Внешний регулятор напряжения для генератора

Внешний регулятор напряжения генератора

Приветствую!

Предлагаю сделать внешний регулятор напряжения для автомобильного генератора.

Какие преимущества даёт внешний регулятор напряжения? Первое то, что его можно расположить в более доступном месте, чем на самом генераторе. На некоторых автомобилях, чтобы получить доступ к генератору, необходимо отсоединить приемную трубу глушителя, а чтобы снять сам генератор, нужно еще и вытащить одну полуось из коробки передач. К тому же, если генератор расположен рядом с приемной трубой глушителя, он больше греется. Условия эксплуатации как самого генератора, так и диодного моста, и регулятора напряжения получаются очень жесткими.

Вторым преимуществом является то, что можно легко подстроить выходное напряжение генератора, если оно оказалось ниже (например, из-за падения на соединительных проводах) или выше необходимого для подзарядки АКБ.

Вкратце о том, как работает регулятор напряжения.

В генераторах переменного тока с обмоткой возбуждения (Field Coil) выходное напряжение регулируется путем изменения тока, протекающего через эту обмотку. В большинстве случаев обмотка возбуждения наматывается на роторе. Ток в обмотке создает магнитное поле. Когда ротор начинает вращаться, вращающееся вместе с ним магнитное поле индуцирует ток в обмотке статора. Чем больше ток через обмотку возбуждения, тем выше напряжение на выходе генератора. Выводы обмотки возбуждения подключаются к контактным кольцам (Slip Rings), расположенным на валу генератора, а ток возбуждения подается через угольные щетки (Brushes).

Без регулирования тока через обмотку возбуждения напряжение на выходе генератора может достигать больших значений (больше 200 В). Естественно, для подзаряда автомобильного аккумулятора такие напряжения, мягко говоря, не нужны. Обычно в бортовой сети автомобиля при работающем двигателе (вращающемся роторе генератора) поддерживается напряжение величиной от 13.5 до 14.5 В. Принцип регулирования выходного напряжения генератора на автомобиле основан на изменении времени включенного состояния обмотки возбуждения. Другими словами, если выходное напряжение вышло за допустимые параметры, регулятор отключает обмотку от цепи питания. Если выходное напряжение не превышает допустимую величину, то обмотка возбуждения подключена к питанию.

Существуют две схемы подключения регулятора к обмотке возбуждения. Первая – когда обмотка постоянно подключена к + источника, и регулятор коммутирует другой вывод обмотки с минусом (землей). А вторая схема – обмотка возбуждения постоянно подключена к минусовому контакту источника. В данном случае регулятор коммутирует второй вывод обмотки с + источника. Первую схему еще называют схемой А, вторую – схемой В. По аналогии с ключами на полевых транзисторах, первая схема – это нижний ключ, а вторая – верхний ключ.

Схема простейшего регулятора и его подключение к аккумулятору приведена на рисунке:

Регулятор подключается контактом B+ к одноименному контакту на генераторе. Минусовой контакт регулятора соединяется с корпусом генератора. Либо регулятор подключается непосредственно к АКБ (B+ к плюсовой, а общий – к минусовой клеммам АКБ). Контакты F1 и F2 регулятора подсоединяются к обмотке возбуждения (выводы щеток). Делитель из резисторов R1, R2 и R3 задает напряжение, при котором открывается стабилитрон VD1 1N4742A с напряжением стабилизации 12 В.

Пока напряжение, приходящее с движка резистора R2, меньше 12 В, стабилитрон закрыт. Напряжение на базе VT1 недостаточно для открытия этого транзистора. На затворе полевого транзистора VT2, благодаря резистору R5, присутствует напряжение питания, которое открывает транзистор. Благодаря этому, через обмотку возбуждения протекает ток. Как только напряжение с делителя превысит 12В, стабилитрон VD1 пробьется.

На базе транзистора VT1 появится напряжение, которое его откроет. Теперь ток с затвора полевого транзистора VT2 потечет через открытый транзистор и затвору ничего не достанется. Поэтому VT2 закроется и отключит обмотку возбуждения от источника питания. Переменным резистором R2 можно изменять порог срабатывания регулятора, тем самым изменяя выходное напряжение генератора.

О компонентах схемы.

Транзистор VT1 типа BC547 или аналогичный. VT2 IRF1404 . Данный транзистор хоть и рассчитан на ток до 202 А, но при длительной работе он греется. Поэтому лучше приделать к нему радиатор. VD1 1N4742A – стабилитрон на 12 В .

Соединение регулятора с генератором на автомобиле немного отличается от приведенной выше схемы. На автомобиле провод от лампы индикации заряда идет от приборной панели на генератор, поэтому проще не отсоединять этот провод от генератора (чтобы подключить на регулятор), а протянуть отдельный провод от выводов дополнительного выпрямителя. Этот провод подсоединяется к контакту лампы индикации заряда.

Например, генератор фирмы Delta Autotechnik. В данном генераторе регулятор подключен к обмотке возбуждения нижним ключом, т.е. один вывод обмотки подключен к выходу выпрямителя на дополнительных диодах (этот же вывод соединен с контактом, к которому подключается лампа заряда), а другой коммутируется регулятором на минус.

Для отсоединения родного регулятора от обмотки возбуждения необходимо отсоединить вывод щетки, который подключен к выходу регулятора (F2 на рисунке). Например, изолирующей прокладкой из текстолита (см. рисунок).

Вывод D+ нужно оставить соединенным с выводом родного регулятора, т.к. этот вывод также идет на контакт L. Итого от генератора автомобиля к внешнему регулятору будет идти 3 провода (на схеме ниже в пунктирном прямоугольнике): 2 провода от выводов щеток и 1 провод с контакта лампы индикации заряда.

А +12 В и -12 В можно взять непосредственно с АКБ.

Обсудить на форуме.

Если Вы нашли что-то полезное, поделитесь с друзьями:

Внешние регуляторы напряжения

Генератор автомобильного типа не справляется с зарядом тяговых аккумуляторов. Его встроенный регулятор напряжения рано уменьшает выходной ток и генератору не хватает времени, чтобы зарядить аккумуляторы полностью. Емкость аккумуляторов постепенно уменьшается и дорогие батареи выходят из строя раньше срока.

Проблему решает сложный, управляемый микропроцессором, многоступенчатый регулятор. Умный регулятор поддерживает относительно высокое напряжения, до тех пор, пока аккумуляторы почти полностью не зарядятся, а затем уменьшает его, чтобы избежать перезарядки. Большинство регуляторов, так же как и зарядные устройства для тяговых аккумуляторов, выполняют как минимум три этапа зарядки

Три стадии зарядки

Фаза насыщения

Во время этой стадии регулятор поддерживает максимальную мощность генератора, до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не поднимется до предустановленного значения (для 12 вольтовых генераторов это обычно 14,2-15,1 вольт). В отличии от автомобильных генераторов, которые заряжают при постоянном напряжении, зарядка в стадии насыщения идет при постоянном токе.

Понять разницу между двумя типами зарядки помогает аналогия с насосом, который накачивает воду в резервуар, состоящий из нескольких отсеков, соединенных между собой полупроницаемыми мембранами. Генератор в системе с постоянным напряжением работает как центробежный насос. По мере того как давление в баке растет, объем воды перекачиваемой насосом снижается, даже если он еще не достиг своего максимального давления.

В отличии от него, генератор с регулятором напряжения постоянного тока работает как насос с постоянным расходом, который перемещает одинаковый объем воды вне зависимости от давления в системе до тех пор, пока датчик давления (регулятор напряжения) не выключит его. Расход насоса постоянен пока не сработает датчик.

Регулятор напряжения постоянного тока не допускает падения тока зарядки, так как регулятор постоянного напряжения и поэтому заряжает аккумуляторы быстрее

Чем больше отношение емкости аккумуляторной батареи к постоянному току зарядки, тем быстрее повысится напряжение аккумулятора. Но тем меньше он окажется заряженным. Увеличивая поверхностное напряжение пластин аккумулятора, генератор не дает их внутренним областям времени «усвоить» ток.

Во время быстрой зарядки напряжение окончания первой стадии должно быть выше, чтобы аккумулятор достиг того же состояния, что при медленной зарядке низким напряжением. При зарядке током в 10% от емкости стадия насыщения заканчивается напряжением 14,2 вольта, а при зарядном токе 25% от емкости напряжение окончания первой стадии 14,4 вольта.

Однако необходимо избегать крайностей. Ток зарядки с многоступенчатым генератором должен быть равен нагрузке при работающем двигателе плюс 10-40% емкости аккумулятора. Для аккумуляторов с жидким электролитом это значение ниже, для AGM батарей – выше.

Стадия абсорбции

Слишком долгая зарядка постоянным током опасно увеличивает напряжение аккумулятора и грозит ему выходом из строя. Чтобы не допустить этого, во время второй стадии регулятор поддерживает постоянным напряжение на котором закончился первый этап зарядки (14,2-15,1 вольт для 12 вольтовых систем). При постоянном напряжении ток определяется скоростью проникновения заряда во внутренние области пластин.

Чтобы заряд распространился по всей толщине аккумуляторной пластины, продолжительность второго этапа задают заранее или заканчивают зарядку, когда потребляемый аккумулятором ток снижается до 2% от емкости.

Поддерживающая зарядка

Если продолжать стадию абсорбции для полностью заряженного аккумулятора, он пострадает от перезарядки. Чтобы не допустить этого, по окончании второй стадии регулятор переключается на низкое поддерживающее напряжение (13.2-13.6 вольт), которое защищает аккумулятор при продолжительной работе двигателя.

Дополнительные возможности регуляторов

Различные регуляторы напряжения имеют множество дополнительных функций:

Температурная компенсация. Благодаря ей напряжение регулятора уменьшается, если температура аккумулятора растет. Если внешний регулятор напряжения используется с мощным генератором, то высокий ток нагреет аккумулятор и внутреннее сопротивление аккумулятора уменьшится. Если регулятор не снизит напряжение, аккумулятор начнет потреблять все больший и больший ток, а его температура продолжит расти. В худшем случае аккумулятор окажется в состоянии термического разгона. Нагревшаяся батарея будет потреблять практически любой ток, ее температура продолжит расти, электролит закипит, активный материал высыплется из решёток, корпус расплавится и может быть даже взорвется.

Максимально допустимая температура аккумулятора 52 С.

Если система рассчитана на поддержание постоянной скорости заряда выше 10-15% от емкости аккумуляторной батареи, и особенно выше 25%, то в целях безопасности мощный регулятор напряжения должен иметь температурную компенсацию, основанную на измерении температуры аккумулятора, а не самого устройства.

Если корпус аккумулятора становится теплым на ощупь, значит температура внутри аккумулятора приближается к опасно высокой.

Рекомендуемые напряжения зарядки и температурной компенсации для гелевых аккумулятоов DEKA:

Температура, С	Напряжение зарядки, Вольт		Поддерживающее напряжение, Вольт
Нормальное	Максимальное	Нормальное	Максимальное
свыше 49	13,0	13,3	12,8	13
44-48	13,2	13,5	12,9	13,2
38-43	13,3	13,6	13	13,3
32-37	13,4	13,7	13,1	13,4
27-31	13,5	13,8	13,2	13,5
21-26	13,7	14	13,4	13,7
16-20	13,85	14,15	13,55	13,85
10-15	14	14,30	13,7	14
5-9	14,2	14,5	13,9	14,2

Рекомендуемые напряжения зарядки и температурной компенсации для AGM аккумуляторов DEKA:

Температура, С	Напряжение зарядки, Вольт		Поддерживающее напряжение, Вольт
Нормальное	Максимальное	Нормальное	Максимальное
свыше 49	13,6	13,9	12,8	13
44-48	13,8	14,1	12,9	13,2
38-43	13,9	14,2	13	13,3
32-37	14,0	14,3	13,1	13,4
27-31	14,1	14,4	13,2	13,5
21-26	14,3	14,6	13,4	13,7
16-20	14,45	14,75	13,55	13,85
10-15	14,6	14,9	13,7	14
5-9	14,8	15,1	13,9	14,2

Возможности внешних регуляторов:

• Таймер работающий во время стадий зарядки и поглощения. Если по какой-то причине ток, потребляемый аккумулятором в конце второй стадии не уменьшился, регулятор все равно переключится на поддерживающую зарядку. Это защитит аккумулятор от перезарядки в результате короткого замыкания в ячейке или другой похожей проблемы.
• Функция временной задержки. Генератор включается спустя несколько секунд после запуска двигателя. Это устраняет возможные проблемы при запуске, вызванные высокими нагрузками генератора с высокой выходной мощностью. Затем выход генератора постепенно увеличивается, чтобы избежать ударной нагрузки на приводной ремень.
• Ограничение тока. Регулятор ограничивает максимальный ток, отдаваемый генератором в нагрузку и защищает стандартный генератор. Ограничение тока также используют для контроля максимальной мощности генератора на небольшом двигателе.
• Контроль напряжения на аккумуляторах, а не на выходе генератора. Позволяет точнее контролировать состояние и управлять процессом зарядки.
• Водонепроницаемый корпус.

Преимущества многоступенчатого регулятора

Стандартному регулятору напряжения, даже с генератором высокой мощности, требуется до 7 часов на зарядку глубоко разряженных тяговых аккумуляторов. Как правило столько времени на зарядку никогда не бывает. В результате аккумуляторы недозаряжаются, электрическая система работает ниже своих возможностей и аккумуляторы выходят из строя из-за сульфатации.

Высоконагруженный генератор и многоступенчатый выносной регулятор напряжения, сокращают время зарядки аккумуляторов глубокого разряда вдвое. Если аккумуляторную батарею заряжают до 80% емкости, то время зарядки уменьшается до 1-1,5 часов в день. Эффективность электрической системы и срок службы аккумуляторов возрастает, а количество проблем с электричеством на борту уменьшается. Возникающая экономия в течении месяца окупает затраты на новое оборудование.

Технические характеристики внешних регуляторов Sterling Power

Pro Reg BW	Pro Reg DW	Pro Reg D
Рабочее напряжение, В	12	12/24	12/24
Рекомендуемая мощность генератора, А. Со встроенным регулятором/без регулятора	350/150	450/150	600/400
Использование со встроенным регулятором или отдельно	Да	Да	Да
Плавный запуск генератора	Да	Да	Да
Типы заряжаемых аккумуляторов	4	4	4
Четырехступенчатая зарядка постоянным током	Да	Да	Да
Датчик температуры аккумуляторов	Да	Да	Да
Датчик температуры генератора	Нет	Да	Да
Дистанционное управление	Нет	Да	Да
Встроенный охлаждающий вентилятор	Нет	Нет	Да
Класс защиты	IP67	IP67
Габаритные размеры, мм	120 х 80 х 45	160 х 96 х 55	180 х 90 х 55
Вес, кг	0.4	0.6	0.5

Вместо того чтобы приобретать зарядный генератор, можно повысить производительность уже установленного. Внешний регулятор напряжения замещает встроенный регулятор генератора, выполняет программу трехступенчатой зарядки и превращает генератор в мощное зарядное устройство. Максимальный выходной ток в этом случае ограничен мощностью установленного генератора.

Зарядное устройство постоянного тока, работающее от генератора решает те же задачи. Но в отличии от внешнего регулятора напряжения установить такое устройство сможет даже не специалист и оно подходит для двигателей оснащенных электронными блоками управления.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Источник