Электронные регуляторы напряжения

Регулирование напряжения генератора осуществляется следующим образом.
При включении аккумуляторных батарей ток проходит через вывод "Б" реле-регулятора, эмиттерные переходы транзисторов VT6,VT5 и резистор R10. Составной транзистор VT5 - VT6 открывается и через реле К2 подключает обмотку возбуждения генератора. Ток, питающий обмотку возбуждения генератора, ограничивается ее активным сопротивлением и падением напряжения на эммитер-коллекторном переходе транзистора VT6.
Выходной делитель, состоящий из резисторов R1 - R5, рассчитан таким образом, что при подключении аккумуляторных батарей их напряжения недостаточно для пробоя стабилитронов VD2 и VD3.При увеличении частоты вращения генератора его напряжение увеличивается. Когда напряжение генератора будет достаточным для пробоя стабилитронов VD2 и VD3, транзисторы VT1 и VT2 открываются, а VT5 - VT6 закрывается. Ток в цепи возбуждения генератора прерывается, его напряжение уменьшается, стабилитроны VD2, VD3 и транзисторы VT1 и VT2 закрываются, а составной транзистор VT5 - VT6 открывается. Далее процесс регулирования повторяется - напряжение в системе поддерживается автоматически.
Для уменьшения влияния пульсации напряжения генератора на уровень регулируемого напряжения между точкой соединения резисторов R3,R4 и плюсовой шиной реле-регулятора включен конденсатор С1.
Защита выходного транзистора VT6 от перегрузок по мощности при коротком замыкании вывода "Ш" обеспечивается за счет автоматического снижения тока в шунтовой цепи реле-регулятора до 0,05-0,1А по следующему принципу.При открытом выходном транзисторе VT6 и замкнутой обмотке возбуждения генератора в первоначальный момент времени ток в цепи транзистора VT6 ограничивается индуктивным сопротивлением присоединительных проводов. В дальнейшем транзистор VT6 переходит в линейный режим усиления, напряжение на его переходах "эмиттер-коллектор" увеличивается, а в цепи: конденсатор С2-резистор R11-переход "база-эмиттер" транзистора VT4 - протекает ток, открывающий транзистор VT4. Транзисторы VT5 - VT6 при этом закрываются. В таком состоянии схема находится в течение времени, обусловленного постоянной времени цепи, состоящей из конденсатора С2 и резистора R11. После завершения процесса зарядки конденсатора транзистор VT4 закрывается, а транзисторы VT5 - VT6 открываются. При этом конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD5 и открытый транзистор VT5. Далее процесс протекает аналогично описанному выше, в результате чего в системе происходят устойчивые автоколебания. Так как постоянная времени цепи заряда конденсатора С2 выбрана значительно больше, чем постоянная времени его разряда, то через выходной транзистор VT6 протекает импульсный ток, среднее значение которого не превышает 0,1А.После устранения короткого замыкания реле-регулятор включается в работу автоматически.

Защита от превышения напряжения при отказе элементов реле-регулятора происходит следующим образом.
При пробое перехода коллектор-эмиттер выходного транзистора VT6 в цепи обмотки возбуждения генератора возрастает ток, соответственно возрастает напряжение, приложенное к выходному делителю R1 - R5. При напряжении, достаточном для пробоя стабилитронов VD2 и VD3, транзисторы VT1 и VT2 открываются. Через эмиттерный переход транзистора VT3 протекает ток, что приводит к открыванию транзистора и срабатыванию реле К2 - контакты реле размыкаются, ток в обмотке возбуждения генератора прерывается, напряжение на выводах реле-регулятора уменьшается. Транзисторы VT1, VT2, VT3 закрываются, обмотка реле К2 обесточивается и его контакты в цепи обмотки возбуждения генератора замыкаются.Далее процесс повторяется и в сети поддерживается напряжение, не превышающее предельно допустимое. При срабатывании реле К2 контакты его замыкаются и включают лампу - сигнал о неисправности реле-регулятора. Лампа горит мигающим светом.Ограничитель тока нагрузки представляет собой электромагнитное реле К1, контакты которого включены между базой составного транзистора VT5 - VT6 и плюсовой шиной реле-регулятора. Один конец обмотки через положительный вывод реле-регулятора подключен к положительному выводу генератора, а другой конец обмотки подсоединен к отрицательному выводу реле-регулятора, к которому подключены аккумуляторные батареи и другие потребители. При увеличении тока нагрузки, протекающего по обмотке, до определенного уровня 110 -135 А контакты реле К1 замыкаются и закрывают составной транзистор VT5 - VT6. Ток возбуждения генератора уменьшается и соответственно уменьшается ток его нагрузки. При уменьшении тока нагрузки генератора контакты реле К1 размыкаются и составной транзистор VT5 - VT6 открывается. Процесс повторяется и таким образом ограничивается ток нагрузки генератора.

Бесконтактный транзисторный регулятор напряжения 121.3702 (см.рис.) применяется с генератором Г221А взамен вибрационного регулятора напряжения РР380. Схема регулятора достаточно проста и типична, что позволяет использовать ее для иллюстрации принципа работы транзисторных регуляторов.
Эталонной величиной в регуляторе является напряжение стабилизации стабилитрона VD1. Характерной особенностью стабилитрона является то, что если напряжение между его катодом и анодом по величине меньше напряжения стабилизации, ток через него практически не протекает. Если напряжение между катодом и анодом достигает величины напряжения стабилизации, ток через стабилитрон резко возрастает, происходит "пробой" стабилитрона. При этом напряжение между его катодом и анодом остается практически неизменным.

Измерительным органом в регуляторе является делитель напряжения, состоящий из резистора R2 и двух параллельно включенных резисторов R1 и R3. К стабилитрону VD1 через переход эмиттер-база транзистора VT1 подводится та часть напряжения генератора, которая выделяется на параллельно включенных резисторах R1, R3. Стабилитрон является органом сравнения в регуляторе напряжения. Регулирующим органом в схеме является электронное реле на трех транзисторах VT1-VT3. Эти транзисторы при работе регулятора напряжения могут находиться в одном из двух состояний - открытом (ток в цепи эмиттер-коллектор транзистора протекает) и закрытом - ток в цепи эмиттер-коллектор отсутствует. Цепь между эмиттером и коллектором в этом смысле аналогична контактам реле. Для перехода транзистора из закрытого в открытое состояние в цепи эмиттер-база должен появиться ток, для чего к переходу эмиттер-база следует приложить напряжение соответствующей полярности, т. е. переход эмиттер-база должен быть смещен в прямом направлении. Ток, открывающий транзисторы типа P-N-P, протекает от эмиттера к базе (эмиттер имеет более высокий потенциал, чем база), а типа N-Р-N - от базы к эмиттеру (положительный потенциал на базе относительно эмиттера).
Если переход эмиттер-база смещен в обратном направлении, то транзистор закрыт.

• Регулирование напряжения транзисторным регулятором происходит следующим образом. До пуска двигателя при включении выключателя зажигания 5 (см. рис.3а ) напряжение аккумуляторной батареи подводится к делителю напряжения R1-R3. При этом к стабилитрону VD1 поступает та часть этого напряжения, которая выделяется на плече делителя, образованном параллельно включенными резисторами R1, R3. Резистор R1 настройки регулятора подбирается таким образом, чтобы напряжение на резисторах R1, R3 при включении только аккумуляторной батареи было меньше, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD1, т. е недостаточно для его пробоя. При этом стабилитрон препятствует протеканию тока в цепи базы транзистора VT1, который находится, следовательно, в закрытом состоянии. Транзисторы VT2 и VT3 открыты, так как в цепях их баз протекают токи - у транзистора VT2 через резистор R5, а у транзистора VT3 - через переход эмиттер-коллектор транзистора VT2.
• Транзисторы VT1 и VT2 имеют тип P-N-P, а транзисторы VT3 - N-P-N. Следовательно, при включении аккумуляторной батареи электронное реле регулятора напряжения находится во включенном состоянии, его выходной транзистор VT3 открыт и ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку возбуждения, обеспечивая возбуждение генератора.
• После пуска двигателя генератор вступает в работу, его напряжение возрастает до тех пор, пока напряжение на плече делителя R1, R3 не станет равным напряжению стабилизации стабилитрона VD1. При этом стабилитрон пробивается, возникает ток в базе транзистора VT1 и он открывается. Поскольку сопротивление перехода эмиттер-коллектор открытого транзистора мало, то этот переход транзистора VT1 практически накоротко соединяет базу с эмиттером транзистора VT2, шунтирует этот его переход, ток в базе транзистора VT2 прекращается и он закрывается.
• Если закрыт транзистор VT2, то закрывается и транзистор VT3, так как ток в его базовой цепи прерывается. Электронное реле регулятора переходит в выключенное состояние, ток в обмотке возбуждения уменьшается, соответственно уменьшается и напряжение генератора. При этом уменьшается напряжение на резисторах R1, R3. Как только оно становится меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD1, транзистор VT1 закрывается, VT2 и VT3 открываются, напряжение генератора возрастает, т. е. процесс повторяется.

Транзистор VT2 играет в схеме роль усилителя. Применение в схемах нескольких транзисторов связано с тем, что на входе регулятора обычно коммутируется ток в десятки миллиампер в то время, как на выходе ток современных регуляторов напряжения достигает 5 А. При этом коэффициент усиления схемы регулятора по току лежит в пределах 300-800. Такого усиления на одном транзисторе достичь невозможно.
Таким образом, регулирование напряжения генератора производится ступенчато. Электронное реле регулятора напряжения переходит от включенного к выключенному состоянию и обратно, то подключая обмотку возбуждения к источнику питания, то ее отключая. В зависимости от режима работы генератора меняется относительное время нахождения реле во включенном или выключенном состоянии, чем и обеспечивается автоматическое поддержание напряжения генератора на заданном уровне. Гасящий диод VD2 предотвращает появление опасных импульсов напряжения при запирании транзистора VT3 и прерывании тока в обмотке возбуждения.

• Появление импульса высокого напряжения предотвращается тем, что при запирании транзистора VT3 ток обмотки возбуждения имеет возможность протекать через гасящий диод, обмотка возбуждения этим диодом оказывается замкнута практически накоротко и опасных последствий прерывания тока не происходит.
• Обратные связи в схеме регулятора повышают качественные показатели его работы, увеличивают частоту переключения его электронного реле, снижают потери в транзисторах при переключении, обеспечивают разницу между напряжениями включения и выключения электронного реле регулятора и т. д.
• Через обратные связи осуществляется воздействие сигнала на выходе элемента на вход этого же или другого элемента. В этом смысле измерительный элемент регулятора, его входной делитель напряжения, является главной обратной связью в системе автоматического регулирования напряжения генератора - он подает выходное напряжение генератора на вход регулятора напряжения.
• Через резисторы в регуляторе осуществляется жесткая обратная связь, через цепи с конденсатором - гибкая. Жесткая обратная связь отличается от гибкой тем, что передает сигнал без задержки по времени.

В изображенной на рисунке схеме имеются два элемента обратной связи - цепь, состоящая из конденсатора С1 и резистора R4, а также конденсатор С2. Цепь R4, С1 связывает коллектор транзистора VT2 с базой транзистора VT1, т. е. выход транзистора VT2 с входом VT1. Эта цепь снижает потери в транзисторах VT1-VT3 при их переключении. До пробоя стабилитрона VD1 конденсатор С1 разряжается через переходэмиттер-коллектор транзистора VT2 и резисторы R4,R7.
С переходом транзистора VT1 в открытое состояние, а VT2 и VT3 в закрытое конденсатор С1 заряжается через эмиттер базовый переход транзистора VT1, резисторы R4R6, предохранитель. При этом переход база-эмиттер VT1 получает по цепи R4С1 дополнительный импульс тока, сокращающий время перехода транзистора VT1 в открытое состояние, а транзисторов VT2 и VT3 в закрытое состояние и, следовательно, снижающий потери мощности в транзисторах при их переключении. Конденсатор С2 связывает вход и выход транзистора VT1, что делает этот транзистор интегрирующим звеном, основной особенностью которого является подавление высокочастотных колебаний при их прохождении. Наличие интегрирующего звена исключает самовозбуждение схемы, влияние на регулятор посторонних электромагнитных помех. Резисторы R5-R7 обеспечивают нужный режим работы транзисторов в открытом и закрытом состояниях. Так, резистор R5 ограничивает на требуемом уровне ток базы транзистора VT2, резистор R6 позволяет транзистору VT3 закрыться полностью.

• Схема имеет два элемента защиты - предохранитель FU, который разрывает цепь при токовой перегрузке выходного транзистора, и диод VD3, защищающий регулятор от импульсов напряжения обратной полярности.

Не секрет, что выход из строя реле регулятора напряжения нагоняет тоску на многих владельцев мотоциклов. Времена электромагнитных вибрационных регуляторов прошли. Купить новый блок БПВ-14-10 для «ИЖа» или электронный регулятор напряжения 33.4702 от «Урала» не всегда просто. Про запчасти от «Явы» - лучше не вспоминать...

Самый легкий выход из этой ситуации заключается в установке на мотоцикл электронного регулятора от автомобиля ВАЗ. Эти приборы недороги и не дефицитны на территории СНГ. Журнал «Мото» несколько раз писал об этом, но, поскольку не все мотоциклисты хорошо разбираются в электрике, давайте попробуем еще раз предельно ясно и просто разобраться с устройством и применением бесконтактных полупроводниковых регуляторов напряжения.
Различают два типа невзаимозаменяемых (без соответствующего переключения цепи возбуждения генератора) регуляторов напряжения.
В одном типе регулятор соединяет вывод обмотки возбуждения генератора с «+» бортовой сети (соответственно второй, вывод обмотки возбуждения накоротко соединен с массой «-» бортовой сети). Эти регуляторы, как правило, предназначены для непосредственной замены своих электромагнитных предшественников. Например, выпускаемые сейчас автомобили ВАЗ-2121 «Нива» комплектуют генераторами Г221-А-006 и регулятором напряжения 121.3702, который пришел на смену РР380.
Принципиальная схема геренаторной установки с полупроводниковым регулятором напряжения 121.3702:

VT1 - KT3107
VT2 - KT837X
VT3 - KT805AM
VD1 - D818AT
VD2 - KD208AT
VD3 - KD209A
C1 - 0,1 мкф
С2 - 0,1 мкф

R1* - подборочный
R2 - 100 Ом
R3 - 470 Ом
R4 - 3,3 кОм
R5 - 43 Ом
R6 - 100 Ом
F - предохранитель 8А
АБ - аккумуляторная батарея
VD4-VD9 - трехфазный силовой выпрямитель
При ремонте можно использовать резисторы типа МЛТ-0,5

В другом типе регулятор соединяет вывод обмотки возбуждения с массой «-» бортовой сети (соответственно второй вывод обмотки возбуждения накоротко соединен с «+» бортовой сети). Примером такой конструкции может служить регулятор напряжения интегральной конструкции Я112-В1, встроенный в генератор Г222. которым комплектуется ВАЗ-2105. Я112-В1 - современный прибор, который кроме повышенной технологичности в производстве отличается тем, что имеет специальный управляющий вывод «Б», присоединяемый к замку зажигания. Благодаря этому замок зажигания отключает лишь цепь управления регулятора напряжения, потребляющую доли ампера. При отключении же генераторной установки с РР380 или регулятором 121.3702 приходится разрывать цепь, в которой протекает ток до 5А, что плохо сказывается на долговечности контактной группы замка зажигания.
Давайте сначала разберемся, как работает генераторная установка с регулятором 121.3702. До начала режима регулирования, когда напряжение генератора не достигло еще заданного значения, падение напряжения на нижнем (по схеме) плече В2 входного делителя не достигает уровня, при котором стабилитрон VD1 сможет перейти в проводящее (открытое) состояние. Транзистор VT1 заперт, так как ток в его цепи «база-эмиттер» не протекает. Транзистор VT2 открыт, поскольку по цепи «плюс» - переход «эмиттер-база» VT2-R5 - «минус» протекает базовый ток. Транзистор VT3 открыт, так как на его базу подается положительное напряжение через переход «эмиттер-коллектор» транзистора VT2.
В результате ток протекает по цепи «плюс» - переход «эмиттер-коллектор VT3 - предохранитель Г - обмотка возбуждения генератора - «минус», и напряжение генератора возрастает.
Когда оно превысит 14В, падение напряжения на R2 достигает уровня, при котором стабилитрон VD1 переходит в открытое состояние. В цепи «плюс» - переход «эмиттер-база» VT1-R2 - «минус» начинает протекать ток. Транзистор VT1 открывается и закорачивает переход «база-эмиттер» VT2. Транзистор VT2 закрывается отключает базовую цепь VT3 от «плюса».
В результате транзистор VT3 закрывается и отключает «плюс» от обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора уменьшается, стабилитрон VD1 вновь закрывается, и процесс повторяется.
Таким образом, напряжение стабилизируется около некоторого среднего значения за счет изменения средней величины тока в обмотке возбуждения.
Цепочка обратной связи R4-С1 стабилизирует частоту переключении. Конденсатор С2 предотвращает самовозбуждение схемы. Диод VD2 (гасящий) предотвращает опасные для полупроводников всплески напряжения обратной полярности, возникающие в обмотке возбуждения при отключении цепи питания. Диод VD3, тоже гасящий, защищает схему от импульсов обратной полярности, приходящих из бортовой сети, в результате работы катушки зажигания или иных индукционных нагрузок. Резистор R6 обеспечивает токи, необходимые для работы VT2 и VT3. Сопротивление R1* - подборочное, его номинал (R1 больше R3) подбирается опытным путем и от этого зависит напряжение в бортовой сети.
Регулятор 121.3702 обладает достаточной надежностью, а в случае отказа - ремонтопригодностью. Выходной транзистор защищен от короткого замыкания предохранителем Г. Последний представляв собой оголенную проволочку на той стороне платы прибора, на которой располагаются детали, напротив вывода «67». Снять пластмассовую крышку на защелке с корпуса прибора и заменить перегоревшую проволочку новой - доступно любом хоть раз державшему в руках паяльник. Более сложный ремонт, типа замены вышедшего из строя транзистора VT3, доступен мотолюбителю с навыками на уровне пары месяцев занятий в школьном радиокружке.
Электронный регулятор 121.3702 подходит для прямой замены реле регулятора мотоцикла «Ява-638», а также регулятора напряжения 33.3702, которым комплектуют современные «Днепры»и «Уралы»вместо РРЗЗО.
Разобраться с маркировкой поможет Таблица 1.

Маркировка клемм регуляторов напряжения.

Маркировка клемм реле РС 702

Следует сказать несколько слов об ижевских мотоциклах, имеющих электросистему с бортовым напряжением 12 Вольт. На «ИЖах» применена более современная схема возбуждения генератора, при которой блок БПВ-14-10 коммутирует ток, протекающий между выводом обмотки возбуждения генератора и массой. Соответственно второй вывод обмотки возбуждения накоротко присоединен к «+» бортовой сети. К сожалению, часто возникающие проблемы из-за поломок БПВ-14-10 вынуждают искать ему замену. В БПВ объединены два прибора - силовой трехфазный выпрямитель, состоящий из шести кремниевых диодов ВА-10, установленных на радиаторах, и непосредственно регулятора. К регулятору относятся плата с деталями, а также два диода и два тиристора КУ202, установленные на отдельных радиаторах.
В случае выхода регулятора из строя его ремонт очень часто нецелесообразен по причине весьма капризной и в целом неудачной конструкции. Из начинки БПВ-14-10 имеет смысл использовать в дальнейшем только трехфазный выпрямительный мост, осторожно удалив все лишнее при помощи кусачек и плоскогубцев.
Для того чтобы обеспечить возможность использования на ижевском мотоцикле регулятора 121.3702 и привести схему генераторной установки к показанному виду, следует изменить полярность подключения цепи возбуждения генератора.
С этой целью нужно провод от ближней к прерывателю щетки (фото 1) снять с клеммы «И1+» и, расточив круглым надфилем отверстие в наконечнике провода, установить провод под головку болта крепления клеммной колодки (фото 2), тем самым соединив его с массой.

И1+ (к Х8 БПВ 14-10) на плюс бортовой сети
И2 - (к - Х1 БПВ 14-10) на выход регулятора

3 фазы на вход выпрямителя:
С1~ (к Х5 БПВ 14-10)
С2~ (к Х4 БПВ 14-10)
С3~ (к Х7 БПВ 14-10)

П1 (к катушке зажигания № 2) прерыватель
И1+ на плюс бортовой сети (не используется) провод подключенный на массу
И2 - (к "67" регулятора 121.3702) на выход регулятора

3 фазы на вход выпрямителя:
С1~ (к Х5 БПВ 14-10)
С2~ (к Х4 БПВ 14-10)
С3~ (к Х7 БПВ 14-10)
П2 (к катушке зажигания № 1) прерыватель

Красный провод (плюсовой) на клемме «И1+» отныне остается без дела, а черный провод с клеммы «И2-» генератора теперь можно подключить к клемме «67» регулятора 121.3702.
В заключение напомним читателям, что в случае выхода из строя или утери силового трехфазного выпрямителя (V04...V09), на любом мотоцикле можно использовать выпрямитель «подкову» от генератора любой легковой машины (например, БПВ 4-45 от «Москвича» или БПВ 6-50 от «Жигулей»), снабдив их подходящим корпусом, из текстолита или иной прочной пластмассы и разместив вместе с остальными приборами электрооборудования под седлом или в боковых ящиках мотоцикла.
Рис. 1. Полумонтажная схема генераторной установки мотоцикла «ИЖ-П5» с применением регулятора Я112-В1:

Более современные генераторные установки мотоциклов и автомобилей разработки конца восьмидесятых - начала девяностых годов принципиально отличаются от вышеупомянутых тем, что у них оба вывода обмотки возбуждения изолированы от корпуса: один соединяется через выключатель зажигания с положительной клеммой аккумуляторной батареи и «плюсом» бортовой сети, а другой - через коммутирующий элемент регулятора напряжения с минусом бортовой сети (массой) и, соответственно, отрицательной клеммой аккумулятора. Такая система является более перспективной, так как создает предпосылки для уменьшения длины соединительных проводов и сокращения количества разъемов в цепи возбуждения генератора, а также для применения встроенных в него интегральных регуляторов напряжения.
По этому принципу построена электросхема всех ижевских мотоциклов, имеющих блок БПВ-14-10, на низкую надежность которого жалуются очень многие. В первой статье была рассмотрена возможность замены этого блока на полупроводниковый регулятор 121.3702 от ВАЗ-2121. Теперь опишем замену платы регулятора напряжения, находящейся внутри БПВ-14-10, на интегральный регулятор Я112-В1, применяемый на автомобилях ВАЗ-2104, -2105, -1111 («Ока»). Этот прибор обладает целым рядом достоинств, таких как исключительно малые габариты, полная герметизация радиокомпонентов путем заливки схемы компаундом и широчайшая распространенность на территории СНГ. Единственный недостаток заключается в невозможности его ремонта, поскольку прибор неразборный. Учитывая, что ремонт электронных конструкций доступен далеко не всем и не в любых условиях, этот до вод не может служить причиной для отказа от использования блока Я112-В1 При его применении заметно уменьшается износ контактов замка зажигания. Дело в том, что при отключении напряжения в стандартной системе электрооборудования мотоцикла приходится каждый раз размыкать электрическую цепь ротора генератора, где течет ток величиной в несколько ампер. Происходящее при этом искрение способно очень скоро испортить контакты в замке.
В приборе Я112-В1 имеется специальный управляющий вывод «Б», подключаемый через замок зажигания. Цепь управления потребляет ничтожно малый ток (на два порядка меньше, чем в цепи возбуждения). Благодаря этому значительно увеличивается ресурс безотказной работы контактной группы замка зажигания, искрение исключено.
Принципиальная схема Я112-В1 представлена на рис. 1??? в виде врезки в полумонтажную схему мотоцикла «ИЖ-П5», содержащую самые минимальные доработки.
Разберем принцип действия схемы. Допустим, что выключатель зажигания S1 включен, мотор работает, но напряжение генератора еще не достигло величины 14±0,2В. С находящейся под напряжением клеммы управления «Б» через разделительный диод VD3 положительный потенциал поступает на измерительный орган регулятора - делитель напряжения на резисторах R1, R2, R3. При этом стабилитрон VD1 закрыт, так как приходящее на него с делителя напряжение слишком мало.
Следовательно, транзистор VT также будет закрыт, так как ток в его цепи «база-эмиттер» не протекает. Транзистор VT2 открыт, так как по цепи «+АБ» - предохранитель F -замок зажигания - клемма «Б» - резистор R5 - переход «база-эмиттер» VT2 - масса («-») протекает базовый ток. В результате ток протекает по цепи «+АБ» - предохранитель Р - клемма «+Х8» - клемма «И1+» - обмотка возбуждения генератора - клеммы «И 2-», «-XI», «LU - открытый переход «коллектор - эмиттер» VT2 - масса («-» бортовой сети) и напряжение генератора возрастает.
При возрастании напряжения генератора до 1403 В напряжение на стабилитроне VD1 тоже возрастает и наступает «пробой» стабилитрона. Это значит, что стабилитрон переходит в открытое состояние и ток начинает протекать по цепочке «+АБ» - Р - замок зажигания - «Б» - VD3 - R1 - стабилитрон VD1 - переход «база-эмиттер» транзистора VT - масса. Транзистор VT1 тоже открывается и закорачивает переход «база-эмиттер» транзистора VT2 на массу. Вследствие этого транзистор VT2 немедленно закрывается и отключает обмотку возбуждения генератора от массы («минуса»). Напряжение генератора уменьшается, стабилитрон VD1 вновь закрывается и процесс повторяется.
Таким образом, регулирование напряжения генератора производится ступенчато. Электронное реле регулятора напряжения переходит от включенного к выключенному состоянию и обратно, то подключая обмотку возбуждения к источнику питания, то ее отключая. В зависимости от режима работы генератора меняется относительное время нахождения реле во включенном или выключенном состоянии, чем и обеспечивается автоматическое поддержание напряжения генератора на заданном уровне.
В регуляторе имеется еще несколько характерных элементов - диод VD2 (гасящий) предотвращает опасные для полупроводников всплески напряжения обратной полярности (ЭДС самоиндукции) при отключении обмотки возбуждения от цепи питания. Гибкие обратные связи, содержащие конденсаторы (С1, цепочка С2-R4-Кб), ликвидируют влияние электромагнитных помех и возможность самовозбуждения схемы на высокой частоте, а также уменьшают потери мощности в транзисторах при их переключении. Резисторы R5 и R8 обеспечивают токовый режим транзисторов. Резистор R7 ограничивает ток в цепи «+» бортовой сети - клемма «В» - делитель напряжения. Диоды VD3 и VD4 - разделительные, предотвращают вредное взаимное влияние цепей управления (клемма «Б») и питания (клемма «В»).
Представляет интерес вопрос, как поведет себя данная схема при отключении замка зажигания?
В этом случае пропадает «плюс» на клемме управления «Б», резисторе R5 и, соответственно, в базовой цепи транзистора VT2. При отсутствии положительного потенциала на базе транзистор VT2 закрывается и обесточивает обмотку возбуждения генератора, вследствие чего предотвращается возможность быстрого разряда аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения. При этом сохраняется возможность протекания крайне малых токов по цепи «+АБ» - предохранитель Р - клеммы «+Х8» и «В» - разделительный диод VD4- ограничительный резистор R7 - делитель напряжения R1-R2-R3-масса («-»). При этом сила тока может составлять около 0,025А и потребляемая мощность будет порядка 0,3 Вт.
Несложный расчет показывает, что мотоциклетная аккумуляторная батарея 6МТС-9 может из-за этого наполовину разрядиться за 180 часов.
Следовательно, мотоцикл, оставленный без движения на срок более суток, рационально хранить с отключенным аккумулятором. Для того, чтобы постоянно не крутить клеммы, удобно установить на мотоцикле выключатель массы 52.

Схему электрооборудования любого ижевского мотоцикла, на котором изначально был использован блок БПВ-14-10, можно с минимальными переделками привести к виду, показанному на рис. 1. При этом следует учитывать следующие особенности:

*
Требуется провести два новых провода - фиолетовый и красный (последний отмаркирован на схеме тонкой черной каймой по всей длине).
*
В схеме имеется новая распаечная клемма «+Х15», которая может быть выполнена на базе болта М5, установленного на изоляционной колодке или иным подобным способом.
*
В качестве выпрямителя можно использовать как трехфазный мост от блока БПВ-14-10 (осторожно удалив все лишнее), так и автомобильный выпрямитель «подкову»
*
Так как ижевские генераторы не имеют вывода средней точки обмотки статора, целесообразно применить выпрямитель БПВ 11-60 от автомобиля ВАЗ-2109. Этот прибор (рис. 2) содержит дополнительный встроенный выпрямитель, имеющий отдельный вывод «Д» (61). На этом выводе при исправной работе генератора появляется напряжение +12В. Следовательно, если его подключить к выводу «86» «жигулевского» реле контроля заряда PC 702 (А) и подать «-» («массу») на вывод «85» означенного реле, будет получена возможность задействовать контрольную лампочку заряда батареи.
*
При отсутствии БПВ 11-60 можно припаять на обратной стороне платы с выпрямителем от БПВ-14-10 три дополнительных диода КД 223А (или подобных, на ток не менее 1,5 А). Эта добавочная часть схемы показана на рис. 1 зеленым цветом. Схема размещения диодов на плате ясна из рис. 3. Для вывода «Д» (61) целесообразно использовать пустующую клемму «ХЗ», которая теперь будет действовать точно так же, как клемма «86» генератора мотоцикла «Ява-638»
*
При необходимости проверки работоспособности электронных регуляторов Я112-В1 и описанного в предыдущей части 121.3702 следует собрать схему (рис. 4).

В качестве имитатора нагрузки используется лампочка 12В, 6-8 Вт. Чтобы обеспечить нужные для проверки электронных регуляторов значения напряжений, как правило, используют два хорошо заряженных автомобильных аккумулятора с открытыми перемычками. Напряжение 16 В можно получить, подключив последовательно с обычным аккумулятором на 12В, состоящим из шести банок, еще две банки другого аккумулятора.
- При включении питания 12 В и исправном регуляторе лампа должна гореть, при повышении напряжения источника питания до 16 В лампа должна гаснуть. Напряжение при проверке следует контролировать соответствующим вольтметром (тестером). - Порог срабатывания описанных регуляторов, по стандарту, должен быть в пределах 13,8-14,4 В.
В заключение следует напомнить, что наличие в системе электрооборудования мотоцикла электронных регуляторов требует соблюдения следующих условий:

* эксплуатация генераторной установки с полупроводниковыми приборами, без аккумуляторной батареи, настоятельно не рекомендуется;

* даже кратковременное замыкание выводов регулятора между собой
* неверное подключение проводов
* проверка проводки с помощью мегомметра
* проведение сварочных работ при не отключенном регуляторе

Нарушение любого из этих условий ведет к выходу регулятора из строя

канд. техн. наук, доц., Рогачев В.Д.;

канд. техн. наук Гумелёв В.Ю.,

канд. техн. наук Картуков А.Г.

Бесконтактный регулятор напряжения 2712.3702 служит для поддержания постоянства напряжения в электрической сети автомобиля. Он представляет собой электронный прибор на 3-х кремниевых транзисторах, неэкранированный, пылебрызгозащищенный.

Применяемость: генераторы Г 288Е, 1702.3771 902.3701, 9012.3701, 9022.3701 на автомобилях ЗиЛ-4334 и его модификации, КамАЗ, УРАЛ, КРАЗ, на автомобильной технике, предназначенной для строительства дорог и карьерных работ семейства МоАЗ.

Технические характеристики регулятора напряжения 2712.3702: трехуровневый; номинальное напряжение 28В; номинальный ток 3А; габаритные размеры (140×80×55) мм. Он взаимозаменяем с регуляторами напряжения Р 2712.3702,
1112.3702 и .

На автомобиле УРАЛ-4320-31 регулятор напряжения 2712.3702 работает с генераторами Г 288Е и 1702.3771. Особенность конструкции – переключатель величины регулируемого напряжения представляет собой герконы и управляющий ими магнит, который находится в рукоятке, переключающей уровни напряжения. Рукоятка в свою очередь располагается снаружи корпуса, что позволяет не нарушать герметичность корпуса.

Геркон (герметичный контакт, reed switch, magnet switch) состоит из пары гибких металлических контактов из магнитного материала, запаянных в стеклянную трубку или колбу (она может быть выполнена и из других немагнитных материалов), заполненную инертным газом. Контакты замыкаются при приближении магнита, по длине они перекрываются и находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Контактирующие поверхности покрываются специальными сплавами для долговременной и стабильной работы. Устройство и принцип работы геркона представлены на рисунке 1.

При воздействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или катушкой из провода с током, контакты намагничиваются. Если сила магнитного притяжения больше силы упругости, контакты соединяются, и цепь замыкается. Когда магнитное поле исчезает, контакты опять размыкаются под действием силы упругости, и цепь размыкается.

Основные свойства герконов: компактность и малый вес – герконы можно монтировать на ограниченном пространстве; долговечность – переключающие контакты герметично запаяны в инертном газе, не подвергаясь окислению при искрении входе рабочего цикла «размыкание-замыкание» .

А б в

а – внешний вид геркона;б принципиальное устройство геркона;

в – замыкание при помощи постоянного магнита контактов геркона

Рисунок 1 – Геркон, его устройство и принцип работы

Напряжение настраивают переключателем, расположенным на передней крышке регулятора (рисунок 2).

А б

а – устройство регулятора; б – переключение уровней регулирования напряжения и маркировка регулятора напряжения

1 – корпус; 2 – переключатель; 3 – вывод «+ »; 4 – вывод «Ш »; 5 – вывод «– » («масса»)

Рисунок 2 – Регулятор напряжения 2712.3702

Маркировка уровней напряжения расположена на передней крышке регулятора. Регулятор выпускается с завода со средним уровнем настройки. Положение рычажка переключателя соответствует уровням напряжения: горизонтальное правое – средний; горизонтальное левое – максимальный; вертикальное – минимальный. Напряжение, поддерживаемое регулятором при плюс (15-35) 0 С, должно быть от 26,5 до 27,9 В на минимальном уровне, от 28,1 до 28,7 В на среднем уровне, от 28,7 до 30 В на максимальном уровне настройки.

Регулятор напряжения 2712.3702 по принципу действия аналогичен регулятору 1112.3702 , отличается только построением схемы и устройством переключателя величины регулируемого напряжения.

В корпусе, отлитом из алюминиевого сплава, расположена монтажная плата (МП), на которой смонтированы все элементы схемы кроме исполнительного (силового) транзистора (рисунок 3).

А б

а – корпус и основание регулятора напряжения; б – монтажная плата;

1 – корпус; 2 – уплотнительная прокладка; 3 – основание

Рисунок 3 – Устройство регулятора напряжения 2712.3702

Ниже монтажной платы расположена алюминиевая пластина – теплоотвод АП (рисунок 4), на которой расположен силовой транзистор. Монтажная плата отделена от алюминиевой пластины изолирующей подставкой ПД. Все три детали – плата МП, подставка ПД и алюминиевая пластина (теплоотвод) АП привернуты к корпусу реле винтами. В целях повышения герметичности электронных элементов монтажная плата и алюминиевая пластина покрыты водонепроницаемым лаком.

Рисунок 4 – Теплоотвод с силовым транзистором

У генераторов Г 288Е и 1702.3771 оба вывода обмотки возбуждения изолированы от корпуса. Один соединяется через выключатель стартера и приборов с выводом «+» источника питания, а другой – через силовые транзисторы регулятора напряжения с отрицательным выводом источника. Схема подключения генераторной установки представлена на рисунке 5.

S1 – выключатель аккумуляторных батарей; S2 – выключатель стартера и приборов

Рисунок 5 – Схема подключения генераторной установки двигателя

автомобиля УРАЛ-4320-31

На рисунке 6 представлена электрическая схема регулятора напряжения 2712.3702. Схема регулятора напряжения включает в себя задающее, измерительное и сравнивающее устройство 1, состоящее из делителя напряжения (резисторы R1-R7), стабилитронов VD1 и VD2, магнитоуправляемых контактов (герконов) S1и S2; усилитель 2 (транзистор VT1, резисторы R8,R9); исполнительный транзистор VT3 и другие элементы, улучшающие его работу.

Рисунок 6 – Схема электрическая принципиальная регулятора

напряжения 2712.3702

Регулятор напряжения установлен под капотом автомобиля УРАЛ-4320-31 на передней панели кабины и подключен к бортовой сети автомобиля в соответствии с рисунком 7.

1 – провод от клеммы «масса» регулятора напряжения к клемме «масса» генератора; 2 – провод от вывода «Ш 2» щеткодержателя генератора к выводу «Ш» регулятора напряжения;
3 – провод от вывода «+» регулятора напряжения к выводу «Ш 1» щеткодержателя генератора; 4 – провод то вывода «+» регулятора напряжения к нормально замкнутым контактам реле отключения регулятора напряжения, от них – к клемме «ВК» выключателя стартера и приборов; 5 – провод от вывода «+» регулятора напряжения к фильтру конденсаторному

Рисунок 7 – Установка и подключение регулятора напряжения

Делитель напряжения обеспечивает согласование входного напряжения генератора U Г с напряжением стабилизации стабилитронов. Резисторы R1 – R7 подобраны таким образом, что когда U Г становится установленной величины, напряжение на стабилитронах VD1, VD2 становится равным напряжению стабилизации и происходит их пробой. Через стабилитроны проходит ток, который является сигналом о достижении U Г установленного значения. При снижении U Г сопротивление стабилитронов резко возрастает, стабилитроны закрываются, и ток через них не идет. Таким образом, устройство 1 выполняют функции: измерения напряжения генератора U Г; сравнения его с заданным значением; выработки сигнала отклонения в виде тока через стабилитроны.

Регулятор напряжения имеет два режима работы: первый режим, когда напряжение бортовой сети меньше напряжения регулирования, второй режим – когда оно равно напряжению регулирования. Напряжение регулирования устанавливается с помощью рукоятки переключателя, расположенного на крышке регулятора. В рукоятке переключателя установлен магнит, который управляет состоянием герконов. Рукоятка может находиться в трёх положениях: «МИН», «СР», «МАКС».

При включении выключателя стартера и приборов в первое фиксированное положение на регулятор и обмотку возбуждения подаётся напряжение аккумуляторной батареи, равное 24 В. В этом случае с делителя напряжения на стабилитроны поступает напряжение, которое меньше суммарного напряжения пробоя стабилитронов, и ток через стабилитроны не проходит. В результате этого транзистор VT1 будет закрыт, а на базу транзистора VT3 будет подаваться напряжение через резистор R9, и он будет открыт. Через открытый транзистор VT3 протекает ток в обмотку возбуждения генератора. Путь тока: вывод «+» регулятора напряжения, обмотка возбуждения, вывод «Ш» регулятора напряжения, коллекторно-эмиттерный переход транзистора VT3, корпус, «минус» аккумуляторной батареи.

Вокруг обмотки возбуждения создаётся постоянное магнитное поле. Когда ротор генератора начинает вращаться, в обмотках статора наводится переменное трёхфазное напряжение. Это напряжение подаётся на выпрямитель, после которого постоянное напряжение генератора поступает в бортовую сеть автомобиля. Генератор вступает в работу, когда его напряжение превышает напряжение аккумуляторной батареи.

Когда напряжение генератора достигает напряжения регулирования, состояние схемы регулятора изменяется. Напряжение, подаваемое с делителя напряжения на стабилитроны, достигает напряжения их пробоя и через них начинает протекать ток базы транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, сопротивление его перехода коллектор-эмиттер становится равным нулю и замыкает базу транзистора VT3 на корпус. Транзистор VT3 закрывается, прекращая ток обмотки возбуждения. Напряжение генератора начинает уменьшаться, напряжение на стабилитронах становится меньше напряжения их пробоя, ток через них прекращается, и схема регулятора возвращается в исходное состояние: VT1 – закрыт, а VT3 – открыт. Напряжение генератора вновь начинает расти и далее описанный процесс повторяется с определённой частотой, поддерживая напряжение генератора на уровне напряжения регулирования.

Величина напряжения регулирования задаётся рукояткой переключателя. Когда рукоятка переключателя направлена вниз (положение «МИН») герконы S1 и S2 находятся в разомкнутом состоянии и на стабилитроны поступает напряжение, определяемое всеми резисторами делителя напряжения. В этом случае оно максимальное и стабилитроны пробиваются при меньшем напряжении генератора, и он вырабатывает минимальное напряжение. При установке рукоятки переключателя в правое горизонтальное положение «СР» замыкается геркон S1 и шунтирует резистор R6. Общее сопротивление нижнего плеча (резисторы R4, R5, R6, R7) делителя напряжения становится меньше, на стабилитроны поступает меньшее напряжение и они пробиваются при большем напряжении генератора. Генератор в этом случае вырабатывает среднее напряжение. При установке рукоятки переключателя в левое горизонтальное положение «МАКС» замыкается геркон S2 и шунтирует резистор R7. Общее сопротивление нижнего плеча делителя напряжения становится минимально возможным, на стабилитроны поступает наименьшее напряжение и они пробиваются при самом большом напряжении генератора. Генератор в этом случае вырабатывает максимальное напряжение.

Если температура окружающей среды установилась 0 0 С и ниже, перевести рычажок переключателя в положение «МАКС» для предотвращения недозаряда аккумуляторных батарей. При температуре 0 0 С и выше рычажок перевести в положение «МИН» для предотвращения выкипания электролита. При недозаряде батарей при температуре окружающей среды 0 0 С и выше или при выкипании электролита при температуре окружающей среды 0 0 С и ниже рычажок установить в положение «СР».

Дроссель L1 уменьшает пульсацию на стабилитронах, что обеспечивает более точную величину регулируемого напряжения генератора.

Для повышения частоты переключения и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое в ней предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R10. При повышении входного напряжения, когда транзистор VT1 начинает открываться, а транзистор VT3 закрываться, ток, проходящий по резистору R10 и дросселю L1, уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на дросселе L1. В этом случае напряжение на стабилитронах VD1, VD2 увеличивается, вызывая более раннее возрастание базового тока транзистора VТ1 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует более быстрому закрыванию транзистора. Диод VD4 шунтирует ЭДС самоиндукции, возникающую в обмотке возбуждения генератора при прерывании в ней тока (закрытии транзистора VT3), защищая тем самым этот транзистор от перенапряжений. Конденсатор С1 исключает срабатывание регулятора напряжения от случайных импульсов напряжения, возникающих в бортовой сети при коммутациях.

Транзистор VT2, конденсатор С2, диод VD3, резисторы R11, R12 увеличивают скорость переключения транзистора VT3. При закрывании транзистора VT3 в обмотке возбуждения наводится ЭДС самоиндукции, от которой заряжается конденсатор С2 через резисторы R11 и R12. При этом на базе транзистора VT2 создаётся положительное напряжение, от которого последний открывается, соединяя базу транзистора VT3 с корпусом и ускоряя его закрытие. При открывании транзистора VT3 конденсатор С2 разряжается через него и диод VD3, создавая отрицательное смещение на базе транзистора VT2 и увеличивая сопротивление его перехода коллектор – эмиттер, что приводит к более быстрому открытию транзистора VT3.

Особенностью регулятора напряжения 2712.3702 является применение в нем стабилитронов с отрицательным температурным коэффициентом стабилизации и терморезистора R3. Напряжение стабилизации такого стабилитрона при нагреве и сопротивление терморезистора снижаются. При этом, несмотря на увеличение активного сопротивления дросселя L1, напряжение генератора не только не повышается, а даже несколько снижается.

Небольшое снижение напряжения генератора необходимо дня предотвращения перезарядки аккумуляторной батареи при повышении температуры электролита.

Схема подключение генераторной установки к бортовой сети автомобиля УРАЛ-4320-31 представлена на рисунке 8.

1 – генератор; 2 – регулятор напряжения; 3 – фильтр конденсаторный; 4 – реле отключения регулятора напряжения; 5 – провод красного цвета от вывода «+» генератора к клемме «+» указателя тока; 6 – провод красного цвета от кнопки электрофакельного устройства (ЭФУ);
7 – провод красного цвета к резистору добавочному с электротермическим реле; 8 – провод синего цвета от вывода «ВК» выключателя стартера и приборов;
9 – провод черного цвета от вывода фазы генератора «W» к реле блокировки стартера и тахометру

Рисунок 8 – Подключение генераторной установки к бортовой сети

автомобиля УРАЛ-4320-31

ЛИТЕРАТУРА

1 Энциклопедия магнетизма [Электронный ресурс] – Режим доступа: , свободный. – Загл. с экрана.