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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Perfezionamento del regolatore di tensione per autoveicoli 59.3702-01. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Automobile. Dispositivi elettronici I miglioramenti proposti del regolatore forniscono una maggiore stabilità della tensione di uscita del generatore automobilistico quando la corrente del suo carico e la modalità operativa del motore cambiano. Le auto moderne dispongono di apparecchiature elettriche complesse e multifunzionali, il cui funzionamento affidabile garantisce l'operatività del veicolo e la sicurezza del suo funzionamento. L'affidabilità delle apparecchiature elettriche dipende in gran parte dalla stabilità della tensione nella rete di bordo. Garantire la stabilità di questa tensione è un compito difficile, specialmente in condizioni transitorie, quando la velocità del generatore e la sua corrente di carico cambiano drasticamente. Insieme al regolatore di tensione, che ne mantiene la costanza, il generatore forma un sistema di controllo automatico. In determinate condizioni, un tale sistema può perdere stabilità, che si manifesta sotto forma di forti fluttuazioni della tensione di uscita del generatore e della corrente di carica della batteria. Pertanto, è molto importante garantire la stabilità del sistema di controllo in tutte le condizioni operative. I più utilizzati oggi sono i controller elettronici che funzionano in modalità auto-oscillante a relè. Tale regolatore, quando la tensione di uscita del generatore supera una determinata soglia superiore, disconnette il proprio avvolgimento di eccitazione dalla rete di bordo. La corrente nell'avvolgimento inizia a diminuire, il che porta a una diminuzione della tensione generata. Non appena diventa inferiore alla soglia inferiore, l'avvolgimento di eccitazione viene ricollegato alla rete di bordo e la corrente in essa contenuta, e con essa la tensione di uscita del generatore, aumenta. Pertanto, la tensione del generatore oscilla continuamente, ma il suo valore medio rimane stabile. I regolatori con PWM "forzato" sono più perfetti. A causa della maggiore frequenza di commutazione dell'avvolgimento di eccitazione, la tensione del generatore nello stato stazionario è praticamente invariata, sebbene le oscillazioni possano ancora verificarsi in modalità transitorie. Tali regolatori (uno di questi è descritto nell'articolo di E. Tyshkevich "Regolatore di tensione SHI". - Radio, 1984, n. 6, pp. 27, 28) non sono ampiamente utilizzati, probabilmente a causa del fatto che i loro parametri non sono molto migliori di quelli auto-oscillanti convenzionali. Sebbene siano prodotti in serie, sono difficili da trovare nei negozi. I venditori o non sanno nulla di tali regolatori o affermano di non essere richiesti. Quando si utilizza un'auto, un ruolo importante è svolto da un parametro come la capacità di carico del generatore a bassi regimi del motore. Determina il regime minimo del motore al quale viene caricata la batteria. I regolatori di tensione elettronici molto spesso perdono stabilità proprio in situazioni in cui la velocità di rotazione è bassa e la corrente di carico è elevata. Questa caratteristica è ben nota agli automobilisti, alcuni dei quali stanno sostituendo i regolatori elettronici con quelli obsoleti a vibrazione di contatto, più affidabili sotto questo aspetto. Ma insieme a una maggiore stabilità, ottengono gli svantaggi inerenti a questo tipo di regolatori. Molti automobilisti sostituiscono la batteria standard con un'altra di capacità maggiorata, poiché ritengono che ciò migliori la stabilità dei regolatori elettronici. Sfortunatamente, le fluttuazioni della tensione di uscita del generatore non vengono considerate eliminate nei servizi automobilistici. Allo stesso tempo, i loro dipendenti affermano che non vi è alcun malfunzionamento, poiché la batteria è ancora in carica, sebbene sia la corrente di carica che la tensione del generatore pulsano. Alla luce di quanto sopra, l'autore ha cercato di aumentare la stabilità del regolatore di tensione elettronico standard 59.3702-01. Sulla fig. 1 mostra il suo circuito dopo la prima versione di perfezionamento, che è stata ridotta all'installazione di un circuito aggiuntivo dal resistore R8 e dal condensatore C2, evidenziato nella figura a colori. Il diodo S1M importato può essere sostituito con uno domestico della serie KD202 o KD209.
Il principio di funzionamento del regolatore rimane lo stesso. All'aumentare della tensione nella rete di bordo, applicata all'uscita "15" del regolatore, il potenziale di base del transistor VT1 rispetto al suo emettitore diventa più negativo, e ad un certo valore di questa tensione (impostato dai ponticelli S1-S3), il transistor si apre. Di conseguenza, i transistor VT2 e VT3 vengono chiusi, interrompendo il circuito di alimentazione dell'avvolgimento di eccitazione del generatore collegato tra il terminale "67" del regolatore e il filo comune. Ma la corrente in un avvolgimento con un'induttanza significativa non può interrompersi all'istante. Continua a fluire attraverso il diodo VD2 aperto, diminuendo gradualmente. Insieme alla corrente di eccitazione diminuisce anche la tensione fornita dal generatore alla rete di bordo. Dopo un po ', il transistor VT1 si chiude e VT2 e VT3 si aprono, il che porta ad un aumento della corrente nell'avvolgimento di eccitazione del generatore e ad un aumento della tensione. Il processo descritto viene ripetuto periodicamente, mantenendo invariato il valore medio della tensione del generatore. Il circuito R7C3 accelera il processo di commutazione dei transistor VT1 -VT3. Con un aumento della tensione nella rete di bordo, causato, ad esempio, dallo spegnimento di un carico potente o dall'aumento del regime del motore, il condensatore C2 appena installato viene caricato e la corrente di carica, parte della quale scorre attraverso il circuito di base del transistor VT1, è proporzionale alla velocità di aumento della tensione. Di conseguenza, VT1 si apre e i transistor VT2 e VT3 si chiudono prima di quanto non fosse senza condensatore. Anche il decadimento di corrente nell'avvolgimento di eccitazione inizia prima, il che rallenta notevolmente o elimina completamente l'aumento di tensione causato da un fattore esterno. Un processo simile si verifica con una rapida diminuzione della tensione. Le oscillazioni risultanti vengono smorzate e la loro ampiezza viene notevolmente ridotta. Con variazioni di tensione lente, la corrente attraverso il condensatore C2 è piccola e praticamente non influisce sul funzionamento del regolatore in condizioni stazionarie, nonché sull'accuratezza della stabilizzazione del valore medio della tensione. Per verificare la stabilità del sistema di stabilizzazione della tensione, quando il motore e il generatore sono in funzione, accendere e spegnere un potente consumatore, come i fari, monitorando la corrente della batteria con un amperometro. In questo caso, la lancetta dell'amperometro dopo la massima deviazione iniziale dallo stato stazionario (è associata all'inerzia del generatore ed è inevitabile anche con un regolatore ideale) dovrebbe tornare a quella vecchia o arrivare a un nuovo stato stazionario in modo monotono, senza fluttuazioni. È possibile regolare le caratteristiche dinamiche del sistema entro certi limiti selezionando la capacità del condensatore C2 e la resistenza del resistore R8 ad esso collegato in serie. La durata minima del transitorio si ottiene solitamente con una capacità del condensatore C2 leggermente maggiore di quella alla quale si verificano le oscillazioni. Un ulteriore aumento della capacità comporta un forte rallentamento nella risposta del sistema al mutare delle condizioni esterne. Va notato che per il regolatore con la modifica descritta, il momento della sua prima connessione alla rete di bordo è molto pericoloso. Il condensatore C2 è completamente scarico in questo momento. La sua corrente di carica potrebbe raggiungere un valore pericoloso per i transistor e disabilitarlo. Pertanto, non dovresti ridurre in modo significativo il valore del resistore R8 o eliminarlo completamente. Sebbene nella pratica dell'autore dei guasti del regolatore modificato per il motivo descritto non si siano verificati, si consiglia di adottare misure per limitare la corrente che scorre attraverso la base del transistor VT1, ad esempio, per includere un resistore aggiuntivo nel circuito che collega la base al punto di connessione dei resistori R6-R8, condensatore C1 e diodo zener VD1. Il suo valore dovrebbe essere scelto come massimo, il che non peggiora sensibilmente il funzionamento del regolatore senza condensatore C2. È noto che per aumentare la durata della batteria, la tensione nella rete di bordo deve aumentare al diminuire della temperatura. Pertanto, in pratica, viene eseguita la regolazione stagionale della tensione. Nel regolatore 59.3702-01, ponticelli S1-S3, chiudendo i resistori R1-R3, la tensione media del generatore può essere modificata entro 13,8 ... 14,6 V. Quando i ponticelli vengono rimossi, diminuisce. I resistori R1-R3 possono essere sostituiti con un trimmer, che consentirà di regolare agevolmente la tensione del generatore. Lo scopo dei LED HL1 e HL2 non è cambiato dopo la revisione. Consentono di valutare le prestazioni del sistema di controllo. Con il contatto inserito e il motore spento, dovrebbe accendersi solo il LED HL2, indicando che è presente tensione sull'avvolgimento di eccitazione del generatore. L'accensione del led HL1 a motore fermo indica che il regolatore è guasto. Quando il motore è in funzione, entrambi i LED si accendono. Ridurre la frequenza della sua rotazione o aumentare il carico sulla rete di bordo porta al fatto che la luminosità del LED HL2 aumenta e HL1 diminuisce. Con un aumento della velocità o una diminuzione del carico, la luminosità cambia nella direzione opposta. Il regolatore prima e dopo il perfezionamento descritto è stato testato su una vecchia macchina con una vecchia batteria. Si è notato che su questa vettura, a causa dell'ossidazione dei contatti, la resistenza del cablaggio elettrico è aumentata notevolmente e la resistenza interna della batteria è aumentata. Entrambi questi fattori portano a una diminuzione della stabilità del sistema di regolazione della tensione. Con un regolatore incompiuto 59.3702-01, l'ago dell'amperometro, compreso nell'interruzione del filo che collega il terminale positivo della batteria all'impianto elettrico dell'auto, oscillava solitamente con un'oscillazione di 5.10 A. Immediatamente dopo aver avviato il motore, l'oscillazione superava spesso i 10 A, i fari cominciavano a lampeggiare. Quando si guida a lungo ad alta velocità, l'oscillazione a volte diventava inferiore a 5 A, ma ciò accadeva di rado. Dopo il perfezionamento del regolatore discusso sopra, l'ago dell'amperometro non ha mai oscillato con un'oscillazione superiore a 0,5.1 A. Dopo aver avviato il motore, i fari accesi non hanno mai lampeggiato. Quando si guida a lungo ad alta velocità, il raggio di oscillazione della freccia di solito diminuiva così tanto che era difficile notarli. Con ulteriore perfezionamento, il resistore R7 e il condensatore C3 sono stati rimossi dal controller in esame ed è stato inserito un nodo tra la base del transistor VT2 e il punto di connessione del collettore del transistor VT1 con il condensatore C1 e il resistore R9, il cui circuito è mostrato in Fig. 2. Nello schema di fig. 1, le posizioni delle interruzioni del circuito sono mostrate come croci. Numerazione degli elementi in fig. 2 continua quanto iniziato in Fig. 1.
Al controller vengono aggiunti un generatore di impulsi esponenziali sugli elementi logici DD1.1 e DD1.3 e un dispositivo di soglia sull'elemento DD1.2 con un amplificatore di impulsi su un transistor VT4. Il chip DD1 è alimentato da una tensione di 5 V dallo stabilizzatore integrale DA1. Dopo il completamento, il transistor VT1 funge da amplificatore del segnale di disadattamento. La tensione sul suo carico - resistore R9 - dipende linearmente dalla differenza tra i valori di tensione corrente e nominale nella rete di bordo. Questa tensione con l'aiuto dei resistori R13 e R14 viene aggiunta agli impulsi del generatore. L'importo viene inviato all'ingresso del dispositivo di soglia. Di conseguenza, alla sua uscita si formano degli impulsi, la cui durata dipende dalla deviazione della tensione nella rete di bordo dal valore nominale e la frequenza di ripetizione è costante (circa 2 kHz). Attraverso l'amplificatore sul transistor VT4, entrano nella base del transistor VT2 e controllano la tensione sull'avvolgimento di eccitazione del generatore.
La vista del regolatore modificato con il coperchio rimosso è mostrata in fig. 3. Ulteriori parti vengono aggiunte ad esso mediante montaggio superficiale. Dopo aver installato questo regolatore sull'auto, l'ago dell'amperometro non ha mai oscillato con un'oscillazione superiore a 0,5 A. Si può presumere che con una bassa resistenza transitoria dei contatti del cablaggio elettrico e con una nuova batteria, le fluttuazioni di corrente saranno ancora inferiori. Autore: A. Sergeev
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