Автоматический регулятор напряжения что это

Как работает электронный регулятор напряжения и инструкция по его установке

В зависимости от устройства и принципа работы реле-регуляторы напряжения генератора в автомобиле делятся на несколько видов: встроенные, внешние, трехуровневые и другие. Теоретически такой прибор можно сделать и самостоятельно, самый простой в плане реализации и дешевый вариант — использовать шунтирующее устройство.

Открыть полное содержание

Назначение реле-регулятора

Реле-регулятор напряжения генератора предназначен для стабилизации тока в установке. При функционировании двигателя вольтаж в электрической системе автомобиля должен быть на одном уровне. Но поскольку коленвал вращается с разной скоростью и обороты мотора неодинаковы, генераторный узел вырабатывает разное напряжение. Без регулировки этого параметра могут произойти сбои в функционировании электрооборудования и приборов машины.

Взаимосвязь источников тока авто

  1. Аккумуляторная батарея — требуется для запуска силового агрегата и первичного возбуждения генераторной установки. АКБ расходует и накапливает энергию при подзарядке.
  2. Генератор. Предназначен для питания и нужен для того, чтобы генерировать энергию независимо от оборотов. Устройство позволяет восполнить заряд батареи при работе на повышенных оборотах.

В любой электросети оба узла должны быть рабочими. Если генератор постоянного тока выходит из строя, аккумулятор проработает не более двух часов. Без АКБ не заведется силовой агрегат, который приводит в движение ротор генераторной установки.

Канал «LR West» рассказал о неисправностях электросетей в автомобилях Лэнд Ровер, а также о взаимосвязи АКБ и генераторов.

Задачи регулятора напряжения

Задачи, которые выполняет электронное регулируемое устройство:

  • изменение значения тока в обмотке возбуждения;
  • возможность выдержать диапазон от 13,5 до 14,5 вольт в электросети, а также на клеммных выводах АКБ;
  • отключение питания обмотки возбуждения при выключенном силовом агрегате;
  • функция подзарядки аккумулятора.

«Народный автоканал» подробно рассказал о назначении, а также о задачах, которые выполняет регуляторное устройство напряжения в авто.

Разновидности реле-регуляторов

Есть несколько видов автомобильных реле-регуляторов:

  • внешние — этот тип реле позволяет увеличить ремонтопригодность генераторного узла;
  • встроенные — устанавливаются в пластину выпрямительного устройства либо щеточный узел;
  • изменяющиеся по минусу — оснащаются дополнительным кабелем;
  • регулирующиеся по плюсу — характеризуются более экономичной схемой подключения;
  • для установки в агрегаты переменного тока — напряжение не может регулироваться при подаче на обмотку возбуждения, поскольку она установлена в генератор;
  • для устройств постоянного тока — реле-регуляторы имеют функцию отсечения аккумулятора при незапущенном двигателе;
  • двухуровневые реле — сегодня практически не используются, в них регулировка осуществляется пружинками и рычажком;
  • трехуровневые — оснащаются схемой сравнивающего модуля, а также сигнализатором согласования;
  • многоуровневые — оборудуются 3-5 добавочными резисторными элементами, а также системой контроля;
  • транзисторные образцы — на современных транспортных средствах не применяются;
  • релейные устройства — характеризуются более улучшенной обратной связью;
  • релейно-транзисторные — обладают универсальной схемой;
  • микропроцессорные реле — характеризуются небольшими размерами, а также возможностью плавного изменения нижнего либо верхнего порога срабатывания;
  • интегральные — устанавливаются в держатели щеток, поэтому при их износе меняются.

Реле-регуляторы постоянного тока

В таких агрегатах схема подключения выглядит более сложной. Если машина стоит и двигатель не запущен, генераторный узел должен быть отключен от аккумулятора.

При выполнении испытания реле необходимо удостовериться в наличии трех опций:

  • отсечка батареи при стоянке транспортного средства;
  • ограничение максимального параметра тока на выходе агрегата;
  • возможность изменения параметра напряжения для обмотки.

Реле-регуляторы переменного тока

Такие устройства характеризуются более упрощенной схемой проверки. Автовладельцу необходимо произвести диагностику величины напряжения на обмотке возбуждения, а также на выходе агрегата.

Если в автомобиле установлен генератор переменного тока, то запустить двигатель «с толкача» не получится, в отличие от агрегата постоянного тока.

Встроенные и внешние реле-регуляторы

Процедура изменения величины напряжения производится устройством в определенном месте монтажа. Соответственно, встроенные регуляторы осуществляют воздействие на генераторный узел. А внешний тип реле не связан с ним и может подключаться к катушке зажигания, тогда его работа будет направлена только на изменение напряжения на данном участке. Поэтому перед выполнением диагностики автовладелец должен убедиться, что деталь подключена правильно.

Канал «Sovering TVi» подробно рассказал о предназначении, а также принципе действия данного типа устройств.

Двухуровневые

Принцип действия таких устройств заключается в следующем:

  1. Ток проходит через реле.
  2. В результате образования магнитного поля рычаг притягивается.
  3. В качестве сравнивающего элемента используется пружинка, обладающая конкретным усилием.
  4. Когда напряжение увеличивается, контактные элементы размыкаются.
  5. На обмотку возбуждения подается меньший ток.

В автомобилях ВАЗ для регулирования ранее использовались механические двухуровневые устройства. Главный недостаток заключался в быстром износе конструктивных компонентов. Поэтому вместо механических на эти модели машин стали устанавливать электронные регуляторы.

В основе таких деталей использовались:

  • делители напряжения, которые собирались из резисторных элементов;
  • в качестве задающей детали применялся стабилитрон.

Из-за сложной схемы подключения и неэффективного контроля уровня напряжения такой тип устройств стал использоваться реже.

Трехуровневые

Данный тип регуляторов, как и многоуровневые, являются более усовершенствованными:

  1. Напряжение подается с генераторного устройства на специальную схему и проходит через делитель.
  2. Полученные данные обрабатываются, фактический уровень напряжения сравнивается с минимальным и максимальным значением.
  3. Импульс рассогласования изменяет параметр тока, который подается на обмотку возбуждения.

Трехуровневые устройства с частотной модуляцией не имеют сопротивлений, но частота срабатывания электронного ключа в них выше. Для управления применяются специальные логические схемы.

Управление по минусу и плюсу

Схемы по отрицательному и положительному контактам отличаются только подсоединением:

  • при установке в разрыв плюса одна щетка соединяется с массой, а вторая идет на клемму реле;
  • если реле устанавливается в разрыв минуса, то один щеточный элемент должен быть подключен к плюсу, а второй — непосредственно на реле.

Но во втором случае появится еще один кабель. Это связано с тем, что данные модули реле относятся к классу приспособлений активного типа. Для его функционирования потребуется отдельное питание, поэтому плюс подключается индивидуально.

Фотогалерея «Виды реле-регулятора напряжения генератора»

В данном разделе представлены фото некоторых видов устройства.

Выносной тип устройств Встроенный регулятор Транзисторно-релейный тип Интегральное устройство Устройство для генератора постоянного тока Регулирующее устройство переменного тока Двухуровневый тип устройств Трехуровневый регулирующий прибор

Принцип работы реле-регулятора

Наличие встроенного резисторного устройства, а также специальных схем обеспечивает возможность регулятора сравнивать параметр напряжения, которое вырабатывает генератор. Если значение слишком высокое, то регулятор отключается. Это позволяет не допустить перезаряда АКБ и выхода из строя электрооборудования, которое питается от сети. Неполадки в работе устройства приведут к поломке аккумулятора.

Переключатель зима и лето

Генераторное устройство работает стабильно независимо от температуры окружающей среды и сезона. Когда его шкив приводится в движение, происходит выработка тока. Но в холодное время года внутренние конструктивные элементы батареи могут примерзать. Поэтому заряд АКБ восстанавливается хуже, чем в жару.

Переключатель для изменения сезона работы располагается на корпусе реле. Некоторые модели оснащаются специальными разъемами, их надо найти и подсоединить провода в соответствии со схемой и обозначениями, нанесенными на них. Сам переключатель представляет собой устройство, благодаря которому уровень напряжения на выводах батареи можно увеличить до 15 вольт.

Как снимать реле-регулятор?

Снятие реле допускается только после отключения клемм от АКБ.

Чтобы произвести демонтаж устройства своими руками, потребуется отвертка с крестовым или плоским наконечником. Все зависит от болта, который крепит регулятор. Генераторный узел, а также приводной ремень демонтировать не нужно. От регулятора отсоединяется кабель и выкручивается болт, который его крепит.

Пользователь Виктор Николаевич подробно рассказал о демонтаже регуляторного механизма и его последующей замене на авто.

Признаки неисправности

«Симптомы», в результате которых потребуется проверить или произвести ремонт регуляторного устройства:

  • при активации зажигания на контрольном щитке появляется световой индикатор разряженного аккумулятора;
  • значок на приборной панели не пропадает после запуска двигателя;
  • яркость свечения оптики может быть слишком низкой и увеличиваться при повышении оборотов коленвала и нажатии на педаль газа;
  • силовой агрегат машины с трудом запускается с первого раза;
  • АКБ автомобиля часто разряжается;
  • при увеличении числа оборотов ДВС более двух тысяч в минуту лампочки на контрольном щитке отключаются автоматически;
  • динамические свойства транспортного средства снижаются, что особенно явно проявляется на повышенных оборотах коленвала;
  • возможно закипание аккумулятора.

Возможные причины неисправностей и последствия

Необходимость ремонта реле-регулятора напряжения генератора возникнет при таких проблемах:

  • межвитковое замыкание обмоточного устройства;
  • короткое замыкание в электроцепи;
  • поломка выпрямительного элемента в результате пробоя диодов;
  • ошибки, допущенные при подключении генераторного агрегата к выводам АКБ, переплюсовка;
  • попадание воды или другой жидкости внутрь корпуса регуляторного устройства, к примеру, в высокую влажность на улице или при мойке авто;
  • механические неисправности устройства;
  • естественный износ элементов конструкции, в частности, щеток;
  • низкое качество использующегося устройства.

В результате неисправности последствия могут быть серьезными:

  1. Высокое напряжение в электросети автомобиля приведет к поломке электрооборудования. Из строя может выйти микропроцессорный блок управления машиной. Поэтому не допускается отключение клеммных зажимов АКБ при запущенном силовом агрегате.
  2. Перегрев обмоточного устройства в результате внутреннего замыкания. Ремонт будет дорогостоящим.
  3. Поломка щеточного механизма приведет к неисправности генераторного агрегата. Узел может заклинить, возможен обрыв приводного ремешка.

Пользователь Сникерсон рассказал о диагностике регуляторного механизма, а также о причинах его выхода из строя на автомобилях.

Диагностика реле-регулятора

Проверять работу регуляторного устройства необходимо с помощью тестера — мультиметра. Его предварительно надо настроить в режим вольтметра.

Встроенного

Данный механизм обычно встроен в щеточный узел генераторного агрегата, поэтому потребуется уровневая диагностика устройства.

Проверка выполняется так:

  1. Производится демонтаж защитной крышки. С помощью отвертки или гаечного ключа ослабляется щеточный узел, его необходимо вывести наружу.
  2. Проверяется износ щеточных элементов. Если их длина составляет менее 5 мм, то замена производится обязательно.
  3. Проверка генераторного устройства с использованием мультиметра выполняется вместе с АКБ.
  4. Отрицательный кабель от источника тока замыкается на соответствующую пластину регуляторного устройства.
  5. Положительный контакт от зарядного оборудования либо аккумулятора соединяется с таким же выходом на разъеме реле.
  6. Затем мультиметр выставляется в рабочий диапазон от 0 до 20 вольт. Щупы устройства соединяются со щетками.

В рабочем диапазоне от 12,8 до 14,5 вольт между щеточными элементами должно быть напряжение. Если параметр увеличивается более чем на 14,5 В, то стрелка тестера должна упасть на ноль.

При диагностике встроенного реле-регулятора напряжения генератора допускается применение контрольной лампочки. Источник освещения должен включаться при определенном интервале напряжения и гаснуть, если этот параметр увеличивается больше необходимого значения.

Кабель, который управляет тахометром, надо прозвонить посредством тестера. На дизельных автомобилях этот проводник обозначается W. Уровень сопротивления провода должен составить примерно 10 Ом. Если этот параметр падает, это говорит о том, что проводник пробит и требует замены.

Выносного

Метод диагностики такого типа устройств осуществляется аналогично. Единственное отличие заключается в том, что реле-регулятор не требуется снимать и извлекать из корпуса генераторного агрегата. Произвести диагностику устройства можно при запущенном силовом агрегате, меняя обороты коленчатого вала с низких на средние и на высокие. При повышении их числа необходимо активировать оптику, в частности, дальнее освещение, а также магнитолу, печку и другие потребители.

Канал «AvtotechLife» рассказал о самостоятельной диагностике регуляторного устройства, а также об особенностях выполнения этой задачи.

Самостоятельное подключение реле-регулятора в бортовую сеть генератора (пошаговая инструкция)

При установке нового регуляторного устройства надо учесть следующие моменты:

  1. Перед выполнением задачи обязательно производится диагностика целостности, а также надежности контактов. Речь идет о кабеле, идущем от кузова транспортного средства к корпусу генераторной установки.
  2. Затем выполняется подключение клеммного зажима Б регуляторного элемента к положительному контакту генераторного агрегата.
  3. При выполнении соединения скрутки проводов использовать не рекомендуется. Они греются и становятся непригодными через год эксплуатации. Следует применять пайку.
  4. Штатный проводник рекомендуется заменить проводом, сечение которого составляет не меньше 6 мм2. Особенно если вместо заводского генератора устанавливается новый, который рассчитан на работу в условиях тока выше 60 А.
  5. Наличие амперметра в цепи генератор-АКБ позволяет определить мощность источников питания в конкретное время.

Схема подключения регулятора выносного

Схема подключения выносного типа устройств

Данное устройство устанавливается после того, как будет определен провод, в разрыв которого он подключится:

  1. В старых версиях Газелей и РАФ применяются механизмы 13.3702. Они выполнены в металлическом или полимерном корпусе и оснащаются двумя контактными элементами и щетками. Их рекомендуется подключать в отрицательный разрыв цепи, выходы обычно обозначены. Положительный контакт берется с катушки зажигания. А выход Ш реле подключается к свободному контакту на щетках.
  2. В автомобилях ВАЗ используются устройства 121.3702 в черном либо белом корпусе, есть также двойные модификации. В последних при поломке одной из деталей второй регулятор останется рабочим, но на него надо переключиться. Устройство устанавливается в разрыв положительной цепи клеммой 15 к контакту катушки Б-ВК. Со щетками соединяется проводник под номером 67.

В более новых версиях ВАЗ реле устанавливаются в щеточный механизм и соединяются с выключателем зажигания. Если автовладельцем производится замена штатного агрегата на узел переменного тока, то подключение должно выполняться с учетом нюансов.

Подробнее о них:

  1. Необходимость фиксации агрегата к корпусу транспортного средства определяется автовладельцем самостоятельно.
  2. Вместо плюсового выхода здесь используется контакт В либо В+. Он должен быть подключен к электросети авто через амперметр.
  3. Выносной тип устройств в таких авто обычно не применяется, а встроенные регуляторы уже интегрированы в щеточный механизм. От него идет один кабель, обозначающийся как D или D+. Он должен подключаться к выключателю зажигания.

В автомобилях с дизельными двигателями генераторный узел может оснащаться выходом W — он подключается к тахометру. Этот контакт можно игнорировать, если агрегат ставится на бензиновую модификацию авто.

Пользователь Николай Пуртов подробно рассказал об установке и подключении выносного типа устройств на автомобиль.

Проверка подключения

Мотор обязательно должен запускаться. А уровень напряжения в электросети авто будет контролироваться в зависимости от количества оборотов.

Возможно, после монтажа и подключения нового генераторного устройства автовладелец столкнется с трудностями:

  • при активации силового агрегата генераторный узел запускается, замер величины напряжения производится на любых оборотах;
  • а после отключения зажигания мотор транспортного средства работает и не глушится.

Решить проблему можно путем отключения кабеля возбуждения, только после этого двигатель остановится.

Глушение мотора может произойти при отпускании сцепления с нажатием на педаль тормоза. Причина неисправности заключается в остаточной намагниченности, а также постоянном самовозбуждении обмотки агрегата.

Чтобы не столкнуться с такой проблемой в дальнейшем, в разрыв возбуждающего кабеля можно добавить источник освещения:

  • лампочка будет гореть при отключенном генераторе;
  • когда происходит запуск агрегата, индикатор тухнет;
  • величина тока, которая проходит через источник освещения, будет недостаточной для возбуждения обмотки.

Канал «Altevaa TV» рассказал о проверке подключения регуляторного устройства после подсоединения в 6-вольтовую сеть мотоцикла.

Советы по увеличению срока службы реле-регулятора

Чтобы не допустить быстрого выхода из строя регуляторного устройства, необходимо придерживаться нескольких правил:

  1. Нельзя допускать сильного загрязнения генераторной установки. Время от времени следует выполнять визуальную диагностику состояния устройства. При серьезных загрязнениях производится снятие агрегата и его очистка.
  2. Периодически следует проверять натяжение приводного ремешка. Если потребуется, производится его натяжка.
  3. Рекомендуется следить за состоянием обмоток генераторного агрегата. Нельзя допускать их потемнения.
  4. Надо проверять качество контакта на управляющем кабеле регуляторного механизма. Не допускается наличие окислений. При их появлении производится очистка проводника.
  5. Периодически следует диагностировать уровень напряжения в электросети авто с заведенным и заглушенным двигателем.

Сколько стоит реле-регулятор?

Стоимость устройства зависит от производителя и типа регулятора.

Наименование Цена, руб
Для автомобилей Рено 2000
Для Тойоты 1000-4500
Для Мазды (от 2012 года выпуска) 16000
Цены актуальны для трех регионов: Москва, Челябинск, Краснодар

Можно ли сделать регулятор своими руками?

Пример рассмотрен на регуляторном механизме для скутера. Основной нюанс заключается в том, что для корректной работы потребуется разбор генераторного агрегата. Отдельным проводником необходимо вывести кабель массы. Сборка устройства осуществляется по схеме однофазного генератора.

  1. Выполняется разбор генераторного агрегата, с мотора скутера снимается статорный элемент.
  2. Слева вокруг обмоток располагается масса, ее надо выпаять.
  3. Вместо нее производится пайка отдельного кабеля для обмотки. Затем данный контакт выводится наружу. Этот проводник будет одним концом обмотки.
  4. Выполняется обратная сборка генераторного устройства. Эти манипуляции осуществляются для того, чтобы с агрегата выходило два кабеля. Они будут использоваться.
  5. Затем к полученным контактам выполняется подсоединение шунтирующего устройства. На завершающем этапе к положительной клемме аккумулятора подключается желтый кабель от старого реле.

Видео «Наглядное руководство по сборке самодельного регулятора»

Пользователь Андрей Чернов наглядно показал, как самостоятельно сделать реле для генераторного агрегата автомобиля ВАЗ 2104.

Как я делал себе АВР для генератора

Несколько лет назад делал себе АВР (автоматический ввод резерва) для работы на даче от генератора. Сейчас многие ИТ-шники переходят на удалёнку, работают с дач, где качество электропитания может оставлять лучшего. Поэтому решил написать о своем опыте самодельного АВР на микроконтроллере ATmega8A. Если тема интересна, добро пожаловать под кат, будет много букв и кода.

О заземлении

Прежде чем что-либо делать с электричеством, нужно позаботиться о наличии хорошего заземления в вашем доме. Просто так взять и подключить обычный бытовой бензиновый/дизельный/газовый генератор к электросети дома не получится. Нужно соблюдать меры предосторожности. Первая из них – ваш генератор должен быть хорошо заземлен. Тогда у вас есть хорошие шансы не получить удар током, когда статика от вашего любимого свитера пробъёт изоляцию обмотки генератора. Вообще, к работающему генератору не стоит без нужды прикасаться.

Стоит помнить, что в сети не всегда 220В. Коммутация на линиях, грозовые разряды вдалеке, статические разряды дают такие наводки, что в сети нередки короткие импульсы в несколько киловольт. С этим борются установкой разрядников и УЗИП на вводе в дом, но это очень редкая практика в РФ. Так что пусть искра в землю уходит, и не через вас – сделайте по всему дому хорошее заземление. Без этого делать что-либо дальше просто нельзя!

О генераторах

К слову, у многих бытовых бензиновых генераторов обмотки никак не соединены с землёй. И это вполне нормально, когда вы питаете от генератора один электроинструмент. Но когда вам надо подключить генератор к дому, нужно сделать нулевой провод (N) и провод фазы (L). Для этого один из выводов генератора заземляется и из этой точки заземления уже независимо нужно вести в дом два провода – один будет нейтралью N, а второй – защитным заземлением (PE). При выборе генератора нужно обратить внимание, можно ли заземлять его выход, порой это запрещено в инструкции к генератору, тогда такой генератор вам не подойдёт.

Часто в Сети можно увидеть схемы подключения генератора без заземления и разделения линий N и PE. Не делайте так, дольше проживёте. Такие схемы хорошо работают до первого неудачного стечения обстоятельств. В типичных блоках питания современных электронных приборов стоят конденсаторы с линий L, N на землю. Если N не заземлить у генератора, то за счёт этих конденсаторов на линии N будет, если повезёт, 110 вольт относительно земли. Кстати, многие газовые котлы в таком режиме вообще перестают работать. Про влияние статики без присутствия заземления я уже писал выше.

О схемах АВР

Есть несколько разных схем реализации АВР. Дальше я буду писать о наиболее безопасной с моей точки зрения схеме однофазного АВР. Я не советую экономно делать АВР на одном контакторе или же с коммутацией только одного фазного провода. Только вместе с нейтралью.

На приведенной схеме питание от сети и от генератора подаётся через вводы 1 и 2. Они защищены спаренными автоматами. Через дополнительные автоматы питаются схемы коммутации и индикации. Видно, что катушки реле взаимно блокируются электрически. За включение того или иного ввода отвечает для упрощения не показанный на схеме микроконтроллер, который замыкает цепи в точке коммутации ТК1 или ТК2.

Принципиальным моментом является наличие в АВР 2х схем блокировок – взаимной механической блокировки коммутирующих вводы контакторов и взаимной электрической блокировки контакторов. Самодельщики ради экономии, бывает, в своих конструкциях пренебрегают этими блокировками, а зря. Схема без блокировок может проработать некоторое время, но в какой-то момент контакты пригорят, возвратные пружины ослабнут и случится КЗ между вводами. Во-первых, это грозит большим бабахом, если обе линии окажутся под напряжением, но это не самая большая проблема. Гораздо важнее, что ваш генератор неожиданно для ремонтирующих проводку электриков может выдать в общую сеть напряжение – при неблагоприятном стечении обстоятельств ремонтирующие линию электрики могут погибнуть. Для вас это уже уголовная статья.

О контакторах

Таким образом, использование обычных реле для нас отпадает, подойдут только специализированные контакторы. Для больших мощностей есть ещё вариант с моторизованными приводами, но это дорого и для типичного домашнего применения избыточно.

Чтобы сделать механическую блокировку, нужно выбрать контакторы, которые могут работать в паре. Обычно взаимная блокировка достигается установкой одинаковых контакторов рядом друг с другом и установкой дополнительной опции – механического блокиратора. Он продаётся отдельно от контакторов и стоит копейки.

Взаимная электрическая блокировка возможна, если на контакторе есть дополнительные сигнальные контакты, работающие на размыкание. Иногда они сразу встроены в контактор, иногда их можно докупить и установить как опцию.

Ведущие производители контакторов имеют в своих линейках такое оборудование. Так что найти и купить комплект не представляет особого труда. Правда цены на брендовые контакторы на порядок выше наших/китайских. Поскольку количество циклов коммутации не ожидается большим, то выбор китайских контакторов вполне оправдан. К недостаткам можно отнести только то, что катушки контактора во время работы довольно сильно гудят.

Еще по поводу коммутируемой мощности. Контакты контактора должны выдерживать максимальную мощность, которую вам разрешено потреблять в доме. У меня это 10 кВт, поэтому контакторы я выбирал на допустимый ток через один контакт примерно в 50 ампер. Стоит отметить, что по какой-то причине коммутируемая мощность для типичного трехфазного контактора указывается в паспорте суммарная для всех трёх фаз, поэтому надо внимательно смотреть, какой допустимый ток именно через один контакт.

О схеме управления

Когда я занимался созданием АВР у меня было несколько особых требований к его работе:

  • У меня не так часто отключают электричество, поэтому я решил, что мне не нужен автозапуск генератора, а вот от автоматической остановки генератора я решил не отказываться: когда сеть восстанавливается, генератор сам затихает и сразу понятно, что теперь с питанием всё хорошо, да и бензин экономится
  • После старта генератора ему надо дать время прогреться и только после прогрева давать ему нагрузку. Т.е. мне нужен был таймер включения АВР после подачи напряжения от генератора
  • После восстановления напряжения в сети часто происходили повторные отключения через короткий промежуток времени, поэтому мне нужен был таймер, который бы выждал перед переходом с генератора на сеть некоторое время и не глушил сразу генератор
  • Генератору, говорят, полезно перед выключением немного поработать без нагрузки. И для этого мне тоже нужен был таймер

Хорошо бы, чтоб контроллер работал долго и надёжно. Кроме того, чтобы сделать полную гальваническую развязку и снабдить контроллер сторожевым таймером я ничего более не придумал. Ну и сделать схему и программу максимально простыми. Поскольку делалось всё для себя, то все настройки и калибровки решил оставить в коде — весь UI свелся к одному светодиоду )

Основная задача контроллера – мониторить напряжение на вводах и, при необходимости, переключать вводы. При этом приоритетным является ввод от деревенской сети.

Тут стоит отметить, что качество сети таково, что колебания от 150 в до 250 в вполне обычное явление. Поэтому понятие что есть хорошее питание от сети очень размыто. Через какое-то время я решил эту проблему, когда поставил на весь дом один мощный тиристорный стаблизатор напряжения на 11 кВт. Но, важно, стабилизатор можно ставить только до АВР, а не после! Включать стабилизатор для генератора категорически не рекомендуется. Есть опасность, что при определенной комбинации нагрузок, особенно всяких мощных насосов, система из генератора и стабилизатора станет неустойчивой и войдет в автоколебания.

После некоторых раздумий нарисовал такую схему в Eagle.

В схеме есть два идентичных трансформаторных источника питания, при наличии напряжения на любом из вводов схема обеспечена питанием. Между вводами возможно напряжение в 600в, поэтому изоляция трансформаторов должна быть хорошей. Питание берется после пакетников QF3 и QF4 соответственно.

У каждого источника есть резистивный делитель напряжения, защищенный от перенапряжения стабилитроном – с него производится путём нехитрых расчётов измерение напряжение сети с помощью АЦП микроконтроллера.

Для коммутации катушек контакторов применяется стандартная схема из даташита для управления семисторами. 2 штуки ). Катушки — это индуктивная нагрузка, поэтому цепи снаббера на выходе из резистора и конденсатора обязательны.

У меня был релейный модуль с али, который используется для останова генератора. На схеме он просто прямоугольник с тремя выводами.

Из особенностей еще в качестве генератора опорного напряжения использован TL431. В остальном всё включено стандартно для Atmega 8. Есть светодиоды для индикации наличия напряжения питания на вводах и один светодиод статуса устройства. Тактируется схема с помощью внешнего кварца на 16 МГц.

Eagle мне породил вот такую печатную плату. Никаких SMD, симисторы и стабилизатор с легкими радиаторами.

Два тороидальных трансформатора установлены прямо на плате. Плату изготовил традиционным радиолюбительским способом с помощью фоторезиста. После монтажа покрыл тремя слоями акрилового лака. Надеюсь не пробьет его высокое напряжение.

О программе управления

Код программы довольно длинный, извините.

/* * ABP - программа управления блоком "Автоматического ввода резерва" * В блоке управления есть два ввода напряжения от сети и генератора и три выхода- * один выход для управления контактором включения сети, второй - контактором * включения генератора и третий - реле запуска стартера генератора. * В блоке управления есть выход RS232 для отладочной информации, порт SPI для * программирования микроконтроллера и 3 светодиода. Два зеленых светодиода * показывают наличие напряжения питания на входах сети и генератора. Красный * светодиод показывает состояние контроллера количеством вспышек. * * для нормальной печати напряжений нужно линковать большие библиотеки printf * дополнительные опции в линкере -Wl,-u,vfprintf -lprintf_flt */ #ifndef F_CPU # define F_CPU 16000000UL #endif #define BAUD 9600 #include #include #include #include #include #include #include // переменные для сохранения состояния контроллера после запуска // используются только для отладки uint8_t mcusr_mirror __attribute__ ((section (".noinit"))); void get_mcusr(void) \ __attribute__((naked)) \ __attribute__((section(".init3"))); void get_mcusr(void) < mcusr_mirror = MCUSR; MCUSR = 0; wdt_disable(); >//настройка UART для отладочной печати в порт RS232 void uart_init( void ) < /* //настройка скорости обмена UBRRH = 0; UBRRL = 103; //9600 при кварце 16 МГц */ #include UBRRH = UBRRH_VALUE; UBRRL = UBRRL_VALUE; #if USE_2X UCSRA |= (1 int uart_putc( char c, FILE *file ) < //ждем окончания передачи предыдущего байта while( ( UCSRA & ( 1 FILE uart_stream = FDEV_SETUP_STREAM( uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE ); // настройка счетчика 1 для счета секунд - главный таймер в программе void timer1_init( void ) < TCCR1A = 0; // регистр настройки таймера 1 - ничего интересного /* 16000000 / 1024 = 15625 Гц, режим СТС со сбросом 15625 должен давать прерывания раз в 1 сек */ // режим CTC, ICP1 interrupt sense (falling)(not used) + prescale /1024 + без подавления шума (not used) TCCR1B = (0 // описание состояния контакторов typedef enum _ABP_RLY_STATES < RLY_OFF = 0, // контактор выключен RLY_ON // контактор включен >ABP_RLY_STATES; // перечень используемых в блоке реле typedef enum _ABP_RLY < RLY_220N = 0, RLY_220G, RLY_GEN >ABP_RLY; volatile ABP_RLY_STATES contactors[RLY_GEN+1]; // расчетные состояния контакторов // описание состяния софтовых таймеров typedef enum _ABP_TMR_STATES < TMR_OFF = 0, // таймер выключен TMR_ON // таймер включен >ABP_TMR_STATES; // структура описывающая софтовый таймер typedef struct < ABP_TMR_STATES state; // состояние включения таймера unsigned char passed_secs; // сколько секунд прошло (ограничение до 255. ) unsigned char set_secs; // установка срабатывания таймера в секундах >TMR_INSTANCE; // перечень используемых софтовых таймеров typedef enum _ABP_TMRS < TMR_220N_ON = 0, // задержка включения контактора после появления 220 от сети TMR_220G_ON, // задержка включения контактора после появления 220 от генератора TMR_220N_OFF, // задержка выключения контактора после пропадания 220 в сети TMR_220G_OFF, // задержка выключения контактора после пропадания 220 от генератора TMR_PRINT, // задержка отладочной печати в последовательный порт TMR_GEN_OFF // задержка выключения реле стартера генератора после появления 220 от сети >ABP_TMRS; volatile TMR_INSTANCE abp_timers[TMR_GEN_OFF+1]; // таймеры по перечню ABP_TMRS void abp_timers_init( void ) < // время срабатывания таймеров в секундах abp_timers[TMR_220N_ON].set_secs = 10; // ожидание после включения сетевого напряжения abp_timers[TMR_220G_ON].set_secs = 60; // ожидание для переключения на генератор для прогрева генератора abp_timers[TMR_220N_OFF].set_secs = 5; // ожидание после пропадания сетевого напряжения abp_timers[TMR_220G_OFF].set_secs = 5; // ожидание после пропадания напряжения генератора abp_timers[TMR_GEN_OFF].set_secs = 60; // ожидание для охлаждения генератора перед остановом abp_timers[TMR_PRINT].set_secs = 2; // задержка печати unsigned char i; for(i=TMR_220N_ON; ifor(i=RLY_220N; i > // запуск таймера void abp_timer_start( ABP_TMRS tmr ) < abp_timers[tmr].passed_secs = 0; abp_timers[tmr].state = TMR_ON; >// остановка таймера void abp_timer_stop( ABP_TMRS tmr ) < abp_timers[tmr].state = TMR_OFF; abp_timers[tmr].passed_secs = 0; >// проверка срабатывания таймера unsigned char abp_timer_check( ABP_TMRS tmr ) < if (abp_timers[tmr].passed_secs >= abp_timers[tmr].set_secs) < return 1; >else < return 0; >> // прерывание для подсчета секунд в таймерах ISR(TIMER1_COMPA_vect) < // сюда надо добавлять переменные счетчиков таймеров включения/выключения unsigned char i; for(i=TMR_220N_ON; i> > //настройка COUNTER2 для управления светодиодом через переменную led_State void counter2_init( void ) < ASSR = 0; /* AS0 = 0 */ /* disable asynchronous mode */ while (ASSR); /*EMPTY*/ OCR2 = 223; /* 70 Гц на выходе */ TCCR2 |= (1 typedef enum _ABP_LED_STATES < ABP_UNDEF = 0, // режим неопределен ABP_1RELAY, // включено 1 реле ABP_2RELAY // включено 2 реле >ABP_LED_STATES; ABP_LED_STATES led_State = ABP_UNDEF; const unsigned char led_pattern[3][10] = < < 1,0,1,0,1,0,1,0,1,0 >, // статус не определен < 1,0,0,0,0,0,0,0,0,0 >, // включено 1 реле < 1,0,1,0,0,0,0,0,0,0 >>; // включено 2 реле volatile unsigned char timer2_count = 0; volatile unsigned char led_cycle = 0; // от 0 до 9 ISR(TIMER2_COMP_vect) // должно вызываться примерно 70 раз в секунду < if (++timer2_count >6) // типа примерно через 0.1 сек. нужно сменить режим светодиода < timer2_count = 0; // сбрасываем счетчик if (led_pattern[led_State][led_cycle]) < PORTB &= ~(1 else < PORTB |= (1 if (++led_cycle >= 10) led_cycle = 0; > > // количество семплов для усреднения значения датчиков напряжения #define SAMPLES 2500 // используемое опорное напряжение TL431 #define REFERENCEV 2.479 // экспериментальные коэффициенты пересчета для делителей напряжения #define DIVIDER1 (12.3/2.13) #define DIVIDER2 (12.4/2.03) double realV1 = 0; // здесь итоговое зхначение измерения V0 double realV2 = 0; // здесь итоговое зхначение измерения V1 volatile int sampleCount = 0; volatile unsigned long tempVoltage1 = 0; // переменные для накопления суммы volatile unsigned long tempVoltage2 = 0; volatile unsigned long sumVoltage1 = 0; // переменные для передачи суммы семплов в основной цикл volatile unsigned long sumVoltage2 = 0; void ADC_init() // ADC1,0 < // внешний ИОН 2,5В, 10 bit преобразование ADMUX = (0 ISR(ADC_vect) // должен накапливать измерения по 2500 семплам по каждому каналу < if ((ADMUX & (1 = SAMPLES) < sampleCount = 0; sumVoltage1 = tempVoltage1; tempVoltage2 = 0; tempVoltage1 = 0; ADMUX &= ~(1 > else < // если работаем с ADC0 if (sampleCount++) // пропускаем первое измерение tempVoltage2 += ADC; if (sampleCount >= SAMPLES) < sampleCount = 0; sumVoltage2 = tempVoltage2; tempVoltage2 = 0; tempVoltage1 = 0; ADMUX |= (1 > ADCSRA |=(1 // валидность напряжения на входах блока АВР typedef enum _ABP_U_STATES < U_INVALID = 0, // напряжение не в норме U_VALID // напряжение в норме >ABP_U_STATES; ABP_U_STATES u220n, u220g; // расчетная валидность напряжения на входах // допустимый диапазон напряжений питания в В на выходе выпрямителей // напряжения меняются не только от изменения сетевого напряжения, но и // плавают под нагрузкой (реле стартера), поэтому диапазон широкий #define MAX_V 14.0 #define MIN_V 7.5 void ports_init() < // настройка порта светодиода индикации PORTB &= ~(1 void validate220() < // логика валидации напряжения питания сети и генератора realV1 = DIVIDER1 * ((sumVoltage1 * REFERENCEV) / 1024) / SAMPLES; realV2 = DIVIDER2 * ((sumVoltage2 * REFERENCEV) / 1024) / SAMPLES; if( realV1 >MAX_V || realV1 < MIN_V ) < // проверка напряжения от генератора u220g = U_INVALID; >else < u220g = U_VALID; >if( realV2 > MAX_V || realV2 < MIN_V ) < // проверка напряжения от сети u220n = U_INVALID; >else < u220n = U_VALID; >> void validate_contactors() < // проверка валидности включения контактора сети 220 в // на выходе RLY_220N = RLY_ON или RLY_OFF if( u220n == U_VALID && contactors[RLY_220N] == RLY_OFF && abp_timers[TMR_220N_ON].state == TMR_OFF) < // есть напряжение, реле пока выкл, и таймер не вкл abp_timer_stop( TMR_220N_OFF ); // остановка таймера выключения 220 abp_timer_start( TMR_220N_ON ); // запуск таймера включения 220 >if( u220n == U_VALID && contactors[RLY_220N] == RLY_OFF && abp_timers[TMR_220N_ON].state == TMR_ON && abp_timer_check(TMR_220N_ON)) < // есть напряжение, реле пока выкл, таймер сработал abp_timer_stop( TMR_220N_OFF ); // остановка таймера выключения 220 abp_timer_stop( TMR_220N_ON ); // остановка таймера включения 220 contactors[RLY_220N] = RLY_ON; // ставим флаг включения 220 >if( u220n == U_VALID && contactors[RLY_220N] == RLY_ON && abp_timers[TMR_220N_OFF].state == TMR_ON) < // есть напряжение, реле вкл, и таймер выкл включен abp_timer_stop( TMR_220N_OFF ); // остановка таймера выключения 220 >if( u220n == U_INVALID && contactors[RLY_220N] == RLY_ON && abp_timers[TMR_220N_OFF].state == TMR_OFF) < // нет напряжение, реле пока выкл, и таймер не вкл abp_timer_stop( TMR_220N_ON ); // остановка таймера включения 220 abp_timer_start( TMR_220N_OFF ); // запуск таймера выключения 220 >if( u220n == U_INVALID && contactors[RLY_220N] == RLY_ON && abp_timers[TMR_220N_OFF].state == TMR_ON && abp_timer_check(TMR_220N_OFF)) < // нет напряжения, реле пока вкл, таймер сработал abp_timer_stop( TMR_220N_OFF ); // остановка таймера выключения 220 abp_timer_stop( TMR_220N_ON ); // остановка таймера включения 220 contactors[RLY_220N] = RLY_OFF; // ставим флаг выключения 220 >if( u220n == U_INVALID && contactors[RLY_220N] == RLY_OFF && abp_timers[TMR_220N_ON].state == TMR_ON) < // нет напряжения, реле выкл, и таймер вкл включен abp_timer_stop( TMR_220N_ON ); // остановка таймера включения 220 >// проверка валидности включения контактора генератора // на выходе RLY_220G = RLY_ON или RLY_OFF if( u220g == U_VALID && contactors[RLY_220G] == RLY_OFF && abp_timers[TMR_220G_ON].state == TMR_OFF) < // есть напряжение, реле пока выкл, и таймер не вкл abp_timer_stop( TMR_220G_OFF ); // остановка таймера выключения ген abp_timer_start( TMR_220G_ON ); // запуск таймера включения ген >if( u220g == U_VALID && contactors[RLY_220G] == RLY_OFF && abp_timers[TMR_220G_ON].state == TMR_ON && abp_timer_check(TMR_220G_ON)) < // есть напряжение, реле пока выкл, таймер сработал abp_timer_stop( TMR_220G_OFF ); // остановка таймера выключения ген abp_timer_stop( TMR_220G_ON ); // остановка таймера включения ген contactors[RLY_220G] = RLY_ON; // ставим флаг включения ген >if( u220g == U_VALID && contactors[RLY_220G] == RLY_ON && abp_timers[TMR_220G_OFF].state == TMR_ON) < // есть напряжение, реле вкл, и таймер выкл включен abp_timer_stop( TMR_220G_OFF ); // остановка таймера выключения ген >if( u220g == U_INVALID && contactors[RLY_220G] == RLY_ON && abp_timers[TMR_220G_OFF].state == TMR_OFF) < // нет напряжение, реле пока выкл, и таймер не вкл abp_timer_stop( TMR_220G_ON ); // остановка таймера включения ген abp_timer_start( TMR_220G_OFF ); // запуск таймера выключения ген >if( u220g == U_INVALID && contactors[RLY_220G] == RLY_ON && abp_timers[TMR_220G_OFF].state == TMR_ON && abp_timer_check(TMR_220G_OFF)) < // нет напряжения, реле пока вкл, таймер сработал abp_timer_stop( TMR_220G_OFF ); // остановка таймера выключения ген abp_timer_stop( TMR_220G_ON ); // остановка таймера включения ген contactors[RLY_220G] = RLY_OFF; // ставим флаг выключения ген >if( u220g == U_INVALID && contactors[RLY_220G] == RLY_OFF && abp_timers[TMR_220G_ON].state == TMR_ON) < // нет напряжения, реле выкл, и таймер вкл включен abp_timer_stop( TMR_220G_ON ); // остановка таймера включения ген >// запуск и останов генератора с таймером if( contactors[RLY_220N] == RLY_OFF && contactors[RLY_GEN] == RLY_OFF) < // нет сети, стартуем ген abp_timer_stop( TMR_GEN_OFF ); // остановка таймера останова генератора contactors[RLY_GEN] = RLY_ON; // ставим флаг запуска генератора >if( contactors[RLY_220N] == RLY_ON && abp_timers[TMR_GEN_OFF].state == TMR_OFF && u220g == U_VALID) < // есть 220 в сети и есть от генератора abp_timer_start( TMR_GEN_OFF ); // запуск таймера останова генератора >if( contactors[RLY_220N] == RLY_ON && abp_timers[TMR_GEN_OFF].state == TMR_OFF && u220g == U_INVALID) < // есть 220 в сети и нет от генератора abp_timer_stop( TMR_GEN_OFF ); // остановка таймера останова генератора contactors[RLY_GEN] = RLY_OFF; // ставим флаг останова генератора >if( contactors[RLY_220N] == RLY_ON && abp_timers[TMR_GEN_OFF].state == TMR_ON && abp_timer_check(TMR_GEN_OFF) ) < // есть 220 в сети и истекло время таймера abp_timer_stop( TMR_GEN_OFF ); // остановка таймера останова генератора contactors[RLY_GEN] = RLY_OFF; // ставим флаг останова генератора >> void switch_contactors() < // логика переключения контакторов if( contactors[RLY_220N] == RLY_ON ) < PORTD |= (1 else < if( contactors[RLY_220G] == RLY_ON ) < PORTD |= (1 else < PORTD |= (1 > if( contactors[RLY_GEN] != RLY_ON ) < // v2 реле работает на время работы генератора - не дает напряжения на стоппер PORTD &= ~(1 else < PORTD |= (1 > int main(void) < ports_init(); // настройка портов светодиода, реле и контакторов uart_init(); //настройка uart stdout = &uart_stream; counter2_init(); // настройка таймера мигания светодиода ADC_init(); // настройка АЦП измерения 220 abp_timers_init(); // настройка таймеров задержек включения и выключения timer1_init(); // настройка секундного таймера на аппаратном счетчике 1 set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE); // разрешаем сон в режиме IDLE sleep_enable(); wdt_enable(WDTO_2S); // Сторожевой таймер настроен на таймаут в 2 секунды sei(); // запускаем работу прерываний _delay_ms(1000); // ждем первых результатов ЦАП, отличных от 0 wdt_reset(); printf( "Start flag after reset = %u\r\n", mcusr_mirror ); abp_timer_start(TMR_PRINT); while(1) < wdt_reset(); // сбрасываем сторожевой таймер validate220(); // проверка качества 220 от сети и генератора validate_contactors(); // валидация возможности включения контакторов с таймерами switch_contactors(); // переключение контакторов по схеме // отладочная печать раз в 2 секунды if (abp_timer_check(TMR_PRINT)) < printf( "V220 = %4.2f VG = %4.2f\r\n", realV2, realV1 ); printf( "valid = %u %u \r\n", u220n, u220g ); printf( "rly = %u %u %u\r\n", contactors[RLY_220N], contactors[RLY_220G], contactors[RLY_GEN] ); abp_timer_start(TMR_PRINT); >sleep_cpu(); // заснуть до следующего пррывания по таймерам > >

Программа разработана с помощью бесплатного AVR Studio и использует стандартные библиотеки AVR.

В основном цикле программа проверяет напряжение на входах вводов, оценивает состояние включения контакторов, учитывает работу программных таймеров, производит необходимые корректировки включая или выключая реле и контакторы, затем уходит в спячку. Для отладки сделан вывод отладочной печати в последовательный порт микроконтроллера.

Для контроля зависаний предусмотрен сторожевой таймер.

Все циклы измерений сделаны на прерываниях и с использованием аппаратных таймеров. Счетчик секунд сделан на таймере 1. По прерыванию таймера 1 обновляются программные таймеры, отвечающие за задержки включения и отключения контакторов и реле генератора.
Второй таймер используется для создания эффекта мигания светодиода статуса. Предусмотрено три паттерна мигания. Значения из паттерна мигания берутся в прерывании таймера 2. По миганию можно судить о состоянии контроллера.

Два АЦП также работают по таймерам и усредняют по 2500 сэмплов измерений напряжения. Для перевода измерений в реальные вольты предусмотрены калибровочные константы. Их значения надо исправить в ходе настройки АВР.

Кроме того, есть еще ряд констант, которые нужно определить в ходе наладки.

abp_timers[TMR_220N_ON].set_secs = 10; // ожидание после включения сетевого напряжения abp_timers[TMR_220G_ON].set_secs = 60; // ожидание для переключения на генератор для прогрева генератора abp_timers[TMR_220N_OFF].set_secs = 5; // ожидание после пропадания сетевого напряжения abp_timers[TMR_220G_OFF].set_secs = 5; // ожидание после пропадания напряжения генератора abp_timers[TMR_GEN_OFF].set_secs = 60; // ожидание для охлаждения генератора перед остановом

Реле останова генератора при работе от генератора держится включенным, блокируя поступление напряжения на цепь останова генератора. После завершения работы таймера работы генератора на холостом ходу, реле выключается и на цепь останова генератора через это реле начинает поступать ток. На самом генераторе стоит специальный блок, который после появления напряжения с некоторой задержкой замыкает цепь зажигания на массу, что приводит к останову генератора. Этот же блок содержит цепь подзаряда аккумулятора генератора. Если кому интересны детали, напишите в комментах, я сделаю отдельный пост об этом блоке. В нём нет кода, всё аппаратно.

Если кто-то надумает повторить АВР, то стоит подкорректировать значения настроек. Готовую прошивку не публикую, так как программу всё равно надо править в ходе настройки АВР.

Надо сказать, что мой АВР работает уже 4 года без проблем, так что схема можно считать проверенная как и код.


источники:

https://razvodka.net/generators/rele-regulyator-napryazheniya-generatora-25836/

https://habr.com/ru/post/507764/

https://moto163.ru/avto-lada-drugoe/zamena-rele-regulyatora-generatora.html

© 2023 Все о напряжении