Меню

Схема блока управления релейного регулятора

Реле-регулятор. Устройство реле-регулятора

Рассмотрим устройство и принцип действия реле-регулятора ⭐ контактно-вибрационного типа, регулирующего работу генератора постоянного тока и состоящего из РОТ, РН и ОТ.

Реле обратного тока включает в себя последовательную 1 и параллельную 4 обмотки. Если напряжение генератора 13 ниже напряжения аккумуляторной батареи 16, то магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой, мал. Поэтому якорь 5 не может притянуться к сердечнику и замкнуть контакты 6 РОТ. По мере увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя повышается напряжение, вырабатываемое генератором. Когда напряжение превысит напряжение включения РОТ (достигнет 12,5 В в 12-вольтной системе или 25 В в 24-вольтной системе электрооборудования), якорь притянется к сердечнику, и контакты 6 замкнутся. Ток пойдет по обмоткам 1 и 4 в таком направлении, что их магнитные поля совпадут. В результате магнитное поле последовательной обмотки 1 усилит эффект прижатия контактов 6. Генератор будет обеспечивать питание потребителей, а излишек его мощности будет использован для подзарядки аккумуляторной батареи.

С уменьшением частоты вращения вала двигателя или при его остановке напряжение генератора становится меньше напряжения на клеммах батареи. Электрический ток при этом стремится течь от нее к якорю 15 генератора, что может привести к перегрузке последнего. Магнитный поток последовательной обмотки 1 сразу изменит направление и размагнитит сердечник 2, контакты 6 разомкнутся и генератор отключится от батареи. Пружина 3 способствует быстрому размыканию контактов РОТ.

Регулятор напряжения представляет собой прибор, аналогичный РОТ. Контакты РН 10 в отличие от контактов РОТ под воздействием пружины стремятся быть замкнутыми. Они остаются в этом положении, если напряжение Ur генератора 13 ниже напряжения Uрh, на которое отрегулирован РН. Ток возбуждения генератора проходит по цепи вывод Я генератора — обмотки 7 и 8 ОТ — замкнутые контакты 10 — вывод Ш обмотки возбуждения 14 генератора — «масса» (корпус) генератора.

Схема реле-регулятора

Рис. Схема реле-регулятора:
1 — последовательная обмотка РОТ; 2 — сердечник РОТ; 3 пружина; 4 — параллельная обмотка РОТ; 5 — якорь; 6 — контакт РОТ; 7 — последовательная обмотка ОТ; 8 — ускоряющая обмотка ОТ; 9 — контакт ОТ; 10 — контакт РН; 11 — выравнивающая обмотка РН; 12 — параллельная обмотка РН; 13 — генератор; 14 — обмотка возбуждения генератора; 15 — якорь генератора; 16 — аккумуляторная батарея; 17 — стартер; 18 — выключатели зажигания; 19 — контрольная лампа; 20—22 — резисторы; А, Б, Ш, Я — маркировка выводов реле-регулятора

В момент, когда Ur > Uph, контакты 10 разомкнутся и ток возбуждения, минуя контакты 9 ОТ, пойдет через резисторы 20 и 21. Это произойдет при напряжении 14,5… 15 В в 12-вольтной системе и 29… 30 В в 24-вольтной. В результате сила тока в обмотках возбуждения уменьшится, а напряженность магнитного силового поля генератора снизится. Значение ЭДС в обмотке якоря и напряжение на выходных клеммах генератора также понизятся.

При снижении напряжения генератора уменьшится сила притяжения якоря параллельной обмоткой 12 РН, контакты 10 вновь замкнутся, и сила тока возбуждения увеличится.

Рассмотренный процесс повторяется периодически при частоте размыкания и замыкания контактов 10 в пределах 30… 200 с-1. Однако колебание напряжения на выводах генератора при этом не превышает 0,2 В. Напряжение, поддерживаемое РН, остается примерно постоянным и не сказывается на изменении силы света ламп освещения.

Ограничитель тока работает аналогично РН, но его последовательная обмотка 7 реагирует не на напряжение, а на силу отдаваемого генератором 13 тока. До тех пор пока мощность включенных потребителей не превышает номинальной мощности генератора, сердечник ОТ намагничен слабо и пружина подвижных контактов 9 удерживает их в замкнутом положении. Если мощность включенных потребителей превысит номинальную мощность генератора, то сердечник ОТ намагнитится настолько, что разомкнет контакты 9. В этом случае ток возбуждения пойдет двумя путями:

  1. через резистор 22, замкнутые контакты 10 Ph и далее к выводу Ш генератора 13
  2. через ускоряющую обмотку 8 ОТ, резисторы 20 и 21 и далее также к выводу Ш

Обмотка 8 способствует ускорению замыкания контактов 9, поскольку включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора и создает магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитным потоком основной обмотки ОТ.

Ответы на вопросы

Что такое реле регулятор?

Реле регулятор напряжения (или просто реле напряжения) – это устройство, предназначенное для сохранения бортового напряжения сети, получаемого с генератора.

Как работает реле регулятор напряжения?

Регулятор содержит 3 элемента: измерительный, сравнения и регулирующий. Измерительный элемент воспринимает напряжение генератора и преобразует его в сигнал, который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением. Если измеренная величина отличается от эталонной величины, на выходе измерительного элемента появляется сигнал, который активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

Источник

Схема блока управления релейного регулятора

Микроконтролерный реле регулятор.

Автор: Митько Виталий Сергеевич
Опубликовано 11.02.2016
Создано при помощи КотоРед.

Читайте также:  Регулятор давления aventics 0821302401

Предлагаемое устройство предназначено для замены штатного реле-регулятора напряжения в бортсети автомобиля и отличается тем, что поддерживаемое им напряжение зависит от температуры аккумуляторной батареи. Оно не требует налаживания и с помощью сигнальной лампы на приборной панели сигнализирует о некоторых неисправностях системы электропитания автомобиля. Недостатком можно считать необходимость вмешательства в электропроводку автомобиля, так как схема подключения нового реле-регулятора отличается от стандартной. Устройство не предназначено для использования в автомобилях с генераторами, управляемыми по K-Line (Mercedes, BMW и некоторые автомобили концерна VAG).Схема реле-регулятора изображена на рис. 1. Его основа — микроконтроллер ATtiny85-20SU (DD1), который без изменения схемы прибора, его печатной платы и программы микроконтроллера можно заменить на ATtiny25-20SU или ATtiny45-20SU. С микроконтроллерами других типов приложенные к статье программы работать не будут.

Рис. 1. Схема реле-регулятора

Линия PB0 (вывод 5) микроконтроллера настроена как выход. На ней программа формирует сигнал управления лампой, имеющейся на приборной панели автомобиля. Через эту же лампу на линию PB1 (вывод 6) микроконтроллера поступает сигнал о том, что зажигание включено. Этот вход защищён от выбросов напряжения стабилитроном VD2. Кроме указанного на схеме, здесь пригоден любой стабилитрон на 3,3. 4,9 В в подходящем корпусе. Конденсатор C6 подавляет шум стабилитрона. Упомянутая выше сигнальная лампа 12 В, 1,2. 1,4 Вт включена в коллекторную цепь транзистора VT1, усиливающего сигнал микроконтроллера.

Номинал резистора R11, указанный не схеме, можно уменьшить до 1 кОм, но нельзя увеличивать. Это связано с тем, что вместе с конденсатором C6 он образует интегрирующую цепь, задерживающую на некоторое время после закрывания транзистора VT1 достижение напряжением на входе PB1 микроконтроллера высокого логического уровня. Для безошибочного определения включённого и выключенного состояния замка зажигания автомобиля это время не должно быть больше имеющейся в программе задержки. Максимально допустимое сопротивление резистора R11 2,2 кОм определено экспериментально.

Линия PB2 (вывод 7) микроконтроллера через усилитель на транзисторах VT2-VT4 управляет обмоткой возбуждения генератора автомобиля. Обратите внимание, что транзисторы VT2 и VT3 питаются напряжением не 5 В, а 9 В от стабилизатора напряжения на стабилитроне VD3. Это необходимо, чтобы подать на затвор транзистора VT4 напряжение, достаточное для его полного открывания, при котором сопротивление открытого канала этого транзистора и рассеиваемая на нём мощность минимальны. Стабилитрон 1N5239B можно заменить любым другим с напряжением стабилизации 9. 10 В.

К линии PB3 (выводу 2) микроконтроллера подключают датчик температуры аккумуляторной батареи автомобиля. Если в качестве этого датчика применён терморезистор RK1 (я использовал приобретённый на сайте https:// www.ebay.com герметизированный, с длинными выводами «NTC Thermistor temperature sensor 10K 1 % 3950»), то вместе с резистором R10 он образует измерительный делитель напряжения. Если датчик — LM335 (BK1), который подключают вместо терморезистора, то через тот же резистор на него поступает напряжение питания. Конденсатор С4 — сглаживающий.

Обратите внимание, зависимости выходного напряжения от температуры у терморезистора и интегрального датчика температуры неодинаковы, поэтому программы микроконтроллера при использовании этих датчиков должны быть разными. В первом случае — это ATTINY85_HTC_10K, во втором — ATTI-NY85_LM335. Конфигурация микроконтроллера в обоих случаях должна соответствовать табл. 1. Она совпадает с первоначально установленной заводом-изготовителем.

Линия PB4 (вывод 3) микроконтроллера использована как аналоговый вход для контроля напряжения в бортсети. Резисторы R1, R6, R7, R9 образуют делитель этого напряжения для подачи на АЦП микроконтроллера. C1R8C3 — фильтр, сглаживающий пульсации измеряемого напряжения.

Резисторы R2-R5 образуют с конденсатором С2 фильтр питания, а с резистором R17 — балластное сопротивление для стабилизатора напряжения на стабилитроне VD3. Интегральный стабилизатор LM1117-5.0 (DA1) обеспечивает напряжением 5 В микроконтроллер.

Устройство собрано на печатной плате, изображённой на рис. 2. Она рассчитана на установку резисторов типоразмера 1206 для поверхностного монтажа и таких же конденсаторов (за исключением оксидных C2, C7 и C8). К транзисторам VT2 и VT3 особых требований не предъявляется. Те, типы которых указаны на схеме, можно заменить другими маломощными соответствующей структуры с напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и в корпусе SOT95. Вместо BCX56 подойдёт любой n-p-n транзистор средней мощности в корпусе SOT-89 с допустимыми током коллектора не менее 1 А, напряжением коллектор-эмиттер 30 В и более. При соответствующей доработке платы можно применить подходящие транзисторы и в других корпусах. Например, VT1 — серии КТ815, VT2 — серии КТ315, VT3 — серии КТ361.

Полевой транзистор IRLR2905 имеет сопротивление открытого канала 0,027 Ом, максимальный ток стока — 30 А и корпус TO-252AA. На его месте сможет работать, например, транзистор IRLR2705 (0,04 Ом, 20 А), но он будет выделять заметно больше тепла и потребует более эффективного теплоотвода. Другая возможная замена — полевой транзистор RFP50N06 (0,022 Ом, 50 А). Он довольно популярен в автомобильных УМЗЧ, но имеет корпус TO-220AB.

Читайте также:  Право является социальным регулятором при помощи которого социальная система изо дня

В качестве замены микросхемы LM1117-5.0 подходят по параметрам многие интегральные стабилизаторы напряжения +5 В. Но все они несовместимы с ней по назначению выводов. Поэтому при замене потребуется вносить коррективы в печатную плату.

Диод 10A7 (VD1, устанавливаемый вне печатной платы) можно заменить любым другим диодом с допустимыми прямым током 10 А и обратным напряжением не менее 100 В.

Печатная плата изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, но печатные проводники вытравлены только на одной её стороне. Фольга на противоположной стороне платы сохранена и соединена с общим проводом устройства. После травления в плате сверлят отверстия. Затем вырезают из алюминиевого, медного или латунного листа толщиной 1,5. 2 мм пластину-теплоотвод размерами 72×42 мм — немного больше, чем сама плата. Используя плату в качестве шаблона, сверлят в пластине четыре крепёжных отверстия (на рис. 2 эти отверстия большего, чем другие, диаметра).

Предназначенные для не соединяемых с общим проводом выводов деталей отверстия в плате зенкуют со стороны сплошной фольги сверлом большого диаметра, чтобы удалить фольгу вокруг них. Два нижних (по рис. 2) крепёжных отверстия необходимо раззен-ковать со стороны печатных проводников. Выводы деталей, соединяемые с общим проводом, при монтаже следует пропаивать с обеих сторон платы.

Закончив монтаж всех деталей и проверив его, положите на плату со стороны печатных проводников пластину-теплоотвод. Она должна опереться на корпус транзистора VT4 и на две шайбы толщиной 2,3 мм, наложенные на верхние (по рис. 2) крепёжные отверстия. Место соприкосновения теплоотвода с корпусом транзистора желательно смазать теплопроводной пастой. Плату и теплоотвод скрепляют четырьмя винтами с гайками.

После проверки готового изделия в работе его разбирают, покрывают плату несколькими слоями влагозащитного лака (обязательно!), при этом защитив от лака соприкасающуюся с теплоотводом поверхность транзистора VT4 и контакты XT1-XT6, и вновь собирают. Зазор между платой и теплоотводом можно залить термоклеем.

В автомобилях, оборудованных электрогенератором, обмотки статора которого соединены по схеме «звезда» с трёхфазным выпрямительным мостом на шести диодах, новый реле-регулятор подключают по схеме, изображённой на рис. 3. Но предварительно нужно удалить штатные реле-регулятор и реле контроля зарядки аккумуляторной батареи. Места разрыва цепей обозначены на схеме крестами. Отключив от корпуса автомобиля правый (по схеме) вывод сигнальной лампы, соединяют его, как показано на схеме утолщённой линией, с выводом замка зажигания. Диод VD1 (см. рис. 1) в рассматриваемом случае не требуется.

Рис. 3. Схема подключения нового реле-регулятора

Если обмотки статора генератора соединены «треугольником», а выпрямитель состоит из девяти диодов, то новый реле-регулятор подключают к нему по схеме, изображённой на рис. 4. Здесь, кроме проводов, шедших к старому реле-регулятору, нужно разрезать ещё один, присоединённый к левому (по схеме) выводу сигнальной лампы.

Рис. 4. Схема подключения нового реле-регулятора

Через диод VD1 (см. рис. 1) обмотка возбуждения генератора питается при включённом зажигании, но остановленном или работающем на малых оборотах двигателе автомобиля. В отсутствие диода VD1 генератор при запуске двигателя работать не начнёт.

Непосредственно от замка зажигания (без диода) напряжение на обмотку возбуждения подавать нельзя, так как в этом случае запущенный двигатель продолжит работать и после выключения зажигания.

Датчик температуры крепят к аккумуляторной батарее липкой с двух сторон лентой, не забыв предварительно обезжирить место крепления. На противоположную датчику и батарее сторону ленты наклеивают небольшую поролоновую пластину. Она предохранит датчик от нагревания горячим воздухом подкапотного пространства.

Пока зажигание выключено, программа микроконтроллера «спит». «Проснувшись» при его включении, она подаёт сигнал «напряжение ниже заданного» — сигнальная лампа часто мигает. Как только после запуска двигателя напряжение генератора достигнет нижнего порогового значения, лампа погаснет, а программа перейдёт в режим стабилизации напряжения. При превышении его верхнего порогового значения программа установит низкий уровень на линии PB2 микроконтроллера, чем закроет транзистор VT4 и отключит обмотку возбуждения генератора. При снижении напряжения ниже нижнего порога программа установит на линии PB2 высокий уровень, открывая транзистор, замыкающий цепь питания обмотки возбуждения. Значения напряжения верхнего и нижнего порогов (включения и выключения обмотки возбуждения) зависят от температуры аккумуляторной батареи жёстко заданы в программе. Они указаны в табл. 2.

По поводу значения напряжения, которое нужно поддерживать, идёт много споров. Теоретически при температуре аккумуляторной батареи -30 оС напряжение должно быть равным 15,9 В. Но как показывает практика, это слишком много для бортовой электроники. А напряжение 12,5 В при прогретой до +50 оС батарее, конечно же, слишком мало. Особенно летом при работающих кондиционере, вентиляторах радиатора и других потребителях тока. Такое напряжение приводит к временному отказу системы ABS. По указанным причинам решено было остановиться на интервале изменения напряжения 12,8. 15 В.

Читайте также:  Все регуляторы газа рднк

Если напряжение остаётся меньшим нижнего порога более 10 с, сигнальная лампа начинает мигать с частотой около 2 Гц. Предусмотрена также индикация неисправности (замыкания или обрыва) в цепи датчика температуры — мигание сигнальной лампы с частотой 0,5 Гц. В этом случае программа удерживает напряжение в пределах 13,8. 14 В. Устройство выключается при полном отключении питания либо при снятии питания с сигнальной лампы (выключении зажигания).

Файлы программ(AtmelStudio) и печатной платы (Sprint-Layout 6). В архиве.

Источник



Схема блока управления релейного регулятора

Релейное управление – самый простой алгоритм из возможных, ведь у насесть только два состояния – вкл и выкл. В этом уроке рассмотрим алгоритмы, которые сделают релейное управление более правильным, позволят сохранить “здоровье” реле и повысят точность регулирования. Начнём с самого простого и очевидного:

Данный код не нуждается в комментариях, он просто включает реле, когда условная температура ниже 50 градусов, и выключает, когда она выше. Если вызывать данный код без задержки или таймера – мы получим жуткий дребезг в момент включения и выключения реле, так как шумы измерений будут постоянно менять результат условия:

Зелёный график – как раз состояние реле. Ужас! Из этого графика также следует неутешительный вывод: значения надо фильтровать, это сильно увеличит стабильность системы. Фильтры мы подробно разбирали вот в этом уроке.

Первым шагом к созданию нормального релейного регулятора является период работы регулятора, его можно реализовать как задержкой (не рекомендуется, сами понимаете), так и таймером на миллис:

Период 1 секунда

И ситуация в корне изменится, ведь даже при всём желании реле не сможет переключаться чаще, чем раз в секунду!

Гистерезис

Второй способ – гистерезис, позволяет ещё сильнее уменьшить количество переключений реле и даже избавиться от опроса по таймеру, что повышает реакцию системы на изменения, сохранив при этом хорошую устойчивость к помехам. Гистерезис разделяет установку на две, чуть меньше и чуть больше, на размер окна гистерезиса.

Логика работы такова, что мы включаем реле на нагрев ниже нижней линии, и выключаем только выше верхней. То есть образуется область, внутри которой система грубо говоря движется по инерции от последнего переключения и переходит в новое состояние только при выходе из этой области. Понятное дело, что добавление гистерезиса сильно уменьшает не только количество переключений реле, но и точность, потому что мы своими собственными руками задаём область, точность внутри которой нам фактически безразлична, как и шумы измерения. В коде гистерезис можно реализовать так:

Для примера ниже используется библиотека thermistorMinim.h, скачать можно здесь.

Полный код примера с отладкой

Работает оно следующим образом:

Отлично! Теперь нам не страшны шумы и износ реле, но мы фактически “раскачали” систему, заставляя её включаться чуть ниже заданной температуры, а выключаться – чуть выше. Колебания температуры стали сильнее, и это не очень приятно. Есть ли способ их избежать? Да!

Хитрый алгоритм с опережением

Рассмотренный далее алгоритм позволяет выключать и включать реле заранее, анализируя скорость изменения температуры. Если система чувствует, что температура растёт и может подняться выше установки – она выключает реле, и наоборот. Такой способ называется управлением с обратной связью по скорости изменения величины. Сама скорость изменения вводится в алгоритм как производная – изменение величины, делённое на время, за которое произошло изменение. Далее это изменение умножается на некий коэффициент, который играет роль коэффициента усиления и уникален для каждой системы, подбирается вручную в диапазоне от 0.001 до 1000, зависит от инертности системы и выбранного периода работы регулятора. Сам алгоритм можно представить в виде функции:

Данный алгоритм реализован у меня в библиотеке GyverRelay, вот тут на неё есть вся документация, примеры и прочее. Рассмотрим простой пример:

Как можно видеть, библиотека очень простая: настраиваем установку и гистерезис – система будет стараться удержать установку внутри него, то есть он играет больше роль окна точности. Далее передаём в регулятор значение с датчика, а он нам выдаёт 1 или 0 – включать или выключать реле. И всё!

График на той же системе выглядит вот так, регулятор работает просто потрясающе! Такая точность даже и не снилась классическим схемам с гистерезисом.

Как настроить: для быстрой системы, как у меня (обмотанный нихромом термистор), нужно выбирать время опроса датчика поменьше, то есть опрашивать датчик почаще. У меня хороший результат получился на 2 опросах в секунду. Для больших инерционных систем можно брать период в несколько секунд или даже минут. Алгоритм измеряет скорость изменения температуры за это время и умножает его на коэффициент. Если во время работы система перелетает через гистерезис, нужно увеличить коэффициент, чтобы реле выключалось и включалось раньше.

Источник