Изучены 4 схемы твердотельного автомобильного регулятора генератора переменного тока

Четыре простых схемы автомобильного регулятора тока, описанные ниже, созданы как непосредственная альтернатива любому стандартному регулятору и, хотя и разработаны в основном для динамо-машины, они будут одинаково эффективно работать с генератором переменного тока.

Если проанализировать функционирование традиционного автомобильного регулятора напряжения генератора переменного тока, мы обнаружим удивление, что регуляторам такого типа часто доверяют так же, как и им.

В то время как большинство современных автомобилей оснащены твердотельными регуляторами напряжения для регулирования напряжения и тока на выходе генератора переменного тока, вы все еще можете найти бесчисленное количество более ранних автомобилей, в которых были установлены регуляторы напряжения электромеханического типа, которые оказались потенциально ненадежными.

Как работает электромеханический автомобильный регулятор

Стандартное функционирование электромеханического автомобильного регулятора напряжения генератора переменного тока описано ниже:

Когда двигатель находится в режиме холостого хода, динамо-машина начинает получать ток возбуждения через контрольную лампу зажигания.

В этом положении якорь динамо-машины остается неподключенным к батарее, поскольку ее выходная мощность меньше напряжения батареи, и батарея начинает разряжаться через нее.

Когда скорость двигателя начинает увеличиваться, выходное напряжение динамо-машины также начинает расти. Как только напряжение батареи превышает напряжение, включается реле, соединяющее якорь динамо-машины с батареей.

Это инициирует зарядку аккумулятора. В случае, если мощность динамо-машины возрастает еще больше, срабатывает дополнительное реле при напряжении около 14,5 В, которое отключает обмотку возбуждения динамо.

Ток возбуждения уменьшается, а выходное напряжение начинает падать вплоть до отключения этого реле. Реле в этот момент постоянно переключается в положение ВКЛ / ВЫКЛ, поддерживая выход динамо-машины на уровне 14,5 В.

Это предохраняет аккумулятор от перезарядки.

Также есть третье реле, в котором обмотка катушки включена последовательно с выходом динамо-машины, через которую проходит весь выходной ток динамо-машины.

Как только безопасный выходной ток динамо-машины становится опасно высоким, что может быть связано с чрезмерной разрядкой аккумулятора, эта обмотка активирует реле. Это реле теперь отсоединяет обмотку возбуждения динамо-машины.

Функция гарантирует, что только фундаментальная теория и конкретная схема предлагаемого автомобильного регулятора тока напряжения могут иметь разные характеристики в зависимости от конкретных габаритов автомобиля.

1) Использование силовых транзисторов

В указанной конструкции реле отключения заменено реле D5, которое смещается в обратном направлении, как только выходное напряжение динамо-машины падает ниже напряжения батареи.

В результате аккумулятор не может разрядиться в динамо-машину. Если зажигание включено, обмотка возбуждения динамо получает ток через контрольную лампу и Т1.

Диод D3 встроен во избежание прохождения тока из катушки возбуждения из-за пониженного сопротивления якоря генератора переменного тока. По мере увеличения скорости двигателя мощность динамо-машины пропорционально возрастает и начинает подавать свой собственный ток возбуждения посредством D3 и T1.

По мере того как напряжение на катодной стороне D3 увеличивается, сигнальная лампа постепенно гаснет, пока не погаснет.

Когда выходное напряжение динамо-машины достигает 13-14 В, аккумулятор снова начинает заряжаться. IC1 работает как компаратор напряжения, который отслеживает выходное напряжение динамо-машины.

Когда выходное напряжение динамо-машины увеличивается, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя сначала больше, чем на неинвертирующем входе, следовательно, на выходе IC остается низкий уровень, а T3 остается выключенным.

Как только выходное напряжение становится выше 5,6 В, инвертирующее входное напряжение регулируется и контролируется на этом уровне с помощью D4.

Когда выходное напряжение превышает указанный наивысший потенциал (установленный через P1), неинвертирующий вход IC1 становится выше, чем инвертирующий вход, в результате чего выход IC1 становится положительным. Это активирует T3. который отключает Т2 и Т1, подавляя ток в поле динамо.

Ток возбуждения динамо теперь спадает, и выходное напряжение начинает падать, пока компаратор не вернется обратно. R6 обеспечивает гистерезис в несколько сотен милливольт, который помогает схеме работать как импульсный стабилизатор. Т1 либо включается сильнее, либо отключается, так что рассеивается довольно низкая мощность.

На текущее регулирование влияет T4. Как только ток через R9 станет выше, чем выбранный наивысший уровень, падение напряжения вокруг него приведет к включению T4. Это увеличивает потенциал на неинвертирующем входе IC1 и изолирует ток динамо-поля.

Значение, выбранное для R9 (0,033 Ом / 20 Вт, состоящее из 10 резисторов 0,33 Ом / 2 Вт, включенных параллельно), подходит для получения оптимального выходного тока до 20 А. Если требуются более высокие выходные токи, значение R9 может быть уменьшенным соответствующим образом.

Выходное напряжение и ток устройства должны быть зафиксированы путем соответствующей настройки P1 и P2 в соответствии со стандартами оригинального регулятора. T1 и D5 должны быть установлены на радиаторах и должны быть строго изолированы от шасси.

2) Более простой автомобильный регулятор тока напряжения генератора переменного тока

На следующей диаграмме показан другой вариант схемы полупроводникового автомобильного генератора переменного тока и схемы контроллера тока с минимальным количеством компонентов.

Обычно, когда напряжение аккумулятора ниже, чем уровень полного заряда, выход регулятора IC CA 3085 остается выключенным, что позволяет транзистору Дарлингтона находиться в проводящем режиме, который поддерживает катушку возбуждения под напряжением, а генератор переменного тока работает.

Поскольку микросхема CA3085 используется в качестве базового компаратора, когда батарея заряжается до полного уровня заряда, который может составлять 14,2 В, потенциал на выводе № 6 микросхемы IC изменяется на 0 В, отключая питание катушки возбуждения.

Из-за этого ток от генератора ослабевает, препятствуя дальнейшей зарядке аккумулятора. Таким образом, аккумулятор не перезаряжается.

Теперь, когда напряжение батареи падает ниже порога CA3085 pin6, выходной сигнал снова становится высоким, заставляя транзистор проводить и питать катушку возбуждения.

Генератор начинает подавать питание на аккумулятор, так что он снова начинает заряжаться.

Список деталей

3) Схема транзисторного регулятора генератора переменного тока автомобиля

Ссылаясь на приведенную ниже схему твердотельного стабилизатора напряжения генератора переменного тока, V4 сконфигурирован как транзистор с последовательным проходом, который регулирует ток в поле генератора переменного тока. Этот транзистор вместе с двумя диодами на 20 А закреплен на внешнем радиаторе. Интересно видеть, что рассеяние V1 на самом деле не очень велико даже при максимальном токе поля, скорее всего в пределах 3 ампер.

Однако вместо среднего диапазона, в котором падение напряжения на поле соответствует падению напряжения на транзисторе V1, максимальная мощность рассеивания не превышает 10 Вт.

Диод D1 обеспечивает защиту проходного транзистора V4 от индуктивных всплесков, генерируемых в катушке возбуждения при каждом выключении зажигания. Диод D2, который передает весь ток возбуждения, обеспечивает дополнительное рабочее напряжение для управляющего транзистора V2 и гарантирует, что проходной транзистор V4 может быть отключен при высоких температурах фона.

Транзистор V3 работает как драйвер для V4, а размах базового тока от 3 мА до 5 мА на этом транзисторе позволяет полностью переключать V4 от «включения» до полного «выключения».

Резистор R8 обеспечивает путь для тока во время чрезмерных температур. Конденсатор C1 необходим для защиты от колебаний регулятора из-за петли с высоким коэффициентом усиления, которая создается вокруг системы. Здесь рекомендуется использовать танталовый конденсатор для повышения точности.

Первичный элемент схемы управления и считывания заключен в сбалансированный дифференциальный усилитель, состоящий из транзисторов V1 и V2. Особое внимание было уделено компоновке этого регулятора генератора переменного тока, чтобы убедиться в отсутствии проблем с температурным дрейфом. Для этого необходимо, чтобы резисторы были соединены проволокой.

Потенциометр регулировки напряжения R2 заслуживает особого внимания, поскольку он никогда не должен отклоняться от своих настроек из-за вибрации или экстремальных температурных условий. 20-омный потенциометр, использованный в этой конструкции, идеально подходит для этой программы, однако почти каждый хороший проволочный потенциометр в поворотном стиле может подойти. В конструкции регулятора тока автомобильного генератора следует избегать прямолинейных подстроечных резисторов.

4) Цепь зарядного устройства стабилизатора тока напряжения автомобильного генератора IC 741

Эта схема предлагает твердотельное управление зарядкой аккумулятора. Обмотка возбуждения генератора вначале возбуждается через лампочку зажигания, как и в традиционном методе.

Ток, проходящий через клемму WL, проходит через Q1 на клемму F, а затем, наконец, на катушку возбуждения. Как только двигатель приводится в действие, ток от динамо-машины проходит через D2 в Q1. Контрольная лампа зажигания гаснет, поскольку напряжение на клеммах WL превышает напряжение аккумулятора. Ток также движется через D5 к батарее.

В этот момент IC1, который используется как компаратор, определяет напряжение батареи. Когда это напряжение на неинвертирующем входе становится выше, чем на инвертирующем входе (зафиксированном на уровне 4,6 В через стабилитрон D4), на выходе операционного усилителя повышается высокий уровень.

Затем ток проходит через D3 и R2 к базе Q2 и мгновенно включает его. Это действие в результате заземляет базу Q1, отключая ее и снимая ток, приложенный к обмотке возбуждения. Выходная мощность генератора теперь падает, что приводит к соответствующему падению напряжения аккумулятора.

Эта процедура гарантирует, что напряжение батареи всегда будет постоянным и никогда не будет чрезмерно заряжено. В напряжение полной зарядки аккумулятора может быть настроен через RV1 примерно до 13,5 В.

В течение холодные погодные условия при запуске автомобиля напряжение аккумуляторной батареи может значительно упасть. Как только двигатель загорелся, внутреннее сопротивление аккумулятора также становится довольно низким, заставляя его потреблять слишком большой ток от генератора переменного тока и, таким образом, приводя к возможному износу генератора переменного тока. Чтобы ограничить это высокое потребление тока, резистор R4 вставлен в клемму первичного питания от генератора.

Сопротивление R4 выбирается так, чтобы при максимально возможном токе (обычно 20 ампер) на нем генерировалось 0,6 вольт, что приводит к включению Q3. В момент активации Q3 ток движется по силовой линии через R2 к базе Q2, включая его, который затем отключает Q1 и прекращает прохождение тока к обмотке возбуждения. Из-за этого мощность динамо-машины или генератора теперь падает.

Не требуется вносить никаких изменений в исходную проводку генератора в автомобиле. Схема может быть заключена в старый корпус регулятора, Q1, Q2 и D5 должны быть прикреплены к радиатору подходящего размера.