Схема реле-регулятора напряжения. Принцип работы реле регулятора генератора автомобиля

Когда реле напряжения ломается, появляются проблемы в работе электрооборудования. Причин, вызвавших сбой в регуляторе напряжения, может быть много, но самая распространенная из них – выкипание электролита в аккумуляторе. Регулятор напряжения (РН) ремонту не подлежит, его просто меняют на новый. Однако прежде чем его сменить, нужно убедиться, что неисправен именно он. Проверить реле-регулятор генератора можно самостоятельно.

В машине и в других средствах передвижения для нормального функционирования электрооборудования и других систем необходим постоянный ток -13,5–14,5 В. Если напряжение недотягивает до нормы или наоборот ее превышает, электроприборы начнут выходить из строя, а аккумуляторная батарея из-за избытка заряда сократит свой эксплуатационный срок. Реле-регулятор выступает стабилизатором этого бортового напряжения в заданных пределах, в зависимости от электрической нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей среды. Он пропускает допустимое напряжение в бортовую сеть автомобиля, тем самым обеспечивая ее требуемыми параметрами.

Реле-регулятор напряжения

Типы реле напряжения и их устройство

Если утрировать, то видов устройства два и работают они оба по одному принципу:

отдельные или контактные . Устанавливается на кузове транспортного средства под капотом посредством кронштейнов. Сначала провода отходят от генератора, а потом идут на АКБ. Этот тип встречается реже, так как был выпущен лет 30 назад. Также есть модифицированные модели, которые только входят в использование. Их ключевыми элементами конструкции выступают:

Два блока сопротивления;
Намагничивающая катушка;
Контактная группа;
Металлический сердечник.

совмещенные или электронные со щеточным узлом . Монтируется прямо на генератор. Месторасположения реле в корпусе со щетками.

Общее у обоих – неразборные корпуса, часто они просто залиты герметиками или особым клеем. Так как они не подлежат ремонту, то цена на них низкая. Раньше был еще один тип – совмещенный с клеммами, но большого распространения он не получил, поэтому рассказывать о них не стоит.

Старый и новый реле-регуляторы

Внешние признаки поломки

Признаками неисправного реле могут выступать:

перезарядка АКБ (не хватает выделяемого заряда или выкипает электролит);
яркость свечения фар (меняется во время поломки, когда на оборотах вала 2 тыс./мин. Уровень напряжения выше нормы);
запах гари внутри в салона .

Почему ломается

Нынешние реле гораздо долговечнее предшественников, но ничто не застраховано от сбоев. Способствовать этому могут, такие факторы как:

короткое замыкание;
проникание влаги (может случиться во врем мытья автомобиля);
механические повреждения ;
качество самого изделия (покупка устройства неизвестных производителей не гарантирует долгий срок службы).

Когда реле сломалось и происходит перезаряд, то нужно провести диагностику неполадки. Есть два способа проверки регулятора напряжения генератора – не снятого с машины или снятого . Рассмотрим оба варианта.

Проверка напряжения не снимая реле-регулятор

Как проверить реле-регулятора не снимая с машины?

Выявить «нехватку заряда» или «перезаряд» АКБ просто. При нехватке – машина не запустится, или же после вставления ключа мотор медленно начнет крутиться, иногда это сопровождается затуханием лампочек. При перезаряде – те же самые признаки, только причина будет крыться в закипании электролита. Понять это можно по его количеству в банках или белому налету на самом АКБ и вокруг него. Но следует убедиться точно, протестировав бортовой ток с помощью мультиметра, которым нужно измерить напряжение на клеммах батареи во время рабочего двигателя. Подметим, что нормальным напряжением может быть параметр – 12,7В, но если он ниже, например – 12В, то имеются неполадки.

Очень часто виновником проблем могут быть сами клеммы, так как способны окисляться, поэтому перед проверкой необходимо убрать имеющиеся налеты и закиси на клеммах и контактах.

Этапы работы:

Запустить двигатель и прогреть несколько минут.
Подсоединить щупы мультиметра к клеммам батареи, соблюдая полярность. Выставить значение на устройстве в 20 Вольт.
Смотрим напряжение при включенном ближнем свете, в это время все остальные электропотребители должны быть отключены. Обороты вала должны быть в значениях — 1,5–2,5 тыс. об/мин. Если напряжение в пределах 13,5–14,8В , это нормально, а если превышает, то реле негодное. В том случае, когда входящий ток меньше 13,5В, то возможно, причина сбоя либо в генераторе, либо в проводке.
Теперь поднимаем нагрузку и оцениваем при увеличенных оборотах до 2000–2500 тыс. об/мин. Для этого запускаем дальний свет, печку, стеклоочистители. Напряжение не должно быть меньше 13,5В и больше 14,8В.

Как проверить регулятор напряжения генератора мультиметром мы рассказали, теперь приступаем к проверке совмещенной схемы реле-регулятора вместе со щеточным узлом, так как они наиболее популярны.

Проверка реле-регулятора

Тестирование снятого регулятора (со схемой)

Электронное реле чаще всего крепится на поверхности генератора рядом с валом генератора, по которому двигаются щетки, в районе контактных колец якоря генератора. Весь совмещенный узел закрыт пластиковой крышкой. Снимается она отверткой форма, которой может быть либо крестовидной, либо шестигранник.

Этапы проведения работ:

По тому же принципу можно проверить отдельный тип регулятора нового образца. Для этого необходимо отсоединить его от кузова или крышки генератора и прикрепить к схеме. Проверку осуществлять таким же образом. Что касается старого типа реле-регулятора, установленного на копейках, то проверять его нужно немного по-другому. Их маркировка – «67» и «15» . Первый контакт «67» - является минусом, а «15» - плюсом. В остальном принцип тот же.

Многие знают о таком устройстве, как регулятор напряжения генератора, но не каждый способен сказать, какие принципы лежат в основе его работы и как можно осуществить диагностику. Стоит отметить, что этот прибор крайне важен, ведь с его помощью происходит стабилизация напряжения на выходе генератора. Представьте, как работает двигатель в процессе движения. Обороты его постоянно изменяются, причем в широком диапазоне, начиная от 700-900 об/мин, а заканчивая пятью, семью либо даже десятью тысячами. Как следствие - частота вращения ротора генератора также изменяется в широком диапазоне. И при любом значении оборотов должно поддерживаться стабильное напряжение, которого будет достаточно для зарядки аккумуляторной батареи. Если имеются какие-либо дефекты, то требуется тщательная проверка регулятора напряжения генератора.

Механические регуляторы напряжения

История автомобилестроения насчитывает уже более сотни лет, за это время было изобретено и внедрено множество конструкций, которые улучшают показатели всех агрегатов. Среди них и реле-регулятор, так как современная машина не сможет без него нормально работать. Изначально использовались механические устройства, в основе которых лежало электромагнитное реле. Например, регулятор напряжения генератора ВАЗ первых моделей был именно таким.

У него, как оказалось позднее, нет никаких плюсов, сплошь и рядом недостатки. Причем основной минус - это низкая надежность вследствие того, что присутствуют подвижные контакты. Они со временем стираются, так как прибор работает постоянно, без остановок. Кроме того, иногда требуется проводить регулировочные работы, что не очень хорошо сказывается на эксплуатации автомобиля. Современность диктует правило, по которому машина должна проходить техобслуживание своевременно в сервисных центрах. И водитель не должен уметь проводить сложный ремонт, от него требуется только умение управлять автомобилем и менять колесо (это максимум).

Электронные реле-регуляторы

По причинам, указанным выше, широкое распространение получили регуляторы напряжения электронного типа. Прогресс не стоит на одном месте, поэтому на смену электромагнитным реле пришли ключевые транзисторы, симисторы, тиристоры. У них очень высокая надежность, так как отсутствуют механические контакты, вместо которых имеется кристалл полупроводника. Конечно, технология производства таких устройств должна быть продумана. В противном случае возможен выход из строя полупроводника. Осуществляется проверка регулятора напряжения генератора такого типа достаточно просто, нужно только учесть его особенности.

Если сравнивать с предыдущим, механическим типом реле-регуляторов, можно увидеть одну особенность - электронные выпускаются в одном корпусе с щетками. Это позволяет сэкономить место, а самое главное - облегчить процедуру замены и диагностики. Особая черта электронных типов - это точность регулирования напряжения. Свойства полупроводника не изменяются в процессе работы. Поэтому напряжение на выходе генератора всегда будет одинаковым. Но стоит поговорить и о способе регулирования, о том, как происходит весь процесс. А он достаточно интересный, придется рассмотреть в общих чертах конструкцию генератора.

Из каких элементов состоит автомобильный генератор

Основа - это корпус, иначе он называется статором. Это неподвижная часть любой электрической машины. В статоре имеется обмотка. В автомобильных генераторах она состоит из трех частей. Все дело в том, что на выходе генерируется трехфазное переменное напряжение, значение его - около 30 Вольт. Причина использования такой конструкции - уменьшение пульсаций, так как фазы перекрывают друг друга, в результате появляется после выпрямителя постоянный ток. Для преобразования напряжения используются шесть полупроводниковых диодов. Они имеют одностороннюю проводимость. Если произойдет пробой, то определить это при помощи тестера достаточно просто.

Но не будет на выходе статорной обмотки напряжения, если не учесть одно условие - необходимо магнитное поле, причем движущееся. Сделать его несложно, достаточно на металлическом якоре намотать обмотку и подать на нее питание. Но теперь возникает вопрос о стабилизации напряжения. Делать это на выходе нет смысла, так как элементы потребуются очень мощные, ведь токи большие. Но тут приходит на помощь конструкторам одна особенность электрических машин - если на роторную обмотку подать стабилизированное напряжение, то магнитное поле не будет изменяться. Следовательно, на выходе генератора также стабилизируется напряжение. Так же работает и генератор ВАЗ 2107, регулятор напряжения которого функционирует на тех же принципах, что и у "десяток".

Компоненты регулятора напряжения

Современные автомобили оснащаются довольно простыми конструкциями. Они неразборные, совмещены в одном корпусе два элемента - непосредственно регулятор и графитовые щетки, передающие напряжение питания на роторную обмотку генератора. Причем электронные типы устройств могут быть двух видов. Например, регулятор напряжения генератора ВАЗ-2110 выпуска конца 90-х годов был изготовлен на монтажной плате небольшого размера. Современные же устройства делаются с использованием одного кристалла полупроводника, в котором находятся все элементы. Можно даже сказать, что это небольшая микросхема.

Графитовые щетки подключаются к выводам монтажной платы или полупроводникового элемента. Напряжение к ним подается от аккумуляторной батареи через лампу, которая необходима для диагностики генератора. Обратите внимание на то, что нельзя ставить вместо нее светодиодные элементы, так как у них нет внутреннего сопротивления. Грубо говоря, лампа накаливания работает и в качестве предохранителя. Если нить перегорает, то прекращается подача напряжения на роторную обмотку, генератор перестает работать. Если же загорается лампа, то имеется поломка. Либо щетки стерлись, либо ремень порвался, но иногда случается и так, что выходят из строя полупроводниковые диоды в выпрямителе. В таком случае необходима замена регулятора напряжения генератора на новый.

Как снять регулятор

Если неисправность только лишь в регуляторе напряжения, то работ по его замене немного. Инструмента тоже особого потребуется - хватит одной отвертки. Полностью разбирать генератор не нужно, так как щетки с регулятором напряжения находятся на задней его крышке.

Не потребуется даже ослаблять ремень. Снимать регулятор напряжения генератора 2110 нужно в двух случаях:

Стерлись полностью щетки.
В полупроводнике произошел пробой.

Варианты проверки прибора будут представлены ниже. Для начала отключите аккумуляторную батарею. Дело в том, что от нее идет к генератору силовой провод, на нем нет никакой защиты, потому как с его помощью происходит зарядка АКБ. А ток потребления этой цепи очень высокий. На корпусе регулятора имеется один разъем, от него отсоедините провод. Теперь можно выкрутить два болта крепления. После этого регулятор напряжения генератора без труда извлекается из задней крышки. Настало время проверить его.

Диагностика регулятора напряжения

Первым делом обратите внимание на состояние щеток - если их длина меньше 0,5 см, то необходимо менять узел в сборе. Не стоит заниматься изобретением велосипеда. Припаивать новые щетки нет смысла, так как надежность от этого только пострадает. Так как проверить регулятор напряжения генератора можно несколькими способами, начать стоит с самого сложного - со снятием прибора. Для диагностики вам потребуется блок питания, на выходе которого напряжение можно изменять в пределах 10-18 Вольт.

Также вам необходима лампа накаливания. Ее электрические параметры следующие: напряжение питания - 12 Вольт, мощность - 2-3 Ватта. Подаете питание следующим образом:

Плюсовой вывод на разъем в корпусе регулятора (он на новых образцах единственный).
Минус на общую пластину.

Лампа накаливания включается между двумя щетками. Порядок действий следующий:

При подаче напряжения 12-12,5 Вольт лампа накаливания должна гореть.
При напряжении свыше 15 Вольт она должна гаснуть.

Если она горит при любом напряжении питания, либо не горит ни в одном из этих случаев, то имеется поломка регулятора и его требуется заменить.

Как сделать диагностику без снятия?

Не рекомендуется проводить такую проверку, так как нет возможности оценить состояние щеточного узла. Но случаи бывают разные, поэтому даже такая диагностика может дать свои плоды. Для работы вам потребуется мультиметр или, если такового нет, лампа накаливания. Для вас главное - это провести замер напряжения в бортовой сети автомобиля, определить, нет ли скачков. Но их можно заметить и при езде. Например, мигание света при изменении оборотов коленчатого вала двигателя.

Но точнее окажутся измерения, проведенные с использованием мультиметра или вольтметра с растянутой шкалой. Заведите двигатель и включите ближний свет. Подключите мультиметр к клеммам аккумуляторной батареи. Напряжение не должно превышать 14,8 Вольт. Но и нельзя, чтобы оно опускалось ниже 12. Если оно находится не в дозволенном интервале, то имеется поломка регулятора напряжения. Не исключено, что нарушены контакты в местах соединения прибора с генератором, либо окислены контакты проводов.

Модернизация схемы регулятора

То, насколько полной будет зарядка аккумулятора, напрямую зависит от регулятора напряжения. К сожалению, простые конструкции, описанные выше, имеют большой разброс параметров. Поэтому, купив в одном магазине три экземпляра одинаковых устройств, вы получите различное напряжение на выходе. И это факт, никто и спорить не будет. Если не хватает аккумулятору зарядки, то он будет за короткое время терять свою емкость. И завести двигатель не сможет. Потребуется его восстанавливать только стационарным зарядным устройством.

Но ведь можно установить регулятор напряжения генератора трехуровневый, который позволяет изменять характеристики простым переключением тумблера. В его схеме находятся два полупроводника, у которых характеристики немного отличаются. За счет этого появляется возможность регулировки выходного напряжения. При включении одного полупроводника на выходе появляется 14,5 Вольт, а если другой пустить в цепь, то будет несколько выше. Использование такого устройства актуально в зимний период времени, когда емкость АКБ снижается и требуется дополнительная зарядка.

Как установить трехуровневый регулятор?

Для этой процедуры вам потребуется небольшой набор инструментов. Нужна отвертка, термоусадочная изоляция, саморезы, возможно, что необходима будет дрель со сверлом 2-4 мм. Итак, все по порядку. Первым делом нужно выкрутить два болта, которыми крепится щеточный узел и регулятор. На его место нужно поставить новый, который идет в комплекте. Отличие его от простого в том, что там только стоят щетки, полупроводники расположены в отдельном блоке. Второй узел вам нужно расположить недалеко от генератора, на кузове автомобиля.

Для этого сделайте небольшие отверстия для крепления. Стоит заметить, что блок с полупроводниками нуждается в дополнительном охлаждении. Поэтому потребуется его устанавливать на радиатор из алюминия, только после этого производить крепеж к элементам кузова. Если не обеспечить достаточное охлаждение, то возможен выход из строя прибора, а также нарушение его работы - регулирование будет происходить неправильно. После окончания крепежных работ соединяете два узла проводами, проводите изоляцию. Желательно соединительные провода крепить с помощью хомутов-стяжек к имеющимся жгутам.

Можно ли самостоятельно изготовить трехуровневый регулятор?

Если вы знакомы с радиотехникой, можете найти на диоде катод и анод, то для вас не составит труда самому сделать такое устройство. Вопрос в том, есть ли в этом смысл. Вам потребуется для изготовления два диода Шоттки. Если они у вас имеются, то цена конструкции окажется мизерной. Но если же их придется покупать (причем неизвестно, по какой цене), то можно сравнить затраты со стоимостью готового трехуровневого регулятора. Схема регулятора напряжения генератора трехуровневого типа несложная, повторить ее сможет любой человек, который умеет обращаться с паяльником.

Для реализации вашей задумки потребуется еще пластиковый корпус. Можно использовать и алюминий, это даже будет лучше, так как охлаждение будет происходить эффективнее. Только желательно покрыть все поверхности слоем изоляции, чтобы при езде не произошло замыкание контактов на корпус. Также вам потребуется установить переключатель, который будет коммутировать полупроводниковые элементы. Работы по установке прибора на автомобиль аналогичны тем, что были описаны в прошлом пункте. Стоит также заметить, что вам необходимо все равно приобретать щеточный узел.

Выводы

Не нужно пренебрегать таким прибором, как регулятор напряжения автомобильного генератора. От его качества и состояния зависит срок службы аккумуляторной батареи. И если имеются какие-либо дефекты в приборе, то его необходимо заменить. Следите за состоянием этого элемента, при необходимости зачищайте контакты, чтобы не появлялись сбои. Генератор находится в нижней части моторного отсека, а если нет грязезащитного щитка, то на него попадает очень много воды и грязи в плохую погоду. А это приводит к появлению дефектов, причем не только в регуляторе напряжения, но даже в обмотках статора и ротора. Поэтому для нормального функционирования всех систем необходим уход за автомобилем. И перед тем как проверить регулятор напряжения генератора, проведите тщательный осмотр и очистите от загрязнений все элементы конструкции.

Рис. 1. Способы управления током возбуждения: Г - генератор с параллельным возбуждением; W в - обмотка возбуждения; R д - дополнительное сопротивление; R - балластное сопротивление; К - коммутатор тока (регулирующий орган) в цепи возбуждения; а, б, в,г, д указаны в тексте.

Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работает в широком интервале изменения оборотов (900:.. 6500 об/мин). Соответственно изменяется и частота вращения ротора автомобильного генератора, а значит и его выходное напряжение.

Зависимость выходного напряжения генератора от оборотов двигателя внутреннего сгорания недопустима, так как напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть постоянным и не только при изменении оборотов двигателя, но и при изменении тока нагрузки. Функцию автоматического регулирования напряжения в автомобильном генераторе выполняет специальное устройство - регулятор напряжения автомобильных генераторов . Данный материал посвящен рассмотрению регуляторов напряжения современных автомобильных генераторов переменного тока.

Регулирование напряжения в генераторах с электромагнитным возбуждением

Способы регулирования . Если главное магнитное поле генератора наводится электромагнитным возбуждением, то электродвижущая сила E г генератора может быть функцией двух переменных: частоты n вращения ротора и тока I в в обмотке возбуждения - E г = f(n, I в).

Именно такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения.

При работе генератора без нагрузки его напряжение U г равно его электродвижущей силе ЭДС E г:
U г = E г = СФ n (1).

Напряжете U г генератора под током I н нагрузки меньше ЭДС E г на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении r г генератора, т.е. можно записать, что
E г = U г + I н r г = U г (1 + β) (2).

Величина β = I н r г /U г называется коэффициентом нагрузки.

Из сравнения формул 1 и 2 следует, что напряжение генератора
U г = nСФ/(1 + β), (3)
где С - постоянный конструктивный коэффициент.

Уравнение (3) показывает, что как при разных частотах (n) вращения ротора генератора (n = Var), так и при изменяющейся нагрузке (β = Var), неизменность напряжения U г генератора может быть получена только соответствующим изменением магнитного потока Ф.

Магнитный поток Ф в генераторе с электромагнитным возбуждением формируется магнитодвижущей силой F в = W I в обмотки W в возбуждения (W - число витков обмотки W в) и может легко управляться с помощью тока I в в обмотке возбуждения, т.е. Ф = f (I в). Тогда U г = f 1 что позволяет удерживать напряжение U г генератора в заданных пределах регулирования при любых изменениях его оборотов и нагрузки соответствующим выбором функции f(I в) регулирования.

Автоматическая функция f(I в) регулирования в регуляторах напряжения сводится к уменьшению максимального значения тока I в в обмотке возбуждения, которое имеет место при I в = U г /R w (R w - активное сопротивление обмотки возбуждения) и может уменьшаться несколькими способами (рис. 1): подключением к обмотке W в параллельно (а) или последовательно (б) дополнительного сопротивления R д: закорачиванием обмотки возбуждения (в); разрывом токовой цепи возбуждения (г). Ток через обмотку возбуждения можно и увеличивать, закорачивая последовательное дополнительное сопротивление (б).

Все эти способы изменяют ток возбуждения скачкообразно, т.е. имеет место прерывистое (дискретное) регулирование тока. В принципе возможно и аналоговое регулирование, при котором величина последовательного дополнительного сопротивления в цепи возбуждения изменяется плавно (д).

Но во всех случаях напряжение U г генератора удерживается в заданных пределах регулирования соответствующей автоматической корректировкой величины тока возбуждения.

Дискретно - импульсное регулирование

В современных автомобильных генераторах магнитодвижущую силу F в обмотки возбуждения, а значит и магнитный поток Ф, изменяют периодическим прерыванием или скачкообразным уменьшением тока I в возбуждения с управляемой частотой прерывания, т.е. применяют дискретно-импульсное регулирование рабочего напряжения U г генератора (ранее применялось аналоговое регулирование, например, в угольных регуляторах напряжения).

Суть дискретно-импульсного регулирования станет понятной из рассмотрения принципа действия генераторной установки, состоящей из простейшего контактно-вибрационного регулятора напряжения, и генератора переменного тока (ГПТ).

Рис. 2. Функциональная (а) и электрическая (б) схемы генераторной установки с вибрационным регулятором напряжения.

Функциональная схема генераторной установки, работающей совместно с бортовой аккумуляторной батареей (АКБ), показана на рис. 2а, а электрическая схема - на рис. 26.

В состав генератора входят: фазные обмотки W ф на статоре СТ, вращающийся ротор R, силовой выпрямитель ВП на полупроводниковых диодах VD, обмотка возбуждения W в (с активным сопротивлением R w). Механическую энергию вращения A м = f (n) ротор генератора получает от ДВС. Вибрационный регулятор напряжения РН выполнен на электромагнитном реле и включает в себя коммутирующий элемент КЭ и измерительный элемент ИЭ.

Коммутирующий элемент КЭ - это вибрационный электрический контакт К, замыкающий или размыкающий дополнительное сопротивление R д, которое включено с обмоткой возбуждения W в генератора последовательно. При срабатывании коммутирующего элемента (размыкание контакта К) на его выходе формируется сигнал τR д (рис. 2а).

Измерительный элемент (ИЭ, на рис. 2а) - это та часть электромагнитного реле, которая реализует три функции:

функцию сравнения (СУ) механической упругой силы F n возвратной пружины П с магнитодвижущей силой F s = W s I s релейной обмотки S (W s - число витков обмотки S, I s - ток в релейной обмотке), при этом результатом сравнения является сформированный в зазоре с период Т (Т = t р + t з) колебаний якоря N;
функцию чувствительного элемента (ЧЭ) в цепи обратной связи (ЦОС) регулятора напряжения, чувствительным элементом в вибрационных регуляторах является обмотка S электромагнитного реле, подключенная непосредственно к напряжению U г генератора и к аккумуляторной батарее (к последней через ключ зажигания ВЗ);
функцию задающего устройства (ЗУ), которое реализуется с помощью возвратной пружины П с силой упругости F п и опорной силой F о.

Работа регулятора напряжения с электромагнитным реле наглядно может быть пояснена с помощью скоростных характеристик генератора (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Изменение U г, I в, R б во времени t: а - зависимость текущего значения выходного напряжения генератора от времени t - U г = f (t); б - зависимость текущего значения в обмотке возбуждения от времени - I в = f (t); в - зависимость среднеарифметического значения сопротивления в цепи возбуждения от времени t - R б = f(t); I - время, отвечающее частоте (n) вращения ротора генератора.

Пока напряжение U г генератора ниже напряжения U б аккумуляторной батареи (U г

При увеличении оборотов ДВС напряжение генератора возрастает и при достижении некоторого значения U max) > U б) магнитодвижущая сила F s релейной обмотки становится больше силы F п возвратной пружины П, т.е. F s = I s W s > F п. Электромагнитное реле срабатывает и контакт К размыкается, при этом в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление.

Еще до размыкания контакта К ток I в в обмотке возбуждения достигает своего максимального значения I в max = U г R w > I вб, от которого, сразу после размыкания контакта К, начинает падать, стремясь к своему минимальному значению I в min = U г /(R w + R д). Вслед за падением тока возбуждения напряжение генератора начинает соответственно уменьшаться (U г = f(I в), что приводит к падению тока I s = U г /R s в релейной обмотке S и контакт К вновь размыкается усилием возвратной пружиной П (F п > F s). К моменту размыкания контакта К напряжение генератора U г становится равным своему минимальному значению U min , но остается несколько больше напряжения аккумуляторной батареи (U гmin > U б).

Начиная с момента размыкания контакта К (n = n min , рис. 3), даже при неизменной частоте n вращения ротора генератора, якорь N электромагнитного реле входит в режим механических автоколебаний и контакт К, вибрируя, начинает периодически, с определенной частотой коммутации f к = I/Т = I/(t р + t з) то замыкать, то размыкать дополнительное сопротивление R д в цепи возбуждения генератора (зеленая линия на участке n = n ср = const, рис. 3). При этом сопротивление R в в токовой цепи возбуждения изменяется скачкообразно от значения R w до величины R w +R д.

Так как при работе регулятора напряжения контакт К вибрирует с достаточно высокой частотой f к коммутации, то R в = R w + τ р где величина τ р - это относительное время разомкнутого состояния контакта К, которое определяется по формуле τ р = t р /(t з + t р), I/(t з + t р) = f к - частота коммутации. Теперь среднее, установившееся для данной частоты f к коммутации, значение тока возбуждения может быть найдено из выражения:

I в ср = U г ср /R в = U г ср /(R w +τ р R д) = U г ср /(R w + R д t р /f к),
где R в - среднеарифметическое (эффективное) значение пульсирующего сопротивления в цепи возбуждения, которое при увеличении относительного времени τ р разомкнутого состояния контакта К также увеличивается (зеленая линия на рис. 4).

Рис. 4. Скоростные характеристики генератора.

Процессы при коммутациях с током возбуждения

Рассмотрим более подробно, что происходит при коммутациях с током возбуждения. Когда контакт К длительно замкнут, по обмотке W в возбуждения протекает максимальный ток возбуждения I в = U г /R w .

Однако обмотка возбуждения W в генератора представляет собой электропроводную катушку с большой индуктивностью и с массивным ферромагнитным сердечником. Как следствие, ток через обмотку возбуждения после замыкания контакта К нарастает с замедлением. Это происходит потому, что скорости нарастания тока препятствует гистерезис в сердечнике и противодействующая нарастающему току - ЭДС самоиндукции катушки.

При размыкании контакта К ток возбуждения стремится к минимальной величине, значение которой при длительно разомкнутом контакте определяется как I в = U г /(R w + R д). Теперь ЭДС самоиндукции совпадает по направлению с убывающим током и несколько продлевает процесс его убывания.

Из сказанного следует, что ток в обмотке возбуждения не может изменяться мгновенно (скачкообразно, как дополнительное сопротивление R д) ни при замыкании, ни при размыкании цепи возбуждения. Более того, при высокой частоте вибрации контакта К ток возбуждения может не достигать своей максимальной или минимальной величины, приближаясь к своему среднему значению (рис. 4), так как величина t р = τ р /f к увеличивается с увеличением частоты f к коммутации, а абсолютное время t з замкнутого состояния контакта К уменьшается.

Из совместного рассмотрения диаграмм, показанных на рис. 3 и рис. 4, вытекает, что среднее значение тока возбуждения (красная линия б на рис. 3 и рис. 4) при повышении оборотов n уменьшается, так как при этом увеличивается среднеарифметическая величина (зеленая линия на рис. 3 и рис. 4) суммарного, пульсирующего во времени, сопротивления R в цепи возбуждения (закон Ома). При этом среднее значение напряжения генератора (U ср на рис. 3 и рис. 4) остается неизменным, а выходное напряжение U г генератора пульсирует в интервале от U max до U min .

Если же увеличивается нагрузка генератора, то регулируемое напряжение U г первоначально падает, при этом регулятор напряжения увеличивает ток в обмотке возбуждения настолько, что напряжение генератора обратно повышается до первоначального значения.

Таким образом, при изменении тока нагрузки генератора (β = V ar) процессы регулирования в регуляторе напряжения протекают так же, как и при изменении частоты вращения ротора.

Пульсации регулируемого напряжения . При постоянной частоте n вращения ротора генератора и при постоянной его нагрузке рабочие пульсации тока возбуждения (ΔI в на рис. 46) наводят соответствующие (по времени) пульсации регулируемого напряжения генератора.

Амплитуда пульсаций ΔU г - 0,5(U max - U min)* регулятора напряжения U г от амплитуды тоновых пульсаций ΔI в в обмотке возбуждения не зависит, так как определяется заданным с помощью измерительного элемента регулятора интервалом регулирования. Поэтому пульсации напряжения U г на всех частотах вращения ротора генератора практически одинаковы. Однако скорость нарастания и спада напряжения U г в интервале регулирования определяется скоростью нарастания и спада тока возбуждения и, в конечном счете, частотой вращения (n) ротора генератора.

* Следует заметить, что пульсации 2ΔU г являются неизбежным и вредным побочным проявлением работы регулятора напряжения. В современных генераторах они замыкаются на массу шунтирующим конденсатором Сш, который устанавливается между плюсовой клеммой генератора и корпусом (обычно Сш = 2,2 мкФ)

Когда нагрузка генератора и частота вращения его ротора не изменяются, частота вибрации контакта К также неизменна (f к = I/(t з + t р) = const). При этом напряжение U г генератора пульсирует с амплитудой ΔU р = 0,5(U max - U min) около своего среднего значения U ср.

При изменении частоты вращения ротора, например, в сторону увеличения или при уменьшении нагрузки генератора, время t з замкнутого состояния становится меньше времени t р разомкнутого состояния (t з

При уменьшении частоты ротора генератора (n↓), или при увеличении нагрузки (β), среднее значение тока возбуждения и его пульсации будут расти. Но напряжение генератора будет попрежнему колебаться с амплитудой ΔU г вокруг неизменной величины U г ср.

Постоянство среднего значения напряжения U г генератора объясняется тем, что оно определяется не режимом работы генератора, а конструктивными параметрами электромагнитного реле: числом витков W s релейной обмотки S, ее сопротивлением R s , величиной воздушного зазора σ между якорем N и ярмом М, а также силой F п возвратной пружины П, т.е. величина U ср есть функция четырех переменных: U ср = f(W s , R s , σ, F п).

Электромагнитное реле с помощью подгиба опоры возвратной пружины П настраивается на величину U ср таким образом, чтобы на нижней частоте вращения ротора (n = n min - рис. 3 и рис. 4) контакт К начинал бы размыкаться, а ток возбуждения успевал бы достигать своего максимального значения I в = U г /R w . Тогда пульсации ΔI в и время t з, замкнутого состояния - максимальны. Этим устанавливается нижний предел рабочего диапазона регулятора (n = n min). На средних частотах вращения ротора время t з примерно равно времени t р, и пульсации тока возбуждения становятся почти в два раза меньше. На частоте вращения n, близкой к максимальной (n = n max - рис. 3 и рис. 4), среднее значение тока I в и его пульсации ΔI в - минимальны. При n max происходит срыв автоколебаний регулятора и напряжение U г генератора начинает возрастать пропорционально оборотам ротора. Верхний предел рабочего диапазона регулятора задается величиной дополнительного сопротивления (при определенной величине сопротивления R w).

Выводы . Вышесказанное о дискретно-импульсном регулировании можно обобщить следующим образом: после пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с повышением его оборотов, наступает такой момент, когда напряжение генератора достигает верхнего предела регулирования (U г = U max). В этот момент (n = n min) в регуляторе напряжения размыкается коммутирующий элемент КЭ и сопротивление в цепи возбуждения скачкообразно увеличивается. Это приводит к уменьшению тока возбуждения и, как следствие, к соответствующему падению напряжения U г генератора. Падение напряжения U г ниже минимального предела регулирования (U г = U min) приводит к обратному замыканию коммутирующего элемента КЭ и ток возбуждения начинает снова возрастать. Далее, с этого момента, регулятор напряжения входит в режим автоколебаний и процесс коммутации тока в обмотке возбуждения генератора периодически повторяется, даже при постоянной частоте вращения ротора генератора (n = const).

При дальнейшем увеличении частоты вращения n, пропорционально ей, начинает уменьшаться время t з замкнутого состояния коммутирующего элемента КЭ, что приводит к плавному уменьшению (в соответствии с ростом частоты n) среднего значения тока возбуждения (красная линия на рис. 3 и рис. 4) и амплитуды ΔI в его пульсации. Благодаря этому напряжение U г генератора начинает также пульсировать, но с постоянной амплитудой ΔU г около своего среднего значения (U г = U ср) с достаточно высокой частотой колебаний.

Те же процессы коммутации тока I в и пульсации напряжения U г, будут иметь место и при изменении тока нагрузки генератора (см. формулу 3).

В обоих случаях среднее значение напряжения U г генератора остается неизменным во всем диапазоне работы регулятора напряжения по частоте n (U г ср = const, от n min до n max) и при изменении тока нагрузки генератора от I г = 0 до I г = max.

В сказанном заключается основной принцип регулирования напряжения генератора с помощью прерывистого изменения тока в его обмотке возбуждения.

Электронные регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Рассмотренный выше вибрационный регулятор напряжения (ВРН) с электромагнитным реле (ЭМ-реле) имеет ряд существенных недостатков:

как механический вибратор ВРН ненадежен;
контакт К в ЭМ-реле подгорает, что делает регулятор недолговечным;
параметры ВРН зависят от температуры (среднее значение U ср рабочего напряжения U г генератора плавает);
ВРН не может работать в режиме полного обесточивания обмотки возбуждения, что делает его низкочувствительным к изменению выходного напряжения генератора (высокие пульсации напряжения U г) и ограничивает верхнии предел работы регулятора напряжения;
электромеханический контакт К электромагнитного реле ограничивает величину максимального тока возбуждения до значений 2...3 А, что не позволяет применять вибрационные регуляторы на современных мощных генераторах переменного тока.

С появлением полупроводниковых приборов контакт К ЭМ-реле стало возможным заменить эмиттерно-коллекторным переходом мощного транзистора с его управлением по базе тем же контактом К ЭМ-реле.

Так появились первые контактно-транзисторные регуляторы напряжения. В дальнейшем функции электромагнитного реле (СУ, КЭ, УЭ) были полностью реализованы с помощью низкоуровневых (малоточных) электронных схем на полупроводниковых приборах. Это позволило изготавливать чисто электронные (полупроводниковые) регуляторы напряжения.

Особенностью работы электронного регулятора (ЭРН) является то, что в нем отсутствует дополнительный резистор R д, т.е. в цепи возбуждения реализуется практически полное выключение тока в обмотке возбуждения генератора, так как коммутирующий элемент (транзистор) в закрытом (разомкнутом) состоянии имеет достаточно большое сопротивление. При этом становится возможным управление более значительным током возбуждения и с более высокой скоростью коммутации. При таком дискретно-импульсном управлении ток возбуждения имеет импульсный характер, что позволяет управлять как частотой импульсов тока, так и их длительностью. Однако основная функция ЭРН (поддержание постоянства напряжения U г при n = Var и при β = Var) остается такой же, как и в ВРН.

С освоением микроэлектронной технологии регуляторы напряжения сначала стали выпускаться в гибридном исполнении, при котором бескорпусные полупроводниковые приборы и навесные миниатюрные радиоэлементы включались в электронную схему регулятора вместе с толстопленочными микроэлектронными резистивными элементами. Это позволило значительно уменьшить массу и габариты регулятора напряжения.

Примером такого электронного регулятора напряжения может служить гибридно-интегральный регулятор Я-112А, который устанавливается на современных отечественных генераторах.

Регулятор Я-112А (см. схему на рис. 5) является типичным представителем схемотехнического решения задачи дискретно-импульсного регулирования напряжения U г генератора по току I в возбуждения. Но в конструктивном и технологическом исполнении выпускаемые в настоящее время электронные регуляторы напряжения имеют значительные различия.

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора напряжения Я-112А: R1...R6 - толстопленочные резисторы: C1, С2 - навесные миниатюрные конденсаторы; V1...V6 - бескорпусные полупроводниковые диоды и транзисторы.

Что касается исполнения регулятора Я-112А, все его полупроводниковые диоды и триоды бескорпусные и смонтированы по гибридной технологии на общей керамической подложке совместно с пассивными толстопленочными элементами. Весь блок регулятора герметичен.

Регулятор Я-112А, как и описанный выше вибрационный регулятор напряжения, работает в прерывистом (ключевом) режиме, когда управление током возбуждения не аналоговое, а дискретно-импульсное.

Принцип работы регулятора напряжения Я-112А автомобильных генераторов

Пока напряжение U г генератора не превышает наперед заданного значения, выходной каскад V4-V5 находится в постоянно открытом состоянии и ток I в обмотки возбуждения напрямую зависит от напряжения U г генератора (участок 0-n на рис. 3 и рис. 4). По мере увеличения оборотов генератора или уменьшения его нагрузки U г становится выше порога срабатывания чувствительной входной схемы (V1, R1-R2), стабилитрон пробивается и через усилительный транзистор V2 выходной каскад V4-V5 закрывается. При этом ток I в в катушке возбуждения выключается до тех пор, пока U г снова станет меньше заданного значения U min . Таким образом, при работе регулятора ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения прерывисто, изменяясь от I в = 0 до I в = I max . При отсечке тока возбуждения напряжение генератора сразу не падает, так как имеет место инерционность размагничивания ротора. Оно может даже несколько увеличиться при мгновенном уменьшении тока нагрузки генератора. Инерционность магнитных процессов в роторе и ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения исключают скачкообразное изменение напряжение генератора как при включении тока возбуждения, так и при его выключении. Таким образом, пилообразная пульсация напряжения U г генератора остается и при электронном регулировании.

Логика построения принципиальной схемы электронного регулятора следующая. V1 - стабилитрон с делителем R1, R2 образуют входную цепь отсечки тока I в при U г > 14,5 В; транзистор V2 управляет выходным каскадом; V3 - запирающий диод на входе выходного каскада; V4, V5 - мощные транзисторы выходного каскада (составной транзистор), включенные последовательно с обмоткой возбуждения (коммутирующий элемент КЭ для тока I в); V6 шунтирующий диод для ограничения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения; R4, C1, R3 цепочка обратной связи, ускоряющая процесс отсечки тока I в возбуждения.

Еще более совершенным регулятором напряжения является электронный регулятор в интегральном исполнении. Это такое исполнение, при котором все его компоненты, кроме мощного выходного каскада (обычно это составной транзистор), реализованы с помощью тонкопленочной микроэлектронной технологии. Эти регуляторы настолько миниатюрны, что практически не занимают никакого объема и могут устанавливаться непосредственно на корпусе генератора в щеткодержателе.

Примером конструктивного исполнения ИРН может служить регулятор фирмы BOSCH-EL14V4C, который устанавливается на генераторах переменного тока мощностью до 1 кВт (рис. 6).

В зависимости от устройства и принципа работы реле-регуляторы напряжения генератора в автомобиле делятся на несколько видов: встроенные, внешние, трехуровневые и другие. Теоретически такой прибор можно сделать и самостоятельно, самый простой в плане реализации и дешевый вариант - использовать шунтирующее устройство.

[ Скрыть ]

Назначение реле-регулятора

Реле-регулятор напряжения генератора предназначен для стабилизации тока в установке. При функционировании двигателя вольтаж в электрической системе автомобиля должен быть на одном уровне. Но поскольку коленвал вращается с разной скоростью и обороты мотора неодинаковы, генераторный узел вырабатывает разное напряжение. Без регулировки этого параметра могут произойти сбои в функционировании электрооборудования и приборов машины.

Взаимосвязь источников тока авто

В любом автомобиле используется два источника питания:

Аккумуляторная батарея — требуется для запуска силового агрегата и первичного возбуждения генераторной установки. АКБ расходует и накапливает энергию при подзарядке.
Генератор. Предназначен для питания и нужен для того, чтобы генерировать энергию независимо от оборотов. Устройство позволяет восполнить заряд батареи при работе на повышенных оборотах.

В любой электросети оба узла должны быть рабочими. Если генератор постоянного тока выходит из строя, аккумулятор проработает не более двух часов. Без АКБ не заведется силовой агрегат, который приводит в движение ротор генераторной установки.

Канал «LR West» рассказал о неисправностях электросетей в автомобилях Лэнд Ровер, а также о взаимосвязи АКБ и генераторов.

Задачи регулятора напряжения

Задачи, которые выполняет электронное регулируемое устройство:

изменение значения тока в обмотке возбуждения;
возможность выдержать диапазон от 13,5 до 14,5 вольт в электросети, а также на клеммных выводах АКБ;
отключение питания обмотки возбуждения при выключенном силовом агрегате;
функция подзарядки аккумулятора.

«Народный автоканал» подробно рассказал о назначении, а также о задачах, которые выполняет регуляторное устройство напряжения в авто.

Разновидности реле-регуляторов

Есть несколько видов автомобильных реле-регуляторов:

внешние — этот тип реле позволяет увеличить ремонтопригодность генераторного узла;
встроенные — устанавливаются в пластину выпрямительного устройства либо щеточный узел;
изменяющиеся по минусу — оснащаются дополнительным кабелем;
регулирующиеся по плюсу — характеризуются более экономичной схемой подключения;
для установки в агрегаты переменного тока — напряжение не может регулироваться при подаче на обмотку возбуждения, поскольку она установлена в генератор;
для устройств постоянного тока — реле-регуляторы имеют функцию отсечения аккумулятора при незапущенном двигателе;
двухуровневые реле — сегодня практически не используются, в них регулировка осуществляется пружинками и рычажком;
трехуровневые — оснащаются схемой сравнивающего модуля, а также сигнализатором согласования;
многоуровневые — оборудуются 3-5 добавочными резисторными элементами, а также системой контроля;
транзисторные образцы — на современных транспортных средствах не применяются;
релейные устройства — характеризуются более улучшенной обратной связью;
релейно-транзисторные — обладают универсальной схемой;
микропроцессорные реле — характеризуются небольшими размерами, а также возможностью плавного изменения нижнего либо верхнего порога срабатывания;
интегральные — устанавливаются в держатели щеток, поэтому при их износе меняются.

Реле-регуляторы постоянного тока

В таких агрегатах схема подключения выглядит более сложной. Если машина стоит и двигатель не запущен, генераторный узел должен быть отключен от аккумулятора.

При выполнении испытания реле необходимо удостовериться в наличии трех опций:

отсечка батареи при стоянке транспортного средства;
ограничение максимального параметра тока на выходе агрегата;
возможность изменения параметра напряжения для обмотки.

Реле-регуляторы переменного тока

Такие устройства характеризуются более упрощенной схемой проверки. Автовладельцу необходимо произвести диагностику величины напряжения на обмотке возбуждения, а также на выходе агрегата.

Если в автомобиле установлен генератор переменного тока, то запустить двигатель «с толкача» не получится, в отличие от агрегата постоянного тока.

Встроенные и внешние реле-регуляторы

Процедура изменения величины напряжения производится устройством в определенном месте монтажа. Соответственно, встроенные регуляторы осуществляют воздействие на генераторный узел. А внешний тип реле не связан с ним и может подключаться к катушке зажигания, тогда его работа будет направлена только на изменение напряжения на данном участке. Поэтому перед выполнением диагностики автовладелец должен убедиться, что деталь подключена правильно.

Канал «Sovering TVi» подробно рассказал о предназначении, а также принципе действия данного типа устройств.

Двухуровневые

Принцип действия таких устройств заключается в следующем:

Ток проходит через реле.
В результате образования магнитного поля рычаг притягивается.
В качестве сравнивающего элемента используется пружинка, обладающая конкретным усилием.
Когда напряжение увеличивается, контактные элементы размыкаются.
На обмотку возбуждения подается меньший ток.

В автомобилях ВАЗ для регулирования ранее использовались механические двухуровневые устройства. Главный недостаток заключался в быстром износе конструктивных компонентов. Поэтому вместо механических на эти модели машин стали устанавливать электронные регуляторы.

В основе таких деталей использовались:

делители напряжения, которые собирались из резисторных элементов;
в качестве задающей детали применялся стабилитрон.

Из-за сложной схемы подключения и неэффективного контроля уровня напряжения такой тип устройств стал использоваться реже.

Трехуровневые

Данный тип регуляторов, как и многоуровневые, являются более усовершенствованными:

Напряжение подается с генераторного устройства на специальную схему и проходит через делитель.
Полученные данные обрабатываются, фактический уровень напряжения сравнивается с минимальным и максимальным значением.
Импульс рассогласования изменяет параметр тока, который подается на обмотку возбуждения.

Трехуровневые устройства с частотной модуляцией не имеют сопротивлений, но частота срабатывания электронного ключа в них выше. Для управления применяются специальные логические схемы.

Управление по минусу и плюсу

Схемы по отрицательному и положительному контактам отличаются только подсоединением:

при установке в разрыв плюса одна щетка соединяется с массой, а вторая идет на клемму реле;
если реле устанавливается в разрыв минуса, то один щеточный элемент должен быть подключен к плюсу, а второй — непосредственно на реле.

Но во втором случае появится еще один кабель. Это связано с тем, что данные модули реле относятся к классу приспособлений активного типа. Для его функционирования потребуется отдельное питание, поэтому плюс подключается индивидуально.

Фотогалерея «Виды реле-регулятора напряжения генератора»

В данном разделе представлены фото некоторых видов устройства.

Выносной тип устройств Встроенный регулятор Транзисторно-релейный тип Интегральное устройство Устройство для генератора постоянного тока Регулирующее устройство переменного тока Двухуровневый тип устройств Трехуровневый регулирующий прибор

Принцип работы реле-регулятора

Наличие встроенного резисторного устройства, а также специальных схем обеспечивает возможность регулятора сравнивать параметр напряжения, которое вырабатывает генератор. Если значение слишком высокое, то регулятор отключается. Это позволяет не допустить перезаряда АКБ и выхода из строя электрооборудования, которое питается от сети. Неполадки в работе устройства приведут к поломке аккумулятора.

Переключатель зима и лето

Генераторное устройство работает стабильно независимо от температуры окружающей среды и сезона. Когда его шкив приводится в движение, происходит выработка тока. Но в холодное время года внутренние конструктивные элементы батареи могут примерзать. Поэтому заряд АКБ восстанавливается хуже, чем в жару.

Переключатель для изменения сезона работы располагается на корпусе реле. Некоторые модели оснащаются специальными разъемами, их надо найти и подсоединить провода в соответствии со схемой и обозначениями, нанесенными на них. Сам переключатель представляет собой устройство, благодаря которому уровень напряжения на выводах батареи можно увеличить до 15 вольт.

Как снимать реле-регулятор?

Снятие реле допускается только после отключения клемм от АКБ.

Чтобы произвести демонтаж устройства своими руками, потребуется отвертка с крестовым или плоским наконечником. Все зависит от болта, который крепит регулятор. Генераторный узел, а также приводной ремень демонтировать не нужно. От регулятора отсоединяется кабель и выкручивается болт, который его крепит.

Пользователь Виктор Николаевич подробно рассказал о демонтаже регуляторного механизма и его последующей замене на авто.

Признаки неисправности

«Симптомы», в результате которых потребуется проверить или произвести ремонт регуляторного устройства:

при активации зажигания на контрольном щитке появляется световой индикатор разряженного аккумулятора;
значок на приборной панели не пропадает после запуска двигателя;
яркость свечения оптики может быть слишком низкой и увеличиваться при повышении оборотов коленвала и нажатии на педаль газа;
силовой агрегат машины с трудом запускается с первого раза;
АКБ автомобиля часто разряжается;
при увеличении числа оборотов ДВС более двух тысяч в минуту лампочки на контрольном щитке отключаются автоматически;
динамические свойства транспортного средства снижаются, что особенно явно проявляется на повышенных оборотах коленвала;
возможно закипание аккумулятора.

Возможные причины неисправностей и последствия

Необходимость ремонта реле-регулятора напряжения генератора возникнет при таких проблемах:

межвитковое замыкание обмоточного устройства;
короткое замыкание в электроцепи;
поломка выпрямительного элемента в результате пробоя диодов;
ошибки, допущенные при подключении генераторного агрегата к выводам АКБ, переплюсовка;
попадание воды или другой жидкости внутрь корпуса регуляторного устройства, к примеру, в высокую влажность на улице или при мойке авто;
механические неисправности устройства;
естественный износ элементов конструкции, в частности, щеток;
низкое качество использующегося устройства.

В результате неисправности последствия могут быть серьезными:

Высокое напряжение в электросети автомобиля приведет к поломке электрооборудования. Из строя может выйти микропроцессорный блок управления машиной. Поэтому не допускается отключение клеммных зажимов АКБ при запущенном силовом агрегате.
Перегрев обмоточного устройства в результате внутреннего замыкания. Ремонт будет дорогостоящим.
Поломка щеточного механизма приведет к неисправности генераторного агрегата. Узел может заклинить, возможен обрыв приводного ремешка.

Пользователь Сникерсон рассказал о диагностике регуляторного механизма, а также о причинах его выхода из строя на автомобилях.

Диагностика реле-регулятора

Проверять работу регуляторного устройства необходимо с помощью тестера — мультиметра. Его предварительно надо настроить в режим вольтметра.

Встроенного

Данный механизм обычно встроен в щеточный узел генераторного агрегата, поэтому потребуется уровневая диагностика устройства.

Проверка выполняется так:

Производится демонтаж защитной крышки. С помощью отвертки или гаечного ключа ослабляется щеточный узел, его необходимо вывести наружу.
Проверяется износ щеточных элементов. Если их длина составляет менее 5 мм, то замена производится обязательно.
Проверка генераторного устройства с использованием мультиметра выполняется вместе с АКБ.
Отрицательный кабель от источника тока замыкается на соответствующую пластину регуляторного устройства.
Положительный контакт от зарядного оборудования либо аккумулятора соединяется с таким же выходом на разъеме реле.
Затем мультиметр выставляется в рабочий диапазон от 0 до 20 вольт. Щупы устройства соединяются со щетками.

В рабочем диапазоне от 12,8 до 14,5 вольт между щеточными элементами должно быть напряжение. Если параметр увеличивается более чем на 14,5 В, то стрелка тестера должна упасть на ноль.

При диагностике встроенного реле-регулятора напряжения генератора допускается применение контрольной лампочки. Источник освещения должен включаться при определенном интервале напряжения и гаснуть, если этот параметр увеличивается больше необходимого значения.

Кабель, который управляет тахометром, надо прозвонить посредством тестера. На дизельных автомобилях этот проводник обозначается W. Уровень сопротивления провода должен составить примерно 10 Ом. Если этот параметр падает, это говорит о том, что проводник пробит и требует замены.

Выносного

Метод диагностики такого типа устройств осуществляется аналогично. Единственное отличие заключается в том, что реле-регулятор не требуется снимать и извлекать из корпуса генераторного агрегата. Произвести диагностику устройства можно при запущенном силовом агрегате, меняя обороты коленчатого вала с низких на средние и на высокие. При повышении их числа необходимо активировать оптику, в частности, дальнее освещение, а также магнитолу, печку и другие потребители.

Канал «AvtotechLife» рассказал о самостоятельной диагностике регуляторного устройства, а также об особенностях выполнения этой задачи.

Самостоятельное подключение реле-регулятора в бортовую сеть генератора (пошаговая инструкция)

При установке нового регуляторного устройства надо учесть следующие моменты:

Перед выполнением задачи обязательно производится диагностика целостности, а также надежности контактов. Речь идет о кабеле, идущем от кузова транспортного средства к корпусу генераторной установки.
Затем выполняется подключение клеммного зажима Б регуляторного элемента к положительному контакту генераторного агрегата.
При выполнении соединения скрутки проводов использовать не рекомендуется. Они греются и становятся непригодными через год эксплуатации. Следует применять пайку.
Штатный проводник рекомендуется заменить проводом, сечение которого составляет не меньше 6 мм2. Особенно если вместо заводского генератора устанавливается новый, который рассчитан на работу в условиях тока выше 60 А.
Наличие амперметра в цепи генератор-АКБ позволяет определить мощность источников питания в конкретное время.

Схема подключения регулятора выносного

Схема подключения выносного типа устройств

Данное устройство устанавливается после того, как будет определен провод, в разрыв которого он подключится:

В старых версиях Газелей и РАФ применяются механизмы 13.3702. Они выполнены в металлическом или полимерном корпусе и оснащаются двумя контактными элементами и щетками. Их рекомендуется подключать в отрицательный разрыв цепи, выходы обычно обозначены. Положительный контакт берется с катушки зажигания. А выход Ш реле подключается к свободному контакту на щетках.
В автомобилях ВАЗ используются устройства 121.3702 в черном либо белом корпусе, есть также двойные модификации. В последних при поломке одной из деталей второй регулятор останется рабочим, но на него надо переключиться. Устройство устанавливается в разрыв положительной цепи клеммой 15 к контакту катушки Б-ВК. Со щетками соединяется проводник под номером 67.

В более новых версиях ВАЗ реле устанавливаются в щеточный механизм и соединяются с выключателем зажигания. Если автовладельцем производится замена штатного агрегата на узел переменного тока, то подключение должно выполняться с учетом нюансов.

Подробнее о них:

Необходимость фиксации агрегата к корпусу транспортного средства определяется автовладельцем самостоятельно.
Вместо плюсового выхода здесь используется контакт В либо В+. Он должен быть подключен к электросети авто через амперметр.
Выносной тип устройств в таких авто обычно не применяется, а встроенные регуляторы уже интегрированы в щеточный механизм. От него идет один кабель, обозначающийся как D или D+. Он должен подключаться к выключателю зажигания.

В автомобилях с дизельными двигателями генераторный узел может оснащаться выходом W — он подключается к тахометру. Этот контакт можно игнорировать, если агрегат ставится на бензиновую модификацию авто.

Пользователь Николай Пуртов подробно рассказал об установке и подключении выносного типа устройств на автомобиль.

Проверка подключения

Мотор обязательно должен запускаться. А уровень напряжения в электросети авто будет контролироваться в зависимости от количества оборотов.

Возможно, после монтажа и подключения нового генераторного устройства автовладелец столкнется с трудностями:

при активации силового агрегата генераторный узел запускается, замер величины напряжения производится на любых оборотах;
а после отключения зажигания мотор транспортного средства работает и не глушится.

Решить проблему можно путем отключения кабеля возбуждения, только после этого двигатель остановится.

Глушение мотора может произойти при отпускании сцепления с нажатием на педаль тормоза. Причина неисправности заключается в остаточной намагниченности, а также постоянном самовозбуждении обмотки агрегата.

Чтобы не столкнуться с такой проблемой в дальнейшем, в разрыв возбуждающего кабеля можно добавить источник освещения:

лампочка будет гореть при отключенном генераторе;
когда происходит запуск агрегата, индикатор тухнет;
величина тока, которая проходит через источник освещения, будет недостаточной для возбуждения обмотки.

Канал «Altevaa TV» рассказал о проверке подключения регуляторного устройства после подсоединения в 6-вольтовую сеть мотоцикла.

Советы по увеличению срока службы реле-регулятора

Чтобы не допустить быстрого выхода из строя регуляторного устройства, необходимо придерживаться нескольких правил:

Нельзя допускать сильного загрязнения генераторной установки. Время от времени следует выполнять визуальную диагностику состояния устройства. При серьезных загрязнениях производится снятие агрегата и его очистка.
Периодически следует проверять натяжение приводного ремешка. Если потребуется, производится его натяжка.
Рекомендуется следить за состоянием обмоток генераторного агрегата. Нельзя допускать их потемнения.
Надо проверять качество контакта на управляющем кабеле регуляторного механизма. Не допускается наличие окислений. При их появлении производится очистка проводника.
Периодически следует диагностировать уровень напряжения в электросети авто с заведенным и заглушенным двигателем.

Сколько стоит реле-регулятор?

Стоимость устройства зависит от производителя и типа регулятора.

Можно ли сделать регулятор своими руками?

Пример рассмотрен на регуляторном механизме для скутера. Основной нюанс заключается в том, что для корректной работы потребуется разбор генераторного агрегата. Отдельным проводником необходимо вывести кабель массы. Сборка устройства осуществляется по схеме однофазного генератора.

Алгоритм действий:

Выполняется разбор генераторного агрегата, с мотора скутера снимается статорный элемент.
Слева вокруг обмоток располагается масса, ее надо выпаять.
Вместо нее производится пайка отдельного кабеля для обмотки. Затем данный контакт выводится наружу. Этот проводник будет одним концом обмотки.
Выполняется обратная сборка генераторного устройства. Эти манипуляции осуществляются для того, чтобы с агрегата выходило два кабеля. Они будут использоваться.
Затем к полученным контактам выполняется подсоединение шунтирующего устройства. На завершающем этапе к положительной клемме аккумулятора подключается желтый кабель от старого реле.

Видео «Наглядное руководство по сборке самодельного регулятора»

Пользователь Андрей Чернов наглядно показал, как самостоятельно сделать реле для генераторного агрегата автомобиля ВАЗ 2104.

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.

В некоторых вариантах исполнения плата заливается компаундом, что еще больше повышает защитные свойства, продлевает срок службы при эксплуатации в самых тяжелых условиях.

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.

Как правило, в подобных устройствах используют электронный элемент, созданный в едином корпусе и даже на одном кремниевом кристалле.

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.

Современные регуляторы – это более сложные устройства. Они отличаются повышенной точностью контроля и стабилизации напряжения генератора. Их создают в герметичных корпусах, заливают компаундными смесями, которые после застывания создают надежную защиту от проникновения влаги, других внешних воздействий. Эти конструкции являются неразборными, поэтому при поломке их заменяют полностью.

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.

Если ускорение вращения ротора генератора никак не влияет на уровень напряжения, то возможна поломка регулятора.

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.