Weiterentwicklung des Kfz-Spannungsreglers 59.3702-01. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Die vorgeschlagenen Verbesserungen des Reglers sorgen für eine erhöhte Stabilität der Ausgangsspannung eines Autogenerators, wenn sich sein Laststrom und der Motorbetriebsmodus ändern.

Moderne Autos verfügen über eine komplexe und multifunktionale elektrische Ausrüstung, deren zuverlässiger Betrieb die Funktionalität des Fahrzeugs und die Sicherheit seines Betriebs gewährleistet.

Die Zuverlässigkeit elektrischer Geräte hängt maßgeblich von der Stabilität der Spannung im Bordnetz ab. Sicherzustellen, dass diese Spannung konstant bleibt, ist eine schwierige Aufgabe, insbesondere unter Übergangsbedingungen, wenn sich die Drehzahl des Generators und sein Laststrom stark ändern.

Zusammen mit einem Spannungsregler, der die Spannung konstant hält, bildet der Generator ein automatisches Regelsystem. Unter bestimmten Bedingungen kann ein solches System an Stabilität verlieren, was sich in starken Schwankungen der Ausgangsspannung des Generators und des Ladestroms der Batterie äußert. Daher ist es sehr wichtig, die Stabilität des Steuerungssystems unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Am weitesten verbreitet sind heute elektronische Regler, die im selbstoszillierenden Relaismodus arbeiten. Wenn die Ausgangsspannung des Generators einen bestimmten oberen Schwellenwert überschreitet, trennt ein solcher Regler seine Erregerwicklung vom Bordnetz. Der Strom in der Wicklung beginnt abzunehmen, was zu einem Rückgang der erzeugten Spannung führt. Sobald der untere Schwellenwert unterschritten wird, wird die Erregerwicklung wieder an das Bordnetz angeschlossen und der Strom darin und damit die Ausgangsspannung des Generators erhöht. Somit schwankt die Generatorspannung ständig, ihr Durchschnittswert bleibt jedoch stabil.

Fortschrittlicher sind Regler mit „erzwungener“ PWM. Aufgrund der erhöhten Schaltfrequenz der Erregerwicklung bleibt die Generatorspannung im stationären Betrieb praktisch unverändert, im transienten Betrieb kann es jedoch dennoch zu Schwingungen kommen.

Solche Regler (einer von ihnen wird in dem Artikel von E. Tyshkevich „SHI-Spannungsregler“ beschrieben – Radio, 1984, Nr. 6, S. 27, 28) werden nicht häufig verwendet, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, dass ihre Parameter es sind nicht viel besser als herkömmliche selbstoszillierende. Obwohl sie in Massenproduktion hergestellt werden, sind sie im Handel schwer zu finden. Die Verkäufer wissen entweder gar nichts über solche Regulierungsbehörden oder behaupten, sie seien nicht gefragt.

Ein wichtiger Parameter beim Betrieb eines Fahrzeugs ist die Belastbarkeit des Generators bei niedrigen Motordrehzahlen. Davon hängt die Mindestmotordrehzahl ab, bei der die Batterie geladen wird. Elektronische Spannungsregler verlieren meist gerade dann an Stabilität, wenn die Drehzahl niedrig und der Laststrom hoch ist.

Diese Funktion ist Autofahrern bekannt, von denen einige elektronische Regler durch veraltete Kontakt-Vibrations-Regler ersetzen, die in dieser Hinsicht zuverlässiger sind. Neben der erhöhten Stabilität weisen sie jedoch auch die mit diesem Reglertyp verbundenen Nachteile auf. Viele Autofahrer ersetzen die Standardbatterie durch eine andere mit erhöhter Kapazität, da sie glauben, dass dadurch die Stabilität der elektronischen Regler verbessert wird.

Schwankungen der Generatorausgangsspannung können in Autowerkstätten leider nicht beseitigt werden.

Gleichzeitig behaupten ihre Mitarbeiter, dass keine Störung vorliegt, da die Batterie noch geladen wird, obwohl sowohl der Ladestrom als auch die Generatorspannung pulsieren.

Unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte hat der Autor versucht, die Stabilität des standardmäßigen elektronischen Spannungsreglers 59.3702-01 zu erhöhen. In Abb. 1 zeigt seine Schaltung nach der ersten Modifikation, die darauf hinauslief, eine zusätzliche Schaltung aus Widerstand R8 und Kondensator C2 einzubauen, die in der Abbildung farblich hervorgehoben ist. Die importierte S1M-Diode kann durch eine inländische Diode der Serie KD202 oder KD209 ersetzt werden.

Fig. 1

Das Funktionsprinzip des Reglers bleibt gleich. Mit zunehmender Spannung im Bordnetz, angelegt an Pin „15“ des Reglers, wird das Basispotential des Transistors VT1 relativ zu seinem Emitter negativer und bei einem bestimmten Wert dieser Spannung (eingestellt durch Jumper S1-S3) der Transistor öffnet. Infolgedessen schließen die Transistoren VT2 und VT3 und unterbrechen den Stromversorgungskreis der Generatorerregerwicklung, der zwischen Klemme „67“ des Reglers und dem gemeinsamen Kabel angeschlossen ist. Der Strom in einer Wicklung mit erheblicher Induktivität kann jedoch nicht sofort gestoppt werden. Es fließt weiterhin durch die geöffnete Diode VD2 und nimmt allmählich ab. Mit dem Erregerstrom sinkt auch die vom Generator an das Bordnetz gelieferte Spannung. Nach einiger Zeit schließt der Transistor VT1 und VT2 und VT3 öffnen sich, was zu einem Stromanstieg in der Erregerwicklung des Generators und einem Spannungsanstieg führt. Der beschriebene Vorgang wird periodisch wiederholt und der Durchschnittswert der Generatorspannung bleibt unverändert. Die Schaltung R7C3 beschleunigt den Schaltvorgang der Transistoren VT1-VT3.

Wenn die Spannung im Bordnetz ansteigt, beispielsweise durch das Abschalten einer starken Last oder eine Erhöhung der Motordrehzahl, wird der neu eingebaute Kondensator C2 aufgeladen und der Ladestrom fließt, ein Teil davon durch den Basiskreis des Transistors VT1 ist proportional zur Spannungsanstiegsgeschwindigkeit. Infolgedessen öffnet VT1 und die Transistoren VT2 und VT3 schließen früher, als dies ohne den Kondensator der Fall gewesen wäre. Auch der Stromabfall in der Feldwicklung beginnt früher, wodurch der durch einen externen Faktor verursachte Spannungsanstieg deutlich verlangsamt oder ganz eliminiert wird. Ein ähnlicher Vorgang findet bei einem schnellen Spannungsabfall statt. Die entstehenden Vibrationen werden gedämpft und ihre Reichweite deutlich reduziert. Bei langsamen Spannungsänderungen ist der Strom durch den Kondensator C2 gering und hat praktisch keinen Einfluss auf den Betrieb des Reglers im eingeschwungenen Zustand sowie auf die Genauigkeit der Stabilisierung des Durchschnittsspannungswerts.

Um die Stabilität des Spannungsstabilisierungssystems zu überprüfen, können Sie einen leistungsstarken Verbraucher, beispielsweise Scheinwerfer, bei laufendem Motor und Generator ein- und ausschalten und dabei den Batteriestrom mit einem Amperemeter überwachen. In diesem Fall sollte der Zeiger des Amperemeters nach der anfänglichen maximalen Abweichung von der stationären Position (dies hängt mit der Trägheit des Generators zusammen und ist auch bei einem idealen Regler unvermeidlich) in die alte oder in eine neue stationäre Position zurückkehren -Stellen Sie die Position monoton und ohne Schwankungen ein.

Durch die Wahl der Kapazität des Kondensators C2 und des Widerstandswerts des dazu in Reihe geschalteten Widerstands R8 ist es möglich, die dynamischen Eigenschaften des Systems innerhalb bestimmter Grenzen zu regulieren. Die minimale Dauer des Einschwingvorgangs wird normalerweise mit einer Kapazität des Kondensators C2 erreicht, die etwas größer ist als die, bei der Schwingungen auftreten. Eine weitere Erhöhung der Kapazität führt zu einer deutlichen Verlangsamung der Reaktion des Systems auf sich ändernde äußere Bedingungen.

Es ist zu beachten, dass für einen Regler mit der beschriebenen Modifikation der Moment seiner erstmaligen Verbindung mit dem Bordnetz sehr gefährlich ist. Der Kondensator C2 ist zu diesem Zeitpunkt vollständig entladen. Sein Ladestrom kann durchaus einen für die Transistoren gefährlichen Wert erreichen und diesen beschädigen. Daher sollten Sie den Wert des Widerstands R8 nicht wesentlich verringern oder ihn ganz eliminieren.

Obwohl es in der Praxis des Autors nicht zu Ausfällen des modifizierten Reglers aus dem beschriebenen Grund kam, wird empfohlen, Maßnahmen zu ergreifen, um den durch die Basis des Transistors VT1 fließenden Strom zu begrenzen, beispielsweise einen zusätzlichen Widerstand in den offenen Stromkreis einzubauen, der den verbindet Basis mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R6-R8, Kondensator C1 und Zenerdiode VD1 . Sein Wert sollte so groß gewählt werden, dass er den Betrieb des Reglers ohne Kondensator C2 nicht merklich beeinträchtigt.

Es ist bekannt, dass zur Erhöhung der Lebensdauer der Batterie die Spannung im Bordnetz mit sinkender Temperatur ansteigen muss. Daher wird in der Praxis eine saisonale Spannungsanpassung durchgeführt. Beim Regler 59.3702-01 kann mit den Brücken S1-S3 und den Abschlusswiderständen R1-R3 die durchschnittliche Spannung des Generators im Bereich von 13,8...14,6 V geändert werden. Wenn die Brücken entfernt werden, verringert sie sich. Die Widerstände R1-R3 können durch einen Trimmer ersetzt werden, wodurch Sie die Generatorspannung stufenlos regulieren können.

Der Zweck der HL1- und HL2-LEDs hat sich nach der Modifikation nicht geändert. Sie ermöglichen Ihnen, die Leistung des Steuerungssystems zu beurteilen. Wenn die Zündung eingeschaltet ist und der Motor nicht läuft, sollte nur die HL2-LED leuchten und anzeigen, dass Spannung an der Erregerwicklung des Generators anliegt. Wenn die HL1-LED aufleuchtet, wenn der Motor nicht läuft, bedeutet dies, dass der Regler defekt ist. Bei laufendem Motor leuchten beide LEDs. Eine Verringerung der Drehzahl oder eine Erhöhung der Belastung des Bordnetzes führt dazu, dass die Helligkeit der LED HL2 zunimmt und die von HL1 abnimmt. Mit zunehmender Drehzahl oder abnehmender Belastung ändert sich die Helligkeit in die entgegengesetzte Richtung.

Der Regler wurde vor und nach der beschriebenen Modifikation an einem alten Auto mit alter Batterie getestet. Es wurde festgestellt, dass bei diesem Auto aufgrund der Oxidation der Kontakte der Widerstand der elektrischen Leitungen merklich zunahm und der Innenwiderstand der Batterie zunahm. Beide Faktoren führen zu einer Verschlechterung der Stabilität des Spannungsregelungssystems.

Beim unfertigen Regler 59.3702-01 schwankte die Nadel des Amperemeters, die mit der Lücke im Kabel verbunden ist, das den Pluspol der Batterie mit dem elektrischen System des Fahrzeugs verbindet, normalerweise mit einer Schwankung von 5.10 A. Unmittelbar nach dem Anlassen des Motors schwankte die Schwingung von die Schwingungen überstiegen oft 10 A und die Scheinwerfer begannen zu blinken. Bei längerer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit sank der Schwingungsstrom manchmal auf weniger als 5 A, was jedoch selten vorkam.

Nach der oben besprochenen Modifikation des Reglers schwankte die Nadel des Amperemeters nie mit einer Schwankung von mehr als 0,5.1 A. Nach dem Anlassen des Motors blinkten die eingeschalteten Scheinwerfer nie. Bei längerer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit nahm die Amplitude der Nadelschwingungen meist so stark ab, dass sie kaum noch zu bemerken waren.

Bei der weiteren Verfeinerung wurden der Widerstand R7 und der Kondensator C3 aus dem betreffenden Regler entfernt und zwischen der Basis des Transistors VT2 und dem Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors VT1 mit dem Kondensator C1 und dem Widerstand R9 ein Knoten eingefügt, dessen Diagramm ist in Abb. dargestellt. 2. Im Diagramm in Abb. In 1 sind die Stellen der Stromkreisunterbrechungen durch Kreuze gekennzeichnet. Nummerierung der Elemente in Abb. 2 setzt fort, was in Abb. begonnen wurde. 1.

Fig. 2

Der Regler enthält einen exponentiellen Impulsgenerator basierend auf den Logikelementen DD1.1 und DD1.3 und ein Schwellenwertgerät basierend auf dem Element DD1.2 mit einem Impulsverstärker basierend auf dem Transistor VT4. Der DD1-Chip wird vom integrierten Stabilisator DA5 mit einer Spannung von 1 V versorgt.

Nach der Modifikation dient der Transistor VT1 als Verstärker für das Fehlanpassungssignal. Die Spannung an seiner Last – Widerstand R9 – hängt linear von der Differenz zwischen Strom- und Nennspannungswerten im Bordnetz ab. Diese Spannung wird über die Widerstände R13 und R14 mit den Generatorimpulsen summiert. Der Betrag wird am Eingang des Schwellenwertgeräts empfangen. Dadurch entstehen an seinem Ausgang Impulse, deren Dauer von der Abweichung der Spannung im Bordnetz vom Nennwert abhängt und deren Folgefrequenz konstant ist (ca. 2 kHz). Über einen Verstärker am Transistor VT4 gelangen sie zur Basis des Transistors VT2 und steuern die Spannung an der Erregerwicklung des Generators.

Fig. 3

Eine Ansicht des modifizierten Reglers mit abgenommener Abdeckung ist in Abb. dargestellt. 3. Durch hängende Montage werden weitere Teile hinzugefügt. Nach dem Einbau dieses Reglers in das Auto schwankte die Nadel des Amperemeters nie mit einer Schwankung von mehr als 0,5 A. Es kann davon ausgegangen werden, dass bei einem geringen Übergangswiderstand der elektrischen Leitungskontakte und bei einer neuen Batterie die Stromschwankungen noch geringer ausfallen .

Autor: A. Sergejew

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