Від роботи регулятора напруги (реле-регулятора) залежить стан акумуляторної батареї, правильна робота генератора і системи запалювання, стан і нормальна робота приладів і пристроїв автомобіля. Нижче розглядаються принципи роботи різних схем автомобільних регуляторів напруги і генераторних установок.
Регулятор напруги підтримує напруга бортової мережі в заданих межах у всіх режимах роботи при зміні частоти обертання ротора генератора, електричної навантаження, температури навколишнього середовища. Крім того, він може виконувати додаткові функції - захищати елементи генераторної установки від аварійних режимів і перевантажень, автоматично включати в бортову мережу силовий ланцюг генераторної установки або обмотку збудження.
За своєю конструкцією регулятори поділяються на безконтактні транзисторні, контактно-транзисторні і вібраційні (реле-регулятори). Різновидом безконтактних транзисторних регуляторів є інтегральні регулятори, які виконуються за спеціальною гібридної технології, або монолітні на монокристалі кремнію. Незважаючи на настільки різноманітне конструктивне виконання, все регулятори працюють за єдиним принципом.
Напруга генератора залежить від трьох чинників - частоти обертання його ротора, сили струму навантаження і величини магнітного потоку, створюваного обмоткою збудження, який залежить від сили струму в цій обмотці. Будь-регулятор напруги містить чутливий елемент, що сприймає напруга генератора (зазвичай це дільник напруги на вході регулятора), елемент порівняння, в якому напруга генератора порівнюється з еталонною величиною, і регулюючий орган, що змінює силу струму в обмотці збудження, якщо напруга генератора відрізняється від еталонної величини .
У реальних регуляторах еталонної величиною може бути не обов'язково електрична напруга, але і будь-яка фізична величина, досить стабільно зберігає своє значення, наприклад, сила натягу пружини в вібраційних і контактно-транзисторних регуляторах.
У транзисторних регуляторах еталонної величиною є напруга стабілізації стабілітрона, до якого напруга генератора підводиться через дільник напруги. Управління струмом в обмотці збудження здійснюється електронним або електромагнітним реле. Частота обертання ротора і навантаження генератора змінюються відповідно до режиму роботи автомобіля, а регулятор напруги будь-якого типу компенсує вплив, цього зміни на напругу генератора впливом на струм в обмотці збудження. При цьому вібраційний або контактно-транзисторний регулятор включає в ланцюг і вимикає з ланцюга обмотки збудження послідовно резистор (в двоступеневих вібраційних регуляторах при роботі на другому ступені закорачивает цю обмотку на масу), а безконтактний транзисторний регулятор напруги періодично підключає і відключає обмотку збудження від ланцюга харчування . В обох варіантах зміна струму збудження досягається за рахунок перерозподілу часу знаходження переключающего елемента регулятора у включеному і вимкненому станах.
Якщо сила струму збудження повинна бути, наприклад, для стабілізації напруги, збільшена, то в вібраційному і контактно-транзисторних регуляторах час включення резистора зменшується в порівнянні з часом його відключення, а в транзисторному регуляторі час включення обмотки збудження в ланцюг харчування збільшується по відношенню до часу її відключення.
На рис. 1 показано вплив роботи регулятора на силу струму в обмотці збудження для двох частот обертання ротора генератора n1 і п2, причому частота обертання п2 більше, ніж п1. При більшій частоті обертання відносне час включення обмотки збудження в ланцюг харчування транзисторним регулятором напруги зменшується, середнє значення сили струму збудження зменшується, чим і досягається стабілізація напруги.
BK @ 53C; OB> @ 0 = 0 A8; C B>: 0 2> 1<>B 5 2> 71C645 = 8O "height =" 398 "width =" 294 ">
З ростом навантаження напруга зменшується, відносний час включення обмотки збільшується, середнє значення сили струму зростає таким чином, що напруга генераторної установки залишається практично незмінним.
На рис. 2 представлені типові регулювальні характеристики генераторної установки, що показують, як змінюється сила струму в обмотці збудження при постійній напрузі і зміні частоти обертання або сили струму навантаження. Нижня межа частоти перемикання регулятора складає 25-30 Гц.
2> G = K5 E0 @ 0: B5 @ 8AB8: 8 35 = 5 @ 0B> @ => 9 CAB0 => 2: 8 "height =" 252 "width =" 540 ">
Генераторні установки з вентильними генераторами не використовують будь-яких включають пристроїв в силовому ланцюзі. Для нормального функціонування їх регулятора напруги до нього повинні бути підведені напруга бортової мережі (напруга генератора) і висновки ланцюга обмотки збудження генератора. Напруга генератора діє між висновками "+" і "М" ( "маса") генератора (у генераторів автомобілів ВАЗ відповідно "30" і "31"). Висновки обмотки збудження позначені індексом "Ш" ( "б7" у генераторів ВАЗ).
На рис. 3 зображені принципові схеми генераторних установок. У дужках дані позначення висновків генераторних установок автомобілів ВАЗ. На малюнках цифрами позначені: 1 - генератор; 2 - обмотка збудження; 3 - обмотка статора; 4 - випрямляч з вентильним генератором; 5 - вимикач; 6 - реле контрольної лампи; 7 - регулятор напруги; 8 - контрольна лампа; 9 - помехоподавляющий конденсатор; 10 - трансформаторно-випрямний блок ,; 11 - акумуляторна батарея; 12 - розмагнічує обмотка у генераторів змішаного магнітно-електромагнітного збудження; 13 - резистор підживлення обмотки збудження від акумулятора.
Розрізняють два типу не взаємозамінних регуляторів напруги. В одному типі (рис. 3, а, з) вихідний коммутирующий елемент регулятора напруги з'єднує висновок обмотки збудження генератора з "+" бортовий мережі, в іншому типі (рис. 3, б, в) - з "-" бортовий мережі. Транзисторні регулятори напруги другого типу є більш поширеними.
Щоб на стоянці акумуляторна батарея нічого розряджалася, ланцюг обмотки збудження генератора (див. Рис. 3, а, б) замикається через вимикач запалювання. Однак, при цьому контакти вимикача коммутируют силу струму до 5 А, що несприятливо позначається на їх терміні служби. Тому через вимикач запалювання замикається лише ланцюг управління регулятора напруги (див. Рис. 3, в), що споживає струм в частки ампера. Переривання струму в ланцюзі управління переводить електронне реле регулятора в вимкненому стані, що не дозволяє току протікати в обмотку збудження. Однак, застосування живлення перевести в ланцюзі генераторної установки знижує її надійність і ускладнює монтаж на автомобілі.
Крім того, падіння напруги в вимикачі запалювання та інших комутуючих або захисних елементах, включених в ланцюг регулятора (штекерні з'єднання, запобіжники), впливає на рівень підтримуваного регулятором напруги і частоту перемикання його вихідного транзистора (див. Рис. 3, а-в), що може супроводжуватися миготінням ламп освітлювальної та світлосигнальної апаратури, коливанням стрілок вольтметра і амперметра.
Тому перспективнішою є схема рис. 3, д. У цій схемі обмотка збудження має свій додатковий випрямляч, що складається з трьох діодів (в пятифазний системі генератора - з п'яти діодів). До висновку "+" цього випрямляча, який позначений індексом "Д", і під'єднується обмотка збудження генератора. Схема допускає розряд акумуляторної батареї малими струмами по ланцюгу регулятора напруги. При тривалій стоянці рекомендується знімати наконечник проводу з клеми "+" батареї.
Подвозбужденіе генератора від акумуляторної батареї вводиться через контрольну лампу 8. Невелика сила струму, що надходить в обмотку збудження через цю лампу від акумуляторної батареї, достатня для збудження генератора і в той же час не може істотно впливати на розряд акумуляторної батареї. Зазвичай паралельно контрольної лампі включають резистор 13, щоб навіть в разі перегоряння контрольної лампи генератор міг збудитися. Контрольна лампа (див. Рис. 3, д) є одночасно і елементом контролю працездатності генераторної установки. На стоянці при включенні замку запалювання контрольна лампа загоряється, так як в неї надходить струм акумуляторної батареї через обмотку збудження генератора і регулятор напруги.
Після пуску двигуна генератор на клеми "Д" розвиває напругу, близьке за величиною напруги акумуляторної батареї, і контрольна лампа згасає. Якщо цього при працюючому двигуні не відбувається, значить генераторна установка напруги не розвиває, т. Е. Несправна.
З метою контролю працездатності (див. Рис. 3, а) введені реле з нормально замкнутими контактами, через які отримує харчування контрольна лампа 8. Ця лампа загоряється після включення замка запалювання і згасає після пуску двигуна, так як під дією напруги генератора, до середньої точці обмотки статора якого підключено реле, воно розриває свої нормально замкнуті контакти і відключає контрольну лампу 8 від мережі живлення. Якщо лампа при працюючому двигуні горить, значить генераторна установка несправна. У деяких випадках обмотка реле контрольної лампи підключається до висновку фази генератора. Обмотка збудження (рис. 3, е) включена на середню точку обмотки статора генератора, т. Е. Харчується напругою, вдвічі меншим, ніж напруга генератора.
При цьому приблизно вдвічі знижуються і величини імпульсів напруги, що виникають при роботі генераторної установки, що сприятливо позначається на надійності роботи напівпровідникових елементів регулятора напруги. Резистор 13 (див. Рис. 3, е) служить тим же цілям, що і контрольна лампа, тобто забезпечує впевнене збудження генератора.
На автомобілях з дизельними двигунами може застосовуватися генераторна установка на два рівня напруги 14/28 В. Другий рівень 28 В використовується для зарядки акумуляторної батареї, що працює при пуску ДВС. Для отримання другого рівня використовується електронний подвоювач напруги або траісформаторно-випрямний блок (ТВБ) (рис. 3, г). В системі на два рівня напруги регулятор стабілізує тільки перший рівень напруги - 14 В. Другий рівень виникає за допомогою трансформації і подальшого випрямлення ТВБ змінної напруги генератора. Коефіцієнт .трансформаціі трансформатора ТВБ близький до 1.
У деяких генераторних установках зарубіжного і вітчизняного виробництва регулятор напруги підтримує напругу не на силовому виведенні генератора "+", а на виведення його додаткового випрямляча (рис. 3, ж). Схема є модифікацією схеми рис. 3, д з усуненням її нестачі - розряду акумуляторної батареї через схему регулятора при тривалій стоянці. Таке виконання схеми можливо, тому що різниця напруги на виводі "+" і "Д" невелика. На рис. 3, ж показана схема пятифазний генератора з розмагнічуючою обмоткою в системі збудження. Ця обмотка діє зустрічно з обмоткою збудження і розширює робочий діапазон генераторних установок зі змішаним магніто-електромагнітним збудженням по частоті обертання. За цією схемою виконуються і вентильні генератори з електромагнітним збудженням в трифазному виконанні. У цьому випадку схема містить 9 діодів (6 силових і 3 додаткових) і не містить розмагнічуючої обмотки.
У схемі рис. 3, з лампа контролю працездатності генераторної установки включена на реле, що харчується від генератора з боку змінного струму. Реле є одночасно реле блокування стартера, містить вбудований всередину випрямляч і спрацьовує, якщо генератор розвиває змінну напругу. Висновки змінного струму генератора підключаються і на висновки тахометра. Реле-регулятори, що працюють в комплекті з генераторами постійного струму, крім стабілізації напруги, здійснюють автоматичне включення генератора, коли напруга генератора більше напруги батареї, і відключення його, коли напруга генератора менше напруги батареї, а також захист генератора від перевантаження. Отже, струм генератора повинен надходити споживачам через схему реле-регулятора - обмотку обмежувача струму і реле зворотного струму (рис. 4).
В даний час на комплектацію автомобілів надходять, в основному, генераторні установки з безконтактними транзисторними регуляторами, кількість вібраційних і контактно-транзисторних регуляторів, що знаходяться в експлуатації, скорочується.
Виконання генераторних установок відповідно до рис. 3 і їх застосовність зведені в табл. 1.