Зачем нужен трехуровневый регулятор напряжения

Трехуровневый регулятор напряжения Ваз 2110

Тенденции автомобильной инженерии крутятся вокруг электротяги: автомобилей, которые работают на электричестве, все активнее. Только смутно верится, что все мы одним махом пересядем на электромобили. Там же все держится на аккумуляторе, а мы пока что и со стартерной батареей справиться не можем. Для этого и придумывают все новые устройства, которые продлевают ей жизнь. Одним из таких допов стало реле зарядного напряжения с тремя ступенями.

Содержание:

Недостатки электрооборудования ВАЗ 2110

Откуда, собственно, исходят все претензии к АКБ? Хороший ухоженный аккумулятор прослужит пять-семь долгих зим и никаких вопросов к нему не возникнет, если правильно его заряжать, правильно разряжать и хоть немного следить за его состоянием. В случае, когда АКБ заряжается прямо на борту автомобиля, что чаще всего и происходит, зарядный ток сильно зависит от количества потребителей на борту.

Чем их больше, тем скупее становится генератор и уделяет АКБ все меньше внимания. Ему же нужно прокормить прожорливые противотуманки, мощную аудиосистему, дополнительные средства комфорта, холодильники, обогреватели стекол, зеркал и сидений, да мало ли чего еще понапридумывают тюнингеры. А генератор разработан с учетом номинального зарядного тока, не учитывая дополнительной нагрузки. В результате, батарея сидит на голодном пайке, постоянно недозаряжается, особенно зимой, пластины осыпаются и через два года изнурительной работы просится на свалку. Виним мы, конечно, аккумулятор. Только зря.

Как стабилизировать напряжение

Виноваты и мы сами, но есть определенные претензии к штатному регулятору напряжения. Не может он, бедный, учесть ту массу задач, которую мы наваливаем на его маленькую голову в процессе улучшения автомобиля и довешивания разных приборов. Появилось свежее решение, особенно актуальное в автомобилях ВАЗ десятого семейства и выше. Не потому что именно эти автомобили чаще всего напичканы дополнительными устройствами, а потому что сконструирован генератор и реле-регулятор впритык к номинальному потреблению тока.

Трехуровневый регулятор напряжения ВАЗ 2110 работает в тесной связке с генератором. Не нужно напоминать, что генератор вырабатывает электрический постоянный ток непостоянного номинала. То есть, чем выше обороты двигателя, тем большее напряжение на выходе выдавал бы генератор, а это не всем приборам полезно. Не было бы регулятора напряжения, оно скакало бы в бортовой сети от 10 до 16 вольт и выше, а это неприемлемо для большинства приборов и устройств.

Применение трехуровневого регулятора напряжения

Для этого и установлен регулятор напряжения. В тонкости мы вдаваться не станем, но реле завязано с щеточным узлом и регулирует выходное напряжения путем ограничения и стабилизации токов обмотки генератора. Нормальная работа реле-регулятора на ВАЗ 2110 предполагает наличие 13-14 вольт на выходе и этого вполне достаточно аккумулятору для нормальной подзарядки в рабочем режиме.

Достаточно, если не довешивать дополнительных потребителей электричества. Это явный промах инженеров, хотя скорее всего, они пользуются конструкцией генератора полувековой давности, когда самым мощным потребителем на борту мог быть разве что магнитофон с кассетами. Именно в этот момент на сцену должны выйти трехуровневые регуляторы напряжения и предложить свою помощь.

Принцип работы устройства

Трехуровневые регуляторы способны выполнить практические любые условия, которые необходимы АКБ для качественной зарядки, причем общее напряжение сети не падает, а только стабилизируется. Сложного в его устройстве нет ничего, поскольку это тот же регулятор, только три штуки, с особым электронным механизмом управления, который может учитывать очень важные вещи:

1. Состояние аккумулятора.
2. Уровень его заряда.
3. Нагрузку на аккумулятор.
4. Температуру окружающей среды.
5. Количество оборотов двигателя.

Исходя из этих данных, устройство может самостоятельно устанавливать оптимальное зарядное напряжение для АКБ, не обделяя других потребителей, что очень важно зимой и в темноте.

Режимы работы регулятора ВАЗ 2110

Поскольку устройство имеет трехуровневую схему, то градаций должно быть три:

• минимальное напряжение, которое поддерживает регулятор составляет 13,6 В, это применимо к
• сложным условиям эксплуатации при высокой температуре воздуха;
• нормальный режим стабилизирует напряжение на уровне 14,3 В;
• максимальный — это напряжение не менее 14,7 В для работы в условиях нагрузок при низких температурах воздуха.

Установка трехуровневого реле проводится быстро и без проблем и не сложнее замены щеток. Инструкция, которой комплектуется устройство, подробно объясняет каждый шаг, включая коммутацию. Цена трехуровневого регулятора для ВАЗ 2110 составляет не более 350 рублей в зависимости от производителя.

Таким образом, взвесив все за и против устройства, можно за небольшие деньги значительно продлить жизнь аккумулятору и стабилизировать работу электрооборудования в автомобиле. Удачных всем дорог и стабильного напряжения в сети!

Трехуровневый регулятор напряжения для ВАЗ своими руками

Даже достаточно мощный генератор автомобиля ВАЗ 2110 в наши дни уже далеко не всегда справляется с постоянно растущим количеством потребителей электроэнергии, что приводит к возникновению ситуаций, когда его выходное напряжение падает ниже критичного значения (когда прекращается заряд аккумуляторной батареи). Впрочем, и эта проблема имеет свое решение и оптимальным вариантом является установка трехуровневого регулятора напряжения.

Изготовление трехуровневого регулятора напряжения на штатной основе

Для реализации данной задачи нам понадобятся:

• Две сборки 25CTQ045 ( с диодами использующими эффект барьера Шоттки), обеспечивающих падение напряжения до 0,4В. Такие сборки выдерживают ток 30А, однако если в руки попадутся менее мощные, то можно установить и их (номинала в 5А вполне хватит). Как вариант можно использовать диоды MBR1545;
• Радиаторы для охлаждения диодов;
• Трехпозиционный тумблер с параметрами среднего положения 125В/6А для постоянного тока и 250В/3А для переменного;
• Пластмассовый корпус подходящего размера (подойдет корпус от блока центрального замка);
• Крепление для корпуса устройства (можно использовать планку крепления электропривода замка дверей);
• два куска провода различных цветов с диаметром, позволяющим протянуть их через прорезь в крышке генератора ( в нашем случае красный и черный);
• пластмассовый фиксатор для удержания проводов в корпусе регулятора.

Схема подключения диодов выглядит следующим образом:

При этом, при установке переключателя S1 в положение «1», генератор эксплуатируется в штатном режиме – диоды исключены из работы.

Установка тумблера S1 в положение «3» обеспечивает подключение одного диода, в результате чего выходное напряжение генератора возрастает на 0,3-0,4В.

Перемещение переключателя в положение «2» подключает к работе два диода Шоттки (соединенных последовательно), соответственно и напряжение увеличится на 0,6-0,8В.

Примерное расположение деталей схемы в корпусе показано на фото ниже (к «входу» подсоединяем красный провод, а к «выходу» – черный).

Для обеспечения подключения нашего самодельного диодного устройства к генератору, красный провод снабжаем клеммой «папа» (его мы соединим с «мамой» провода, идущего от диодного моста). В свою очередь черный провод дополняем контактом типа «мама» и его подключаем к клемме возбуждения регулятора напряжения. Как уже указывалось выше, провода протягиваем через щель в пластмассовой крышке генератора.

На последнем этапе монтажа закрепляем корпус устройства в любом удобном месте (подальше от сильных источников тепла).

Установка трехуровневого регулятора напряжения заводского изготовления

Для тех автолюбителей, которые не слишком уверены в своих силах и не стеснены финансово, существует более простой и быстрый способ справиться с просадками напряжения, а именно установка трехуровневого регулятора напряжения, купленного в магазине. Для выполнения такой работы не понадобятся особые технические навыки, а следует, всего лишь, приобрести регулятор и приготовить минимальный набор инструмента в виде ключа на «10», крестовой отвертки, ножа и приспособления для обжимки контактов.

Установка трехуровневого регулятора напряжения выполняется в следующей последовательности:

• Во избежание проблем отсоединяем от минусовой клеммы аккумулятора соответствующий силовой провод;
• При помощи ключа на «10» отворачиваем на генераторе гайку М6 и отодвигаем провода;
• Отсоединяем от генератора колодку с проводами и, отжав защелки, снимаем с него защитный кожух;
• Откручиваем винты крепления регулятора напряжения и отсоединяем его;
• На место старого регулятора устанавливаем щеткодержатель нового устройства (выходящий провод, для надежности, можно дополнительно укрепить герметиком);
• Жгут идущий от щеткодержателя к корпусу трехпозиционного регулятора протягиваем вдоль штатной проводки, фиксируя его пластиковыми хомутами;
• Корпус регулятора закрепляем в любом удобном месте, не забывая обеспечить наличие надежной «массы»( вплоть до того, что протягиваем дополнительный шунтирующий провод, соединяющий регулятор с корпусом генератора).

На заключительном этапе подсоединяем «минус» аккумулятора, запускаем двигатель и проверяем работу системы электроснабжения с изменением нагрузки от минимальной до максимальной.

Зачем нужен трехуровневый регулятор напряжения

Нередко работа генератора перестает удовлетворять возросшим требованиям, связанным с установкой дополнительного электрического оборудования, постоянно включенным ближним светом, частой и длительной работой двигателя на холостых оборотах, например, в пробках, а также использованием современных аккумуляторных батарей (АКБ), требующих повышенного напряжения заряда и более точного его поддержания.

Если суммарная долговременная мощность потребителей превышает паспортную мощность генератора, т. е. имеет место отрицательный энергетический баланс, наиболее эффективным решением проблемы может служить только замена генератора на более мощный. Такие решения, как уменьшение диаметра ведомого шкива для повышения передаточного числа привода, замена диодов выпрямительного моста на диоды Шоттки для снижения падения напряжения, применение полевых транзисторов в оконечном каскаде регулятора напряжения (РН), снятие мощности с нулевой точки обмотки статора (третьей гармоники фазного напряжения) и другие являются полумерами с ограниченной эффективностью, достаточно затратны и не способны кардинально решить проблему нехватки мощности.

В случае же, когда генератор справляется с электрической нагрузкой во всем диапазоне оборотов двигателя, нередко возникает задача повышения выдаваемого им напряжения по сравнению с тем, которое обеспечивается применением штатного РН. Нередко он имеет большой разброс напряжения регулирования, нижний предел которого у некоторых экземпляров может доходить до 13,6 В, что приводит к хроническому недозаряду даже АКБ старого образца со всеми вытекающими отсюда последствиями, особенно в холодное время года.

Все сказанное в дальнейшем справедливо для исправной электрической схемы с хорошими контактами между АКБ, кузовом, двигателем и генератором, при правильно натянутом приводном ремне.

Для повышения напряжения регулирования штатного РН в простейшем случае можно использовать дополнительный диод, включаемый в его цепь:

При этом контрольное напряжение на РН снижается на величину падения напряжения на открытом диоде, которое в зависимости от его типа – диод Шоттки, германиевый или кремниевый – составляет от 0,3 до 1,2 В. В результате напряжение регулирования РН возрастает на ту же величину. Поскольку через диод течет ток возбуждения генератора, его максимально допустимый прямой ток должен составлять не менее 5 А. Конструктивно диод может быть либо впаян в шину дополнительных диодов (показан стралкой):

(фото с сайта http://forum.auto35.ru), либо вставлен в разрыв штатных разъемов:

Аналогичный результат достигается установкой такого же диода в минусовую цепь РН:

Возможна также замена диода резистором сопротивлением 0,2-0,3 Ом, чем обеспечивается отрицательная обратная связь по напряжению с аналогичным эффектом. Мощность резистора должна составлять не менее 5 Вт, и необходим теплоотвод (как, впрочем, и для диодов тоже). Такие схемы, правда, могут отличаться нестабильностью напряжения регулирования.

Недостатком этих решений является некоторое снижение тока через обмотку ротора из-за падения напряжения на диоде или резисторе и, как следствие, небольшое снижение максимальной мощности генератора.

Более правильной с учетом этого недостатка является такая схема:

Здесь силовая и контрольная цепи РН разделены, а диод, показанный на схеме справа, включен только в последнюю. Параллельно ему установлен диод, необходимый для гашения тока самоиндукции обмотки ротора. Он совместно с диодом в самом РН предотвращает пробой силового ключа РН при коммутации обмотки. Реализация этой схемы конструктивно сложнее, поскольку требует разъединения нередко сваренных контактов в самом щеточном узле. Здесь необходимо плюсовую щетку, соединяющуюся через клемму “папа” с выпрямителем, отключить от вывода, выходящего из корпуса РН, а в образовавшийся зазор впаять диоды и обеспечить их изоляцию. Это, правда, намного проще сделать, если РН уже вынесен за пределы генератора.

И, наконец, наиболее эффективное решение достигается установкой выносного РН с заменой щеточного узла и размещением самого регулятора вне генератора, подверженного нагреву, попаданию воды и антифриза. В этом случае обеспечиваются также более корректная термооптимизация работы РН, возможность переключения напряжений регулирования, как это сделано в многоуровневых РН, и удобство его обслуживания.

В генераторах 8-го и 10-го семейства, установленных на ВАЗ-21213 и 21214 соответственно, напряжение для контроля РН снимается с дополнительных диодов, которые одновременно служат для питания обмотки ротора. В ряде случаев, особенно при большой нагрузке на генератор и высоких оборотах двигателя, напряжение в этой точке может превышать на 0,2 – 0,3 В напряжение на силовом выводе генератора, а следовательно и на АКБ. Это объясняется бОльшим падением напряжения на силовых диодах по сравнению с дополнительными и приводит к некорректной работе РН, т. е. к занижению напряжения регулирования на эту величину. Избежать этого можно, снимая контрольное напряжение с силового вывода, что реализовано в современных генераторах путем применения РН нового образца с дополнительным выводом:

Путем несложной доработки его можно установить в генератор 10-го семейства. Подробности можно узнать на форуме autolada.ru http://www.autolada.ru/viewtopic.php?t=187791&start=150&postdays=0&postorder=asc&highlight=.

Для генераторов 8-го семейства, используемых в ВАЗ-21213, выпускается РН нового образца (1702.3702.01) с дополнительным выводом http://www.vtnauto.com/ru/1702.html, подключаемым к силовой клемме.

Поскольку у меня уже был установлен всем хорошо известный трехуровневый РН, я собрал несложную схему, показанную на следующем рисунке:

Здесь в цепь плюсовой клеммы РН введен контакт реле Р, обмотка которого подключена к дополнительным диодам. После запуска двигателя и возбуждения генератора реле Р срабатывает и переключает контрольный вывод РН с дополнительных диодов на силовой вывод генератора, в моем случае – непосредственно на плюсовую клемму АКБ. Таким образом, при работе генератора контрольная и силовая цепи РН развязаны: контрольное напряжение снимается с АКБ, а на обмотку ротора подается напряжение с дополнительных диодов. Благодаря этому удалось добиться стабилизации напряжения во всех режимах на уровне 14,2 В (в среднем положении переключателя).

Реле можно использовать любое автомобильное 5-контактное на напряжение 12 В. Конденсатор С служит для повышения инерционности реле и сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Диод VD1 с максимальным прямым током не менее 1 А, например, 1N4001 служит для гашения тока самоиндукции обмотки ротора взамен аналогичному диоду внутри РН, который для корректной работы схемы необходимо удалить:

Все элементы, включая сам РН, размещены в подходящей по размеру электротехнической монтажной коробке.

Статья не претендует на оригинальность, а является лишь попыткой обобщения имеющегося опыта и личных наблюдений.