Электронный регулятор напряжения

Электромеханические и электронные регуляторы напряжения, применяемые на автомобилях, имеют весьма существенный недостаток, заключающийся в том, что они поддерживают напряжение в заданных пределах только на зажимах регулятора. Поэтому, несмотря на исправность регулятора, напряжение в бортовой сети автомобиля может значительно превышать заданную величину.

Поясним, почему это происходит.

На рис. 1 показана стандартная схема подключения регулятора напряжения на автомобиле, где GB — аккумулятор; РН—регулятор напряжения; ОВ — обмотка возбуждения генератора; R — резистор, сопротивление которого равно сумме, переходных сопротивлений контактов в, выключателе зажигания, держателя предохранителя, соединительных проводов и других элементов цепи между аккумулятором и регулятором; RH — нагрузка, создаваемая катушкой зажигания и прерывателем указателей поворота; I и — суммарный ток катушки зажигания и прерывателя указателей поворота; Iов — ток обмотки возбуждения генератора; I—суммарный ток в цепи питания регулятора.

Как видно из рис . 1, через резистор R протекает ток I, являющийся суммарным током обмотки возбуждения, катушки зажигания и прерывателя указателей поворота. Сила этого тока обычно равна 5—6 А. Допустим, что регулятор является идеальным и напряжение на его зажимах поддерживается в точности равным 14 В. Однако, как следует из рис. 1, напряжение на аккумуляторе GB будет всегда больше этого напряжения на величину

∆U — падения напряжения на резисторе R. Допустим, что сопротивление резистора R равно 0,2 Ом. Тогда при силе тока I = 5А падение напряжения на нем составит:

∆U = R 1 = 0,2x 5 = 1,0 В.

и напряжение на аккумуляторе будет равно:

E = U_рег + ∆U = 14 + 1,0 = 15В.

Таким образом, напряжение в бортовой электросети, автомобиля будет отличаться от напряжения на зажимах регулятора на величину падения напряжения на сопротивлении цепи между регулятором и аккумулятором. Обычно в исправном автомобиле это сопротивление не превышает 0,05—0,10 Ом. Однако в процессе эксплуатации, вследствие окисления и обгорания контактов в выключателе зажигания, ослабления пружин держателя предохранителя и других факторов, оно может возрасти до 0,2—0,3 Ом. Это вызовет повышение напряжения в бортовой сети на 1—1,5 В. Следует иметь в виду, что повышение напряжения в бортовой электросети всего на 10—12% относительно оптимального сокращает срок службы аккумулятора и ламп в 2—2,5 раза.

Описываемый регулятор свободен от указанного недостатка. Особенностью его является наличие специального вывода, подключаемого непосредственно к аккумулятору, что устраняет влияние переходных сопротивлений и нагрузок в силовой цепи регулятора.

Регулятор РН-3 предназначен для работы с генератором переменного тока типа Г250, устанавливаемым, в частности, на автомобилях Москвич. По установочным и подсоединительным размерам регулятор РН-3 взаимозаменяем со стандартным реле-регулятором РР 362. Подключение регулятора на автомобиле производится в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.

Регулятор РН-3 может быть применен и на автомобилях других типов, оборудованных генераторами переменного тока, если сила тока обмотки возбуждения не превышает 3,2 А.

Уровень регулируемого напряжения при совместной работе регулятора с генератором и аккумулятором при температуре +25 ± 10° С , частоте вращения ротора генератора 3000 ± 150 об/мин и силе тока нагрузки 14 ± ± 1 А находится в пределах 13,9—14,1 В.

При изменениях температуры окружающего воздуха от —20 до +65° С , частоты вращения ротора генератора от 2500 до 10 500 об/мин и силы тока нагрузки от минимального значения до 28 А уровень регулируемого напряжения находится в пределах 13,8—14,2 В.

Падение напряжения внутри регулятора между клеммами ВЗ и Ш при токе возбуждения 2,5А и напряжении 12,5 В в холодном состоянии регулятора при температуре окружающего воздуха + 25 ± 10° С не превышает 1,8 В,

Ток, потребляемый регулятором при отключенной клемме ВЗ, не более 0,5 мА, а ток через обмотку возбуждения генератора при отключенном выводе + регулятора — не более 2,5 мА.

Габариты регулятора РН-3 94 X 100 X 63 мм, масса 360 г.

Регулятор состоит из измерительного порогового устройства с фильтром нижних частот на стабилитроне V7, диоде V8, резисторах R1—R3 и конденсаторе С 1 ; усилителя постоянного тока на транзисторах V4—V6, нагрузкой которого является обмотка возбуждения генератора, и ключевого устройства на транзисторах V1—V3.

Транзисторный ключ V1 служит для отключения измерительного устройства от аккумулятора при выключении зажигания.

Транзисторный ключ V3 разрывает цепь положительной обратной связи усилителя постоянного тока при обрыве вывода + регулятора при включенном зажигании. В этом случае транзисторы V5, V6-закрываются и обесточивается обмотка возбуждения ОВ, что устраняет возможность возникновения аварийной ситуации в системе при случайном обрыве вывода + регулятора.

Транзистор V2 обеспечивает развязку измерительной и силовой цепей регулятора.

Регулятор работает следующим образом. Когда выключатель зажигания S1 разомкнут, транзистор V2 закрыт. Следовательно, транзисторы V1 и V3 тоже закрыты, так как первый из них открывается током коллектора транзистора V2, а второй — током коллектора транзистора V1. По цепи вывода + регулятора при этом протекает начальный ток запертого транзистора V1, не превышающий 0,5 мА.

При включении зажигания выключателем S1 на зажим регулятора ВЗ подается полное напряжение питания. Транзисторы V1, V2, V3 открываются.

Через открытый транзистор V1 измерительное пороговое устройство и резистор R5 подключаются к плюсовому выводу аккумулятора, а через транзистор V3 создается цепь положительной обратной связи.

До тех пор пока напряжение на зажимах аккумулятора (напряжение, развиваемое генератором) меньше заданного, стабилитрон V7 и транзистор V4 закрыты, а транзисторы V5, V6 открыты. Обмотка возбуждения ОВ генератора через выключатель зажигания S1, диод V9 и переход эмиттер-коллектор открытого транзистора V6 подключена к плюсовому выводу аккумулятора G1 и генератор получает полное возбуждение. Вследствие этого напряжение, развиваемое генератором, увеличивается по мере увеличения частоты вращения его ротора или уменьшения тока нагрузки. Когда напряжение генератора достигает заданного уровня, определяемого коэффициентом деления делителя на резисторах Rl —R3, прямым падением напряжения в диоде V8 и напряжением стабилизации стабилитрона V7, транзистор V4 открывается. Его переход коллектор-эмиттер шунтирует базу транзистора V5, вследствие чего транзисторы V5 и V6 закрываются. Обмотка возбуждения генератора отключается от источника питания, полярность напряжений на ней изменяется, диод V10 открывается, и ток обмотки возбуждения начинает убывать, протекая через диод V10. Напряжение, развиваемое генератором, уменьшается. Когда ее величина становится меньше заданной, стабилитрон V7 и транзистор V4 снова закрываются, а транзисторы V5, V6 открываются, подключая обмотку возбуждения к источнику питания. Ток в обмотке возбуждения начинает увеличиваться и напряжение, развиваемое генератором, возрастает. Стабилитрон V7 и транзистор V4 опять открываются, и все повторяется сначала. Переключение транзисторов регулятора происходит с частотой 35—45 Гц, и напряжение в бортовой сети пульсирует около заданного значения с этой частотой и амплитудой около 0,1 В.

При изменении частоты вращения ротора генератора или изменении силы тока нагрузки изменяется частота и скважность переключения, транзисторов регулятора таким образом, что напряжение, развиваемое генератором, остается практически постоянным.

Конденсатор С 1 и резистор R1 образуют фильтр нижних частот, который сглаживает пульсации напряжения генератора и тем самым предотвращает переключение транзисторов регулятора с частотой пульсации генератора (до 5000 Гц). В последнем случае мощность, рассеиваемая в силовом транзисторе V6, сильно бы возрастала.

Диод V9 служит для надежного закрывания транзистора V6, когда транзистор V5 тоже закрыт.

Диод V8 обеспечивает компенсацию температурных изменений напряжения стабилизации стабилитрона V7.

Конденсаторы С 2 , С3 устраняют самовозбуждение усилителя постоянного тока.

Положительная обратная связь осуществляется через. резистор R11 и открытый переход коллектор-эмиттер транзистора V3 с коллектора транзистора V6 на базу транзистора V5. Когда транзистор V4 начинает закрываться, транзисторы V5 и V6 открываются. Напряжение на коллекторе транзистора V6 становится положительным, и ток через резистор R11 и базу транзистора V5 ускоряет процесс открывания транзисторов V5 и V6. Сопротивление резистора R5 в это время как бы уменьшается:. параллельно ему подключается резистор R11.

При открывании транзистора V4 транзисторы V5 и V6 начинают закрываться. Напряжение на коллекторе транзистора V6 и ток базы транзистора V5 через резистор R11 уменьшаются, что ускоряет процесс закрывания транзисторов V5 и V6.