В силу изменения материальных обстоятельств пришлось
вернуться к ВАЗ 2106, и соответственно, появилась задача вылечить
прежние ее неисправности, на которые в свое время махнул рукой.
Перечень дефектов очень большой, со всем сразу не справиться,
поэтому начну с проблемы постоянного разряда аккумуляторной батареи.
Ситуация выглядит следующим образом. На холостых оборотах
напряжение составляет около 14 В. При повышении оборотов до 2500 об/мин
напряжение растет до 15 В.
При включении освещения на холостых оборотах напряжение падает
до 12 В, т.е. аккумуляторная батарея разряжается. Включение сигнала
тормоза, стеклоочистителя, вентилятора снижает напряжение еще
сильнее. При поездках в городе в темное время и с вечными пробками
заряда батареи хватает на несколько дней. Установка новой
аккумуляторной батареи не помогла. В свое время заменил реле-
регулятор AsTro 591.3702-01 на вибрационный РР380 и тогда по
субъективным ощущениям стало как-то лучше. Но РР380 не нравится
уже тем, что при размыкании контактов он должен сильно искрить, а это
моветон.
Рассмотрим устройство системы электроснабжения классики
типа ВАЗ 2101, ВАЗ 2106. Система состоит из аккумуляторной батареи 12В
55 а*ч, генератора переменного тока со встроенным выпрямителем и
внешним реле-регулятором, контактов замка зажигания,
предохранителя на 8 А, проводов с контактами. Причина низкого
напряжения в бортсети автомобиля может быть вызвана дефектом в
любом узле.
Судя по публикациям в Интернете причину часто ищут в реле-
регуляторе, который должен ограничивать напряжение на
аккумуляторной батарее на уровне 14 В.
Работа системы электроснабжения происходит следующим образом.
Во время работы двигателя вращается шкив генератора, шкив
механически закреплен на валу, на котором расположена обмотка
возбуждения ОВ с сопротивлением около 2 Ом и ее магнитопровод.
Питание обмотки обеспечивается от бортсети 12В через реле
–регулятор и далее через угольные щетки и коллектор. При вращении
обмотки с током около 5 А образуется вращающееся магнитное поле,
силовые линии которого пересекают витки обмоток неподвижного
статора. На трех выводах обмоток статора возникает трехфазное напряжение,
которое выпрямляется выпрямителем на 6-ти диодах. Параллельно
выходу выпрямителя подключена аккумуляторная батарея, которая
должна заряжаться и сглаживать пульсации напряжения.
Значение напряжения на выходе генератора зависит от частоты
вращения шкива генератора, магнитного поля от ОВ, и от значения тока,
протекающего через генератор. Ток через обмотки статора и диоды
создает на них падение напряжения, уменьшающее выходное
напряжение генератора тем больше, чем большая нагрузка (лампы
освещения, моторы стеклоочистителя и вентилятора) подключается к бортсети.
Напряжение на выходе генератора растет при повышении частоты
вращения шкива согласно известному каждому из школьного курса
физики закону электромагнитной индукции: напряжение
пропорционально скорости изменения магнитного потока, в нашем
случае пронизывающего витки обмоток статора. Амплитуда магнитного поля
и следовательно магнитного потока прямо пропорциональна
значению тока через ОВ, поэтому изменяя ток через ОВ можно
регулировать напряжение генератора. Реле- регулятор управляет
током через ОВ ключевым образом: ОВ может быть подключена
к бортсети или отключена.
Здесь может возникнуть вопрос, если в обмотке
возбуждения протекает ток 5 А и обмотка обладает существенной
индуктивностью, то при отключении питания в месте отключения должна
проскочить искра за счет э.д.с. самоидукции? Да именно так и есть в
случае электромеханического реле РР380. В полностью электронном
реле вопрос решается следующим образом: на выходе реле установлен
диод катодом к выходу, а анодом на корпус. При отключении выхода
реле от напряжения бортсети на ОВ изменяется полярность
напряжения и ток продолжает протекать через ОВ и вышеуказанный
диод, искры нет. Электрическая принципиальная схема реле-регулятора
AsTro 591.3702-01 приведена на рис. 1.
Рис. 1 – Cхема электрическая принципиальная AsTro 591.3702-01
Расположение элементов дано на рис.2
Рис. 2 – Cхема расположения элементов AsTro 591.3702-01
Регулятор состоит из порогового элемента на стабилитроне VD1,
резистивного делителя напряжения на резисторах R1, R1_1, R1_2, R2,
R4, ключа на транзисторе VT1 и резисторе R5, эмиттерного
повторителя на составном транзисторе VT2, VT3, цепей индикации
состояния выхода R8, HL1, HL2, R9, защитного диода VD2, контактных
штырей "15" и "67". Резисторы R3, R6, подключенные к эмиттерным
переходам VT1 и VT3, обеспечивают защиту этих транзисторов от
пробоя коллекторным напряжением и ускоряют их выключение.
Конденсатор С1 замедляет переключение VT1. Назначение цепи C2,
R7 для меня осталось загадкой. Симулятор MC9 показывает, что схема
одинаково работает с этими цепями и без.
Делитель обеспечивает регулировку порога включения/выключения.
Уменьшение верхнего плеча делителя увеличивает порог и наоборот.
На представленном экземпляре порог максимальный, двух резисторов
вообще нет, стоят перемычки - джамперы.
Работа схемы происходит следующим образом. При включении зажигания
напряжение в бортсети от аккумуляторной батареи равно 12,6 В,
стабилитрон VD1 закрыт, транзистор VT1 закрыт, эмиттерный
повторитель VT2, VT3 открыт, на выходе 11 В, светится красный
светодиод, через ОВ протекает ток 5 А. Магнитное поле в генераторе
есть. После запуска двигателя на генераторе появляется напряжение, в
штатном режиме превышающее напряжение аккумуляторной батареи
12,6 В, батарея заряжается, напряжение на ней и в бортсети
повышается. Пока оно меньше 14 В светится красный светодиод,
нарастает ток ОВ. При достижении порога через стабилитрон VD1
начинает протекать ток, VT1 открывается, составной транзистор VT2,
VT3 закрывается. На выходе "67" нарастает отрицательное напряжение,
создаваемое индуктивностью ОВ, которое переводит диод VD2 в
проводящее состояние, поэтому ток ОВ не прерывается, светится
зеленый светодиод HL2. Напряжение на выходе "67" определяется
падением напряжения на открытом диоде VD1 и составляет минус 1,5 В.
Энергия магнитного поля ОВ расходуется на выработку напряжения
генератора, поэтому ток в ОВ падает, напряжение возвращается к
порогу, регулятор опять включается и все повторяется. В итоге ток ОВ
имеет форму близкую к пилообразной. На автомобиле (поднять капот)
можно видеть постоянную смену свечения красного и зеленого
светодиодов. С увеличением частоты вращения коленвала
частота мигания увеличивается.
Вообще этот класс устройств правильнее называть - ограничители, так как
при напряжении менее 14 В "регуляторы" на это напряжение не влияют.
Файл проекта в замечательном симуляторе MC9 ASTRO_1cir
скачать здесь
При помощи анимированных переключателей можно менять
напряжение на регуляторе как статически так и в динамике?
и смотреть в свое удовольствие напряжения, токи, их осциллограммы
в любой точке схемы, без мультиметра и осциллографа.
В схеме, на мой взгляд, есть спорные решения:
1 назначение С1 и цепи С2,R7;
2 применение в качестве выходного ключа эмиттерного повторителя на
составном биполярном транзисторе;
3 параметры VD2 ;
4 отсутствие гистерезиса переключения.
По первому решению можно предположить, что С1 способствует
возможному устранению самовозбуждения VT1, а цепь С2,R7 вообще
лишняя.
По второму решению очевидно, что напряжение на выходе
эмиттерного повторителя минимум на 2 В меньше напряжения бортсети,
что при низких оборотах двигателя и большой нагрузке может привести
к разряду аккумулятора. Здесь возможно применить мощный
p-канальный транзистор с изолированным затвором, например
IRF 4905. Сопротивление канала открытого транзистора IRF 4905 - менее 20 мОм .
Третий момент, средний ток через диод S1M по справочным данным
не более 1А, а в нашей схеме он может составлять до 5 А. Вряд ли это
можно считать надежным решением, даже если учесть, что ток через
диод здесь импульсный, подходящего диода не нашел, сообщений о
его выходе из строя нет, оставляем пока этот.
По четвертому решению видно, что в схеме нет элементов формирующих
гистерезис переключения. После достижения порога реле выключается,
напряжение падает и реле должно опять быстро включиться. Правда за
счет инерционности процесса заряда/разряда аккумулятора напряжение
меняется не так быстро и переключение происходит не сразу, т.е.
работает некоторый "динамический" гистерезис. Вместе с тем никакой
сложности ввести в схему "правильный" гистерезис нет.
Доработанная по этим соображениям схема приведена на рис.3.
Рис.3 - Электрическая принципиальная схема AsTro плюс
При низком напряжении реле включено, транзистор VT2 выключен.
При повышении напряжения до порога выключения транзистор VT2
включается, переходит в состояние насыщения, где у него на
коллекторе практически 0 В, сопротивление нижнего плеча делителя
уменьшается и порог включения становится на 0,5 В меньше порога
выключения и поэтому включение произойдет с гарантированной
достаточно большой задержкой. Напряжение в сети будет пульсировать
с амплитудой 0,5 В, что никак не повредит электрические узлы
автомобиля и абсолютно не заметно на глаз.
Более редкое переключение реле увеличит его надежность.
И самое главное: падение напряжения на реле составит ничтожные
0,15 В, на проблемных низких оборотах ток ОВ будет больше на (10 – 15) %
и разряда аккумуляторной батареи не будет.