличивать напряжение. Так, на средней частоте вращения оно составляет 13,5-14 В, а при максимальных достигает 14-14,5 В. Отсутствие повышения напряжения после запуска мотора свидетельствует о неисправности реле-регулятора.

Существует вероятность, зарядка аккумулятора отсутствует по другой причине, к примеру, из-за неисправности в самом генераторе. С целью установки диагноза, реле-регулятор снимается для более точной проверки при помощи тестера и 12-вольтовой лампы. Дополнительно понадобятся провода с клеммами, блок питания или зарядное устройство, в котором можно регулировать ток.

После подключения реле к схеме и включении блока питания лампа загорится. Регулятором напряжения постепенно увеличивают ток и следят за показаниями вольтметра или шкалой подключенного тестера. При показаниях до 14,5 В лампа должна гореть, а после превышения гаснуть. Если после уменьшения ниже 14,5 она загорается снова, значит реле-регулятор исправен. При отклонениях работы в ту или иную сторону реле будет давать перезаряд или не выдавать необходимый ток для заряда, что является поводом для его замены.

Подобным образом проверяются интегральные реле, которые в народе называют «шоколадки», применяемые на более старых моделях отечественных машин. Схема также подключается к блоку питания или зарядному устройству через лампочку, которая должна гаснуть при достижении необходимого предела напряжения. При этом нужно обратить внимание на состояние клемм, которые при загрязнении или окислении могут создать дополнительное сопротивление и при исправном реле вызывать потерю напряжения.

Замена реле регулятора генератора

Замена реле необходима в следующих случаях:

  1. Износ щеток, при котором контакт с реле-регулятором пропадает и генератор не работает.
  2. Пробой в схеме устройства, который вызывает в системе увеличение напряжения.
  3. Поломка креплений или корпуса, которое может привести к замыканию.
Читайте также  Как переключается коробка передач на камазе?

Процесс замены устройства рассмотрен на примере генератора Лада-Калина. Замена реле-регулятора связан с демонтажем генератора, и осуществляется в следующем порядке:

  1. Снятие с генератора клеммы «минус».
  2. Демонтаж генератора.

3. Отщелкивание на крышке генератора пластиковых фиксаторов и ее снятие.

4. Отключение разъема диодного моста.

5. Откручивание гайки и демонтаж втулки контактной группы.

6. Выкручивание пары винтов, удерживающих реле-регулятор.

Реле регулятора напряжения генератора: устройство и принцип работы

Что такое реле-регулятор напряжения?

Реле-регулятор напряжения (регулятор напряжения) — компонент электрической системы транспортного средства; механическое, электромеханическое или электронное устройство, обеспечивающее поддержку действующего в бортовой электросети напряжения в определенных границах.

Электрическая система транспортных средств построена так, что при остановленном силовом агрегате источником питания выступает аккумуляторная батарея (АКБ), а при запущенном — генератор, преобразующий часть мощности мотора в электроэнергию. Однако генератор имеет существенный недостаток — напряжение вырабатываемого им тока зависит от частоты вращения коленчатого вала, а также от потребляемого нагрузкой тока и окружающей температуры. Для устранения этого недостатка применяется вспомогательное устройство — реле-регулятор или просто регулятор напряжения.

Регулятор напряжения решает несколько задач:

  • Стабилизация напряжения — поддержка напряжения бортовой сети в заданных пределах (в пределах 12-14 или 24-28 вольт с допустимыми отклонениями);
  • Защита АКБ от разряда через цепи генератора при остановленном двигателе;
  • Отдельные типы регуляторов — автоматическое отключение стартера при успешном пуске двигателя;
  • Отдельные типы регуляторов — автоматическое подключение и отключение генератора от АКБ для ее заряда;
  • Отдельные типы регуляторов — изменение напряжения бортовой сети в зависимости от текущих климатических условий (перевод электросистемы на летнюю и зимнюю эксплуатацию).

Реле-регуляторами оснащаются все транспортные средства, тракторы и различные машины. Неисправность данного блока нарушает работу всей электросистемы, в отдельных случаях это может привести к поломке электрооборудования и пожарам. Поэтому неисправный регулятор необходимо как можно скорее заменить, а для верного выбора новой детали следует разобраться в существующих типах, конструкции и принципе действия регуляторов.

Вопросы выбора, диагностики и замены реле-регуляторов напряжения

В реле-регуляторах могут возникать различные неисправности, которые в большинстве случаев проявляются отсутствием тока заряда АКБ и, напротив, чрезмерным током заряда АКБ. Простейшая проверка регулятора может быть проведена с помощью вольтметра — достаточно запустить двигатель и в течение 10-15 минут дать ему поработать с частотой 2500-3000 об/мин и со включенными фарами. Затем, не снижая оборотов и не выключая фар, измерить напряжение на клеммах АКБ — оно должно составлять 14,1-14,3 вольта (для 24-вольтовых в два раза выше). Если напряжение значительно ниже или выше, то это повод проверить генератор, и, если он в порядке — заменить регулятор.

На замену следует брать реле-регулятор того же типа и модели, что был установлен ранее

Особенно нужно обращать внимание на порядок подключения регулятора к бортовой сети (к каким клеммам генератора и других элементов), а также на напряжение питания и токи. Замену детали необходимо выполнять по инструкции, работ можно выполнять только при остановленном двигателе и снятой с АКБ клеммы

Если соблюдены все рекомендации, а регулятор подобран верно, то он сразу начнет работать, обеспечивая нормальное функционирование электросистемы.

Назначение реле регулятора напряжения

Независимо от стажа и стиля вождения владелец авто не может обеспечить одинаковые обороты двигателя в разные моменты времени. То есть, коленвал ДВС, передающий крутящий момент генератору, вращается с разной скоростью. Соответственно, генератор вырабатывает разное напряжение, что крайне опасно для АКБ и прочих потребителей бортовой сети.

Взаимосвязь источников тока авто

В транспортном средстве находится минимум два источника электроэнергии:

  • аккумулятор – необходим в момент запуска ДВС и первичного возбуждения обмотки генератора, энергию не создает, а только расходует и накапливает в момент подзарядки
  • генератор – питает бортовую сеть на любых оборотах и подпитывает АКБ только на высоких оборотах

Рис. 2 В машине генератор и аккумулятор объединены в общую сеть

В бортовую сеть необходимо подключение обоих указанных источников для корректной работы двигателя и прочих потребителей электричества. При поломке генератора АКБ «протянет» максимум 2 часа, а без аккумулятора не заведется двигатель, приводящий в движение ротор генератора.

Существуют исключения – например, а счет остаточной намагниченности обмотки возбуждения штатный генератор ГАЗ-21 запускается самостоятельно при условии постоянной эксплуатации машины. Можно завести авто « с толкача», если в нем установлен генератор постоянного тока, с прибором переменного тока такой трюк невозможен.

Рис. 3 Заводка ДВС с толкача

Задачи регулятора напряжения

Из школьного курса физики каждый автолюбитель должен помнить принцип работы генератора:

  • при взаимном перемещении рамки и окружающего ее магнитного поля в ней возникает электродвижущая сила
  • электромагнитом генераторов постоянного тока служат статоры, ЭДС, соответственно возникает в якоре, ток снимается с коллекторных колец
  • в генераторе переменного тока намагничивается якорь, электроэнергия возникает в обмотках статора

Рис. 4 Принцип действия генератора авто

Упрощенно можно представить, что на величину выходящего с генератора напряжения влияет значение магнитной силы и скорость вращения поля. Основная проблема генераторов постоянного тока – пригорание и залипание щеток при съеме с якоря токов большой величины – решена переходом на генераторы переменного тока. Ток возбуждения, подающийся на ротор для возбуждения магнитной индукции, на порядок ниже, снимать электроэнергию с неподвижного статора гораздо легче.

Однако вместо постоянно расположенных в пространстве клемм «–» и «+» производители авто получили постоянное изменение плюса и минуса. Подзарядка аккумулятора переменным током не возможна в принципе, поэтому диодным мостиком его предварительно выпрямляют.

Рис. 5 Выпрямитель генератора

Из этих нюансов плавно вытекают задачи, решаемые реле генератора:

  • подстройка тока в обмотке возбуждения
  • выдерживание диапазона 13,5 – 14,5 В в бортовой сети и на клеммах аккумулятора
  • отсечение питания обмотки возбуждения от АКБ при заглушенном двигателе

Рис. 6 Назначение реле регулятора напряжения

Поэтому называют регулятор напряжения еще и реле зарядки, а на панель выведена сигнальная лампа процесса подзарядки АКБ. В конструкцию генераторов переменного тока функция отсечения обратного тока заложена по умолчанию.

Диагностика реле регулятора

Определить поломки регулятора напряжения можно по признакам косвенным. Прежде всего, это некорректная зарядка АКБ:

  • перезаряд – выкипает электролит, раствор кислоты попадает на детали кузова
  • недозаряд – ДВС не запускается, лампы горят в пол накала

Однако предпочтительнее диагностика приборами – вольтметром или тестером. Любое отклонение от максимального значения напряжения 14,5 В (в некоторых авто бортовая сеть рассчитана на 14,8 В) на больших оборотах или минимального значения 12,8 В на малых оборотах становится причиной замены/ремонта реле регулятора.

Встроенного

Чаще всего регулятор напряжения интегрирован в щетки генератора, поэтому необходимо уровневое обследование этого узла:

  • после снятия защитной крышки и ослабления винтов щеточный узел извлекается наружу
  • при износе щеток (осталось меньше 5 мм их длины) замена должна производится в обязательном порядке
  • диагностика генератора мультиметром производится в комплекте с аккумулятором или зарядным устройством
  • «минусовой» провод от источника тока замыкается на соответствующую пластину регулятора
  • «плюсовой» провод от ЗУ или АКБ подключается к аналогичному разъему реле
  • тестер устанавливается в режим вольтметра 0 – 20 В, щупы накладываются на щетки
  • в диапазоне 12,8 – 14,5 В между щетками должно быть напряжение
  • при увеличении напряжения больше 14,5 В стрелка вольтметра должна быть на нуле

Рис. 22 Диагностика реле встроенного

В данном случае вместо вольтметра можно использовать лампу, которая должна гореть в указанном интервале напряжения, гаснуть при увеличении этой характеристики больше этого значения.

Выносного

Никаких отличий в диагностике для выносного реле не существует, зато его не нужно демонтировать из корпуса генератора. Проверить реле регулятор напряжения генератора можно при работающем двигателе, изменяя обороты с низких на средние, затем высокие. Одновременно с увеличением оборотов нужно включить дальний свет (как минимум), кондиционер, монитор и прочие потребители (как максимум).

Рис. 23 Диагностика выносного регулятора напряжения

Таким образом, при необходимости владелец транспортного средства может заменить штатное реле регулятор напряжения на более современную модификацию встраиваемого или выносного типа. Диагностика работоспособности доступна собственными силами при наличии обычной автомобильной лампы.

Как работает реле регулятор напряжения генератора?

Рейтинг 2.6/5 (121 голосов)

Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузки, автоматически включать в бортовую сеть цепь обмотки возбуждения или систему сигнализации аварийной работы генераторной установки.

Все регуляторы напряжения работают по единому принципу. Напряжение генератора определяется тремя факторами — частотой вращения ротора, силой тока, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока, создаваемой током обмотки возбуждения. Чем выше частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.

Читайте также  Как работает компрессор на автомобиле?

Все регуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение в нужные пределы.

Блок-схема регулятора напряжения представлена на рис. 1.

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий

элемент 4. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора 2 Ud и преобразует его в сигнал Uизм., который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением Uэт.

Если величина Uизм. отличается от эталонной величины Uэт, на выходе измерительного элемента появляется сигнал Uo, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

Таким образом, к регулятору напряжения обязательно должно быть подведено напряжение генератора или напряжение из другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация, например, от аккумуляторной батареи, а также подсоединена обмотка возбуждения генератора. Если функции регулятора расширены, то и число подсоединений его в схему растет.

Чувствительным элементом электронных регуляторов напряжения является входной делитель напряжения. С входного делителя напряжение поступает на элемент сравнения, где роль эталонной величины играет обычно напряжение стабилизации стабилитрона. Стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т.е. начинает пропускать через себя ток, если напряжение на нем превысит напряжение стабилизации. Напряжение же на стабилитроне остается при этом практически неизменным.

Ток через стабилитрон включает электронное реле, которое коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке возбуждения изменяется в нужную сторону. В вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах чувствительный элемент представлен в виде обмотки электромагнитного реле, напряжение к которой, впрочем, тоже может подводиться через входной делитель, а эталонная величина — это сила натяжения пружины, противодействующей силе притяжения электромагнита.

Коммутацию в цепи обмотки возбуждения осуществляют контакты реле или, в контактно-транзисторном регуляторе, полупроводниковая схема, управляемая этими контактами.

Особенностью автомобильных регуляторов напряжения является то, что они осуществляют дискретное регулирование напряжения путем включения и выключения в цепь питания обмотки возбуждения (в транзисторных регуляторах) или последовательно с обмоткой дополнительного резистора (в вибрационных и контактно- транзисторных регуляторах), при этом меняется относительная продолжительность включения обмотки или дополнительного резистора.

Поскольку вибрационные и контактно-транзисторные регуляторы представляют лишь исторический интерес, а в отечественных и зарубежных генераторных установках в настоящее время применяются электронные транзисторные регуляторы, удобно рассмотреть принцип работы регулятора напряжения на примере простейшей схемы, близкой к отечественному регулятору напряжения Я112А1 и регулятору EE14V3 фирмы BOSCH (рис. 2).

Регулятор 2 на схеме работает в комплекте с генератором 1, имеющим дополнительный

выпрямитель обмотки возбуждения. Чтобы понять работу схемы, следует вспомнить, что, как было показано выше, стабилитрон не пропускает через себя ток при напряжениях ниже величины напряжения стабилизации. При достижении напряжением этой величины стабилитрон пробивается, и по нему начинает протекать ток.

Транзисторы же пропускают ток между коллектором и эмиттером, Т.е. открыты, если в цепи база-эмиттер ток протекает, и не пропускают этого тока, т.е. закрыты, если базовый ток прерывается.

Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от выхода генератора Д через делитель напряжения на резисторах R1, R2. Пока напряжение генератора невелико, и на стабилитроне оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток через него, а, следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через резистор R6 от вывода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2, он открывается, через его переход эмиттер-коллектор начинает протекать ток в базе транзистора VT3, который открывается тоже. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания.

Соединение транзисторов VT2, VT3, при котором их коллекторные выводы объединены, а питание базовой цепи одного транзистора производится от эмиттера другого, называется схемой Дарлингтона. При таком соединении оба транзистора могут рассматриваться как один составной транзистор с большим коэффициентом усиления. Обычно такой транзистор и выполняется на одном кристалле кремния.

Если напряжение генератора возросло, например, из-за увеличения частоты вращения его ротора, то возрастает и напряжение на стабилитроне VD1. При достижении этим напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается и своим переходом эмиттер-коллектор закорачивает вывод базы составного транзистора VT2, VТЗ на «массу». Составной транзистор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генератора, закрываются стабилитрон VD2, транзистор VT1, открывается составной транзистор VT2, VТЗ, обмотка возбуждения вновь включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает и т.д., процесс повторяется.

Таким образом регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения цепи питания. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется так, как показано на рис. 3.

Если частота вращения генератора возросла или нагрузка его уменьшилась, время включения обмотки уменьшается, если частота вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается.

В схеме регулятора по рис. 2имеются элементы, характерные для схем всех применяющихся на автомобилях регуляторов напряжения. Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3 предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индуктивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может замыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряжения не происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим.

Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обратной связи. При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 делителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD2 резко уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора и повышает частоту этого переключения. Это благотворно сказывается на качестве напряжения генераторной установки.

Конденсатор С1 является своеобразным фильтром, защищающим регулятор от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще конденсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой схемы в колебательный режим и возможность влияния посторонних высокочастотных помех на работу регулятора, либо ускоряют переключения транзисторов. В последнем случае конденсатор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери мощности в нем и его нагрев.

Из рис. 2 хорошо видна роль лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки НL. При неработающем двигателе внутреннего сгорания замыкание контактов выключателя зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA через эту лампу поступать в обмотку возбуждения генератора. Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора. Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки возбуждения нет обрыва.

После запуска двигателя, на выводах генератора Д и «+» появляется практически одинаковое напряжение и лампа гаснет. Если генераторная установка при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть и в этом режиме, что является сигналом об отказе генераторной установки или обрыве приводного ремня.

Введение резистора R в генераторную установку способствует расширению диагностических способностей лампы HL. При наличии этого резистора, если при работающем двигателе автомобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбуждения, то лампа HL загорится.

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 — понижалось.

Для автоматизации процессов изменения уровня поддерживаемого напряжения применяется датчик, помещенный в электролит аккумуляторной батареи и включаемый 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.

В рассмотренной схеме регулятора напряжения, как и во всех регуляторах аналогичного типа, частота переключений в цепи обмотки возбуждения изменяется по мере изменения режима работы генератора. Нижний предел этой частоты составляет 25-50 Гц. Однако имеется и другая разновидность схем электронных регуляторов, в которых частота переключения строго задана. Регуляторы такого типа оборудованы широтно-импульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает заданную частоту переключения.

Применение ШИМ снижает влияние на работу регулятора внешних воздействий, например, уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т.п.

В настоящее время все больше зарубежных фирм переходит на выпуск генераторных установок без дополнительного выпрямителя. Для автоматического предотвращения разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля в регулятор такого типа заводится фаза генератора.

Регуляторы, как правило, оборудованы ШИМ, который, например, при неработающем двигателе переводит выходной транзистор в колебательный режим, при котором ток в обмотке возбуждения невелик и составляет доли ампера.

После запуска двигателя сигнал с вывода фазы генератора переводит схему регулятора в нормальный режим работы. Схема регулятора осуществляет в этом случае и управление лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.