Реле регулятора напряжения генератора: устройство и принцип работы

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.

Рис. 1 Реле регулятор напряжения 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

Рис. 2 В машине генератор и аккумулятор объединены в общую сеть

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.

Рис. 3 Заводка ДВС с толкача

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

Рис. 4 Принцип действия генератора авто

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.

Рис. 5 Выпрямитель генератора

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

Рис. 6 Назначение реле регулятора напряжения

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.

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

Рис. 7 Выносное реле

Рис. 8 Реле встроено в щеточный узел

Рис. 9 Регулятор двухуровневый

Рис. 10 Реле трехуровневое

Рис. 11 Регулятор транзисторно-релейный

Рис. 12 Схема реле микроконтроллерного

Рис. 13 Регулятор интегральный

Внимание: Без доработки схемы «плюсовой» и «минусовой» регулятор напряжения являются не взаимозаменяемыми приборами.

Реле генераторов постоянного тока

Таким образом, схема подключения регулятора напряжения при эксплуатации генератора постоянного тока сложнее. Поскольку в стояночном режиме авто, когда ДВС заглушен, необходимо отключить генератор от АКБ.

При диагностике проверка реле происходит на выполнение трех его функций:

• отсечка аккумулятора во время стоянки машины
• ограничение максимального тока на выходе генератора
• регулировка напряжения для обмотки возбуждения

Рис. 14 Регулятор напряжения генератора постоянного тока

При любой неисправности требуется ремонт.

Реле генераторов переменного тока

В отличие от предыдущего случая диагностика своими руками регулятора генератора переменного тока немного проще. В конструкцию «автомобильной электростанции» уже заложена функция отсечки питания во время стоянки от АКБ. Остается проверить лишь напряжение на обмотке возбуждения и на выходе с генератора.

Рис. 15 Реле для генератора переменного тока

Если в машине стоит генератор тока переменного, его невозможно завести разгоном с горки. Так как остаточного намагничивания на возбуждающей обмотке здесь нет по умолчанию.

Встроенные и внешние регуляторы

Для автолюбителя важно знать, что измеряют и начинают регулировать напряжение реле в конкретном месте их установки. Поэтому встроенные модификации воздействуют непосредственно на генератор, а выносные «не знают» о его наличии в машине.

Например, если выносное реле подключено к катушке зажигания, его работа будет направлена на регулировку напряжения лишь на этом участке бортовой сети. Поэтому, прежде чем узнать, как проверить реле выносного типа, следует убедиться, что оно подключено правильно.

Управление по «+» и «–»

В принципе схемы управления по «минусу» и «плюсу» отличаются лишь схемой подключения:

• при монтаже реле в разрыв «+» одна щетка подключается к «массе», другая к клемме регулятора
• если же подключить реле в разрыв «–», то одну щетку нужно подключить к «плюсу», другую к регулятору

Рис. 16 Схема включения регулятора в разрыв плюсового провода

Однако в последнем случае появится еще один провод, поскольку реле напряжения является устройством активного типа. Для него необходимо индивидуальное питание, поэтому «+» нужно подвести отдельно.

Двухуровневые

На начальном этапе в машинах устанавливались механические двухуровневые регуляторы напряжения с простым принципом действия:

• через реле проходит электрический ток
• возникающее магнитное поле притягивает рычаг
• сравнивающим устройством служит пружина с заданным усилием
• при увеличении напряжения контакты размыкаются
• на возбуждающую обмотку поступает меньший ток

Рис. 17 Механический регулятор напряжения

Использовались механические двухуровневые реле в автомобилях ВАЗ 21099. Основным минусом являлась работа с повышенным износом механических элементов. Поэтому на смену этим приборам пришли электронные (бесконтактные) реле напряжения:

• делитель напряжения собран из резисторов
• стабилитрон является задающим устройством

Сложная схема соединения и недостаточно эффективный контроль напряжения привели к снижению спроса на эти приборы.

Трехуровневые

Однако двухуровневые регуляторы, в свою очередь, так же уступили позиции более совершенным трехуровневым и многоуровневым приборам:

• напряжение выходит с генератора на специальную схему через делитель
• информация обрабатывается, действительное напряжение сравнивается с минимальным и максимальным пороговым значением
• сигнал рассогласования регулирует силу тока, поступающего на возбуждающую обмотку

Рис. 18 Трехуровневый регулятор

Более совершенными считаются реле с частотной модуляцией – в них нет привычных сопротивлений, зато увеличена частота срабатывания ключа электронного. Управление осуществляется логическими схемами.

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.

Рис. 19 Регулятор напряжения с зимними и летними клеммами

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

Рис. 20 Подключение генератора на примере ВАЗ

Амперметры – нужные приборы, с помощью которых можно определить заряд АКБ и работоспособность генератора. Без особых причин не рекомендуется убирать их из схемы.

Схемы подключения регулятора выносного

Монтируется выносное реле регулятора напряжения генератора только после выяснения, в разрыв какого провода оно должно быть подключено. Например:

• на старых РАФ, Газелях и «Бычках» используются реле 13.3702 в полимерном или стальном корпусе с двумя контактами и двумя щетками, монтируются в «–» разрыв цепи, клеммы всегда промаркированы, «+» обычно берется с катушки зажигания (Б-ВК клемма), контакт Ш регулятора соединяется со свободной клеммой щеточного узла
• в «жигулях» применяются реле регуляторы 121.3702 белого и черного цвета, существуют двойные модификации, в которых при выходе из строя одного прибора работа второго устройства продолжается простым переключением на него, монтируется в разрыв «+» клеммой 15 к выводу катушки зажигания Б-ВК, к щеточному узлу крепится проводом клемма 67

Встраиваемые реле-регуляторы автолюбители называют «шоколадками», маркированными Я112. Они монтируются в специальные щеткодержатели, прижимаются винтами и защищаются дополнительно крышкой.

На автомобилях ВАЗ реле обычно встроены в щеточный узел, полная маркировка Я212А11, подключаются к замку зажигания.
Если владелец меняет штатный генератор на старом отечественном ВАЗ на устройство переменного тока от иномарки или современной Лады, подключение производится по другой схеме:

• вопрос крепления корпуса автолюбитель решает самостоятельно
• аналогом клеммы «плюс» здесь служит контакт В или В+, его включают в бортовую сеть через амперметр
• выносные реле регуляторы здесь обычно не используются, а встраиваемые уже интегрированы в щеточный узел, из них выходит единственный провод с маркировкой D либо D+, который подсоединяется к замку зажигания (к клемме катушки Б-ВК)

Рис. 21 Замена штатного реле трехуровневым регулятором

Для дизельных ДВС в генераторах может присутствовать клемма W, которая присоединяется к тахометру, ее игнорируют при установке на авто с бензиновым мотором.

Проверка подключения

После установки трехуровневого или иного реле-регулятора необходима проверка работоспособности:

• двигатель заводится
• напряжение в бортовой сети контролируется на разных оборотах

После установки генератора переменного тока и подключения его по вышеприведенной схеме владельца может ожидать «сюрприз»:

• при включении ДВС запускается генератор, измеряется напряжение на средних, больших и малых оборотах
• после выключения зажигания ключом …. двигатель продолжает работать

В этом случае заглушить ДВС можно либо сняв провод возбуждения, либо отпустив сцепление с одновременным нажатием тормоза. Все дело в наличии остаточной намагниченности и постоянном самовозбуждении обмотки генератора. Проблема решается установкой в разрыв возбуждающего провода лампочки:

• она горит при незапущенном генераторе
• гаснет после его запуска
• проходящий через лампу ток недостаточен, чтобы возбудить обмотку генератора

Эта лампа автоматически становится индикатором наличия зарядки АКБ.

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

Рис. 22 Диагностика реле встроенного

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).

Рис. 23 Диагностика выносного регулятора напряжения

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.