Реле регулятор напряжения генератора своими руками схема

Задумался я об этой штуке прошлой зимой, когда короткие поездки по городу (дом-работа, дом-магазин и т.д.) с включенными всеми потребителями начали давать о себе знать. Многие, наверное, слышали про установку «повышающего диода на регулятор напряжения», так вот, прочитав данную статью я задумался: при таком раскладе напряжение в бортовой сети в ручную не регулируется, просто становится больше на то значение, на какое упадет напряжение при прохождении тока через диод. Для начала немного теории: при прохождении тока через диод, напряжение падает в среднем на 0,5 вольта (в зависимости от диода), и штатный регулятор думает, что напряжение упало в бортовой сети, и заставляет генератор давать большее напряжение. Практика: берем ту же схему, что и для «повышающего диода» и добавляем к ней второй диод и переключатель на 3 положения, причем диод можно использовать любой, только, чтоб он был рассчитан на ток не менее 5А, далее собираем всё вот по такой схеме

И вуаля первое положение 14,2 В, второе положение 15,4 В, третье положение 14,8 В

Стабилизатор напряжения в бортовой электросистеме автомобиля – самый важный узел без всякого преувеличения. От качества его работы будет зависеть не только стабильность и длительность срок эксплуатации аккумулятора. При этом даже вполне исправное устройство стабилизации не всегда дает гарантию соответствия напряжения и качества питания электросети автомобиля. Нередко автолюбители задаются вопросом как сделать реле регулятор напряжения генератора более надежным – обратиться к специалистам СТО, собрать или усовершенствовать самостоятельно? Вариантов много.

Современные стабилизаторы

На современном автотранспорте, как правило, устанавливаются автоколебательные реле. Они работают по принципу отключения питания катушки возбуждения при достижении напряжения верхнего предела 13,5-13,8 В и подключения при нижнем пороге напряжения 14,5-14,6 В.

Таким образом, выходное напряжение постоянно колеблется. Теоретически это не считается недостатком, так как напряжение не выходит за допустимые рамки. Все же это не совсем безопасно. Наверняка опытные водители знают, что слабым местом у этого вида реле являются переходные моменты, когда резко меняются обороты ротора или нагрузочный ток. Особенно неблагоприятный момент возникает при большом токе нагрузки на малых оборотах. В эти моменты колебания напряжения часто превышают верхний порог. За счет кратковременности таких скачков аккумулятор не выйдет со строя сразу, но каждый раз его емкость и соответственно ресурс сокращается.

Решают эту проблему по-разному. Иногда автолюбители просто меняют автоколебательное реле на устаревшее контактно-вибрационное. Более оптимальным решением станет заменить реле на широтно-импульсный стабилизатор или модернизировать «родной» с помощью небольших дополнений.

ШИ-стабилизатор

Широтно-импульсные стабилизаторы характеризуются более стабильной работой, то есть в сеть автомобиля подается почти постоянное напряжение, а небольшие отклонения в пределах нормы носят плавный характер. В схеме устройства использованы те же детали, что и в оригинале, но в то же время включена микросхема К561ТЛ1. Это позволило собрать мультивибратор и формирователь коротких импульсов на 1-м узле. Также упрощен узел управления выходным ключом за счет применения полевого транзистора, повышенной мощности.

Цикл работы стабилизатора

С включением зажигания на выходе триггера DD1.1 появляется низкий логический уровень. В следствии, этого током зарядки конденсатора СЗ открывается транзистор VT1. Он в свою очередь начинает подавать на входы элемента DD1.2 высокий уровень, единовременно разряжая конденсатор С4. С появлением на выходе низкого уровня DD1.2 открывает полевой транзистор VT3. Ток с вывода стабилизатора протекает обмотку возбуждения генератора.

После прекращения импульса на выходе DD1.1 образуется высокий уровень и транзистор VT1 закрывается. Происходит зарядка конденсатора С4 током, проходящим через резистор R5 от генератора, который управляется транзистором VT2. В то время как напряжение на конденсаторе С4 опуститься до нижнего предела переключения триггера DD1.2, он переключится. На его выходе возникнет высокий уровень, который закроет транзистор VT3. В целях защиты входных цепей микросхемы DD1 напряжение конденсатора С4 ограничивается диодом VD4, что при его последующей зарядке не приведет к переключению DD1.2. Когда же на выходе генератора снова формируется импульс низкого уровня, процесс начинает повторяться.

Таким образом, стабилизация осуществляется длительностью включенного состояния полевого транзистора, а процессом управляет измерительное устройство, а также генератор тока. Когда возрастает напряжение на выводе генератора нарастает ток коллектора транзистора VT2. При увеличении ампеража конденсатор С4 начинает заряжаться быстрее и продолжительность включенного состояния транзистора VT3 уменьшается. В следствии ток, который протекает через обмотку возбуждения генератора уменьшается и, конечно же, уменьшается выходное напряжение генератора.

При понижении напряжения на выводе от генератора ток на коллекторе транзистора VT2 снижается. В результате время зарядки конденсатора С4 возрастает. Это приводит к более длительному периоду включенности транзистора VT3 и ток, который протекает через обмотку возбуждения генератора, возрастает. Выходное напряжение генератора также увеличивается.

Схема номер 2

В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

Модернизация регулятора напряжения

Это еще один вариант улучшить качество работы реле и устойчивость его к переходным моментам. За основу взято стандартное реле 50.3702-01, в схему которого добавили всего один резистор и конденсатор.

На схеме доработка обозначена красным цветом и, как видно, не требует больших усилий и особого опыта в радиоэлектронике. При увеличении напряжения в бортовой электросети, конденсатор С2 начинает заряжаться. При это часть тока протекает через базу транзистора VT1 и по величине пропорционален скорости роста напряжения. Это приводит к открытию транзистора VT1 и закрытию транзисторов VT2 и VT3. При этом происходит спад тока в катушке возбуждения, причем более ранний, чем без дополнительной установленной цепи. Это позволяет значительно уменьшить колебания напряжения в сети или вовсе их исключить. То же самое касается и снижения напряжения. Другими словами, рамки допустимого напряжения сужаются, а плавность стабилизации повышается.

На данной схеме также можно внедрить еще одно рациональное предложение. Как известно, выходное напряжение генератора оптимизируется в зависимости от окружающей температуры и зимой должно быть выше на 0,8 В, достигая где-то 14,6 В. По стандарту сезонная подстройка выполняется снятием или установкой перемычек S1, S2 и S3. Установка перемычек исключает из схемы резисторы R1, R2 и R3 и напряжение на выходе возрастает. При снятии перемычек транзисторы снова включаются в работу и напряжение падает. Чтобы этого не делать, упомянутые транзисторы можно заменить одним подстроечным и регулировать выходное напряжение проще и с большей точностью.

Создано реле регулятор напряжения генератора для корректировки выдаваемого в бортовую сеть и на клеммы аккумулятора «вольтажа» в заданном диапазоне 13,8 – 14,5 В (реже до 14,8 В). Кроме того, регулятор корректирует напряжение на обмотке самовозбуждения генератора.

Назначение реле регулятора напряжения

Независимо от стажа и стиля вождения владелец авто не может обеспечить одинаковые обороты двигателя в разные моменты времени. То есть, коленвал ДВС, передающий крутящий момент генератору, вращается с разной скоростью. Соответственно, генератор вырабатывает разное напряжение, что крайне опасно для АКБ и прочих потребителей бортовой сети.

Поэтому замена реле регулятора генератора должна производится при недозаряде и перезаряде аккумулятора, горящей лампочке, мигании фар и прочих перебоях электроснабжения бортовой сети.

Взаимосвязь источников тока авто

В транспортном средстве находится минимум два источника электроэнергии:

аккумулятор – необходим в момент запуска ДВС и первичного возбуждения обмотки генератора, энергию не создает, а только расходует и накапливает в момент подзарядки
генератор – питает бортовую сеть на любых оборотах и подпитывает АКБ только на высоких оборотах

В бортовую сеть необходимо подключение обоих указанных источников для корректной работы двигателя и прочих потребителей электричества. При поломке генератора АКБ «протянет» максимум 2 часа, а без аккумулятора не заведется двигатель, приводящий в движение ротор генератора.

Существуют исключения – например, а счет остаточной намагниченности обмотки возбуждения штатный генератор ГАЗ-21 запускается самостоятельно при условии постоянной эксплуатации машины. Можно завести авто « с толкача», если в нем установлен генератор постоянного тока, с прибором переменного тока такой трюк невозможен.

Задачи регулятора напряжения

Из школьного курса физики каждый автолюбитель должен помнить принцип работы генератора:

при взаимном перемещении рамки и окружающего ее магнитного поля в ней возникает электродвижущая сила
электромагнитом генераторов постоянного тока служат статоры, ЭДС, соответственно возникает в якоре, ток снимается с коллекторных колец
в генераторе переменного тока намагничивается якорь, электроэнергия возникает в обмотках статора

Упрощенно можно представить, что на величину выходящего с генератора напряжения влияет значение магнитной силы и скорость вращения поля. Основная проблема генераторов постоянного тока – пригорание и залипание щеток при съеме с якоря токов большой величины – решена переходом на генераторы переменного тока. Ток возбуждения, подающийся на ротор для возбуждения магнитной индукции, на порядок ниже, снимать электроэнергию с неподвижного статора гораздо легче.

Однако вместо постоянно расположенных в пространстве клемм «–» и «+» производители авто получили постоянное изменение плюса и минуса. Подзарядка аккумулятора переменным током не возможна в принципе, поэтому диодным мостиком его предварительно выпрямляют.

Из этих нюансов плавно вытекают задачи, решаемые реле генератора:

подстройка тока в обмотке возбуждения
выдерживание диапазона 13,5 – 14,5 В в бортовой сети и на клеммах аккумулятора
отсечение питания обмотки возбуждения от АКБ при заглушенном двигателе

Поэтому называют регулятор напряжения еще и реле зарядки, а на панель выведена сигнальная лампа процесса подзарядки АКБ. В конструкцию генераторов переменного тока функция отсечения обратного тока заложена по умолчанию.

Признаки неисправности

Так, в случае пониженного напряжения аккумуляторная батарея попросту не будет заряжаться. То есть, утром вы не сможете завести машину, возможно даже не засветятся лампы на приборной панели или неприятности возникнут во время движения. Например, тусклые фары в темное время суток, неустойчивая работа электросистемы (проблемы с электроприборами — дворниками, обогревателями, магнитолой и так далее).

В случае повышенного напряжения велика вероятность уменьшения уровня электролита в банках аккумулятора, или его выкипание. Также может появиться белый налет на корпусе АКБ. При перезарядке батарея может вести себя неадекватно.

Признаки, неисправности и ремонт генератора и регулятора напряжения

Кроме этого, еще можно выделить следующие признаки неисправности регулятора напряжения (в отдельных случаях некоторых из них могут как иметь место, так и отсутствовать, все зависит от конкретной ситуации):

при включении зажигания на приборной панели не светится контрольная лампочка (хотя это может быть признаком и других неисправностей, например, того, что он перегорела, отпал контакт и так далее);
после запуска не гаснет индикатор аккумулятора на приборной панели, то есть, имеют место явные неисправности в зарядке АКБ;
яркость свечения фар становится зависима от оборотов двигателя (это можно проверить где-нибудь в безлюдном месте, установив автомобиль напротив стены и погазовать — если при этом свечение будет меняться, то, скорее всего, регулятор напряжения неисправен);
машина перестала нормально заводиться с первого раза;
постоянно разряжается аккумуляторная батарея;
при превышении количества оборотов двигателя свыше 2000 об/мин индикаторы на приборной панели отключаются;
динамические характеристики машины падают, особенно это заметно на высоких оборотах двигателя;
в некоторых случаях может закипеть аккумуляторная батарея.

Разновидности реле регуляторов

Прежде, чем произвести самостоятельный ремонт устройства регулирования напряжения, необходимо учесть, что существует несколько типов регуляторов:

внешние – повышают ремонтопригодность генератора
встраиваемые – в пластину выпрямителя или щеточный узел
регулирующие по минусу – появляется дополнительный провод
регулирующие по плюсу – экономичная схема подключения
для генераторов переменного тока – нет функции ограничения напряжения на обмотку возбуждения, так как она заложена в самом генераторе
для генераторов постоянного тока – дополнительная опция отсечения АКБ при неработающем ДВС
двухуровневые – морально устарели, применяются редко, регулировка пружинами и небольшим рычагом
трехуровневые – дополнены специальной платой сравнивающего устройства и сигнализатором согласования
многоуровневые – в схеме имеются 3 – 5 добавочных резисторов и система слежения
транзисторные – в современных авто не используются
релейные – улучшенная обратная связь
релейно-транзисторные – универсальная схема
микропроцессорные – небольшие габариты, плавные регулировки нижнего/верхнего порога срабатывания
интегральные – встраиваются в щеткодержатели, поэтому заменяются после истирания щеток

Принцип работы реле регулятора

Благодаря встроенным резисторам и специальным схемам реле получает возможность сравнивать величину вырабатываемого генератором напряжения. После чего, слишком высокое значение приводит к отключению реле, чтобы не перезарядить аккумулятор и не испортить электроприборы, подключенные в бортовую сеть.

Любые неисправности приводят именно к этим последствиям, приходит в неисправность батарея АКБ или резко увеличивается эксплуатационный бюджет.

Переключатель лето/зима

Вне зависимости от сезона и температуры воздуха работа генератора всегда стабильна. Как только его шкив начинает вращаться, электроток вырабатывается по умолчанию. Однако зимой внутренности аккумулятора замерзают, он восполняет заряд значительно хуже, чем летом.

Переключатели лето/зима находятся либо на корпусе регулятора напряжения, либо этим обозначением подписаны соответствующие разъемы, которые нужно найти и подсоединить к ним проводку в зависимости от сезона.

Ничего необычного в этом переключателе нет, это лишь грубые настройки реле регулятора, позволяющие повысить до 15 В напряжение на клеммах аккумулятора.

Подключение в бортовую сеть генератора

Если при замене генератора вы подключаете новый прибор самостоятельно, необходимо учесть нюансы:

вначале следует проверить целостность и надежность контакта провода от кузова машины к корпусу генератора
затем можно подсоединять клемму Б реле регулятора с «+» генератора
вместо «скруток», начинающих греться через 1 – 2 года эксплуатации, лучше использовать пайку проводов
заводской провод нужно заменить кабелем сечения 6 мм2 минимум, если вместо штатного генератора монтируется электроприбор, рассчитанный на ток больше 60 А
амперметр в цепи генератор/аккумулятор показывает, мощность какого источника электроснабжения в данный момент выше в бортовой сети

Диагностика реле регулятора

Определить поломки регулятора напряжения можно по признакам косвенным. Прежде всего, это некорректная зарядка АКБ:

перезаряд – выкипает электролит, раствор кислоты попадает на детали кузова
недозаряд – ДВС не запускается, лампы горят в пол накала

Однако предпочтительнее диагностика приборами – вольтметром или тестером. Любое отклонение от максимального значения напряжения 14,5 В (в некоторых авто бортовая сеть рассчитана на 14,8 В) на больших оборотах или минимального значения 12,8 В на малых оборотах становится причиной замены/ремонта реле регулятора.

Встроенного

Чаще всего регулятор напряжения интегрирован в щетки генератора, поэтому необходимо уровневое обследование этого узла:

после снятия защитной крышки и ослабления винтов щеточный узел извлекается наружу
при износе щеток (осталось меньше 5 мм их длины) замена должна производится в обязательном порядке
диагностика генератора мультиметром производится в комплекте с аккумулятором или зарядным устройством
«минусовой» провод от источника тока замыкается на соответствующую пластину регулятора
«плюсовой» провод от ЗУ или АКБ подключается к аналогичному разъему реле
тестер устанавливается в режим вольтметра 0 – 20 В, щупы накладываются на щетки
в диапазоне 12,8 – 14,5 В между щетками должно быть напряжение
при увеличении напряжения больше 14,5 В стрелка вольтметра должна быть на нуле

В данном случае вместо вольтметра можно использовать лампу, которая должна гореть в указанном интервале напряжения, гаснуть при увеличении этой характеристики больше этого значения.

Провод, управляющий тахометром (маркировка W только на реле для дизелей) прозванивается мультиметром в режиме тестера. На нем должно быть сопротивление около 10 Ом. При снижении этого значения провод «пробит», его следует заменить новым.

Выносного

Никаких отличий в диагностике для выносного реле не существует, зато его не нужно демонтировать из корпуса генератора. Проверить реле регулятор напряжения генератора можно при работающем двигателе, изменяя обороты с низких на средние, затем высокие. Одновременно с увеличением оборотов нужно включить дальний свет (как минимум), кондиционер, монитор и прочие потребители (как максимум).

Таким образом, при необходимости владелец транспортного средства может заменить штатное реле регулятор напряжения на более современную модификацию встраиваемого или выносного типа. Диагностика работоспособности доступна собственными силами при наличии обычной автомобильной лампы.

Замена реле контрольной лампы зарядки АКБ

Работу по замене реле лампы зарядки ВАЗ 2106 следует проводить в следующей последовательности:

Отворачиваем 2 крепежа реле лампы зарядки и демонтируем изделие с установленных шпилек.
Помечаем маркером или фломастером подводящую электропроводку для контроля над корректностью обратного подключения обновленного изделия. При неправильном включении реле в сеть энергообеспечения автомобиля он перестает функционировать, что создаст аварийную ситуацию из-за резкого повышения разности потенциалов на выходных контактах генераторного устройства.
Рассоединяем проводную цепь, меняем реле на исправное изделие и проводим обратный монтаж.

При тестировании реле лампы зарядки категорически запрещается делать КЗ между выходными элементами цепи, т.к. это вызовет дефекты блока устройств выпрямления тока. Перед тестированием реле регулятора зарядки необходимо убедиться в оптимальной степени натяжки генераторного ремня. К электрической цепи генераторной обмотки возбуждения не следует подключать другие энергетические ресурсы, т.к. падение напряжения на исследуемом реле зарядки ВАЗ 2106 может превысить оптимальные значения.

На «классике» можно встретить 2 типа реле регуляторов напряжения: встроенный в генератор и внешний. Разница заключается в модели генератора, который установлен на автомобиле.

На старых моделях «Жигулей» (ВАЗ 2101, 2102, 2103, 2106, 2121 с карбюраторными двигателями) установлен генератор Г-221, а внешний регулятор напряжения представляет собой небольшую «коробочку», которая крепится двумя гайками на левом брызговике кузова. Как раз о замене такого регулятора и пойдет речь в этой статье.

На более поздних моделях ВАЗ (2104, 2105 и 2107) стоит генератор Г-222, а регулятор напряжения уже встроен в корпус генератора и представляет собой небольшую «таблетку» черного цвета.