О ЧЕМ ГОВОРЯТ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК
О ЧЕМ ГОВОРЯТ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК
Как проверить — знают многие, как должно быть — известно не всем.
Василий СИНЬКЕВИЧ, Валерий КИРСАНОВ, СКБ «Камертон» (Минск)
В наши дни проверку-диагностику электрических систем автомобиля не только в солидном автосервисе, но и во многих малых мастерских все чаще ведут специальными приборами-автотестерами. Конструкция их (равно как и цена) зависит от количества и точности измеряемых параметров. Для автолюбителей же предназначены простейшие приборы, измеряющие напряжение, ток, электрическое сопротивление, а также частоту вращения коленчатого вала. Выполнить эти измерения способны почти все, кто за рулем, а вот о чем говорят полученные данные, знает далеко не каждый.
Рассмотрим диагностику агрегатов электроснабжения автомобиля — аккумулятора и генератора. Чтобы оценить состояние батареи, к ее выводам подключаем автотестер (можно использовать и обыкновенный тестер-автометр). Для всех автомобилей напряжение на аккумуляторе без нагрузки (то есть без работающих потребителей) должно быть в среднем 12,6 В. Если оно меньше, аккумулятор частично разряжен или неисправен, а потому будет вращать стартер медленнее. О степени разряженности можно судить по приведенной таблице.
На СТО емкость аккумулятора оценивают с помощью нагрузочной вилки. Это, проще говоря, набор сопротивлений (шунтов), подключаемых к батарее.
Измеряя напряжение вольтметром автотестера, можно в качестве нагрузки включить габаритные огни и дальний свет. Ток разряда при такой нагрузке (проверено неоднократно) будет 5–6 А. Если при этом напряжение не падает ниже 11,5 В, батарея в порядке.
Напряжение на клеммах аккумулятора при пуске двигателя стартером не должно падать ниже 9,5 В. В противном случае неисправен стартер (потребляет очень много энергии). При этом чем он старше, тем сильнее окислены все его контакты — щеток, реле и т.п. В некоторых случаях из-за этого пусковой ток может достигать огромной величины — 150–200 А.
Кстати, об измерении тока. Обычно для этого амперметр включают в разрыв цепи. В автомобиле разрывать цепи нежелательно, да и не все приборы смогут зафиксировать такие большие значения, как при пуске двигателя. В мотортестерах применяют специальные, не требующие разрыва цепи накладные датчики. В них используют эффект изменения напряженности магнитного поля при прохождении тока определенной величины. Таким измерениям не мешает и изоляция проводов.
Продолжаем проверку. Пустив двигатель, контролируем напряжение на выводах аккумулятора и ток заряда. В работу включаются еще два важнейших узла электрооборудования автомобиля — генератор и реле-регулятор напряжения. Через несколько секунд после пуска напряжение на выводах поднимается выше 12,6 В. Генератор начинает заряжать аккумулятор. Увеличиваем обороты двигателя до 2000 в минуту и контролируем напряжение заряда. Нормальное значение — от 13,8 до 14,5 В.
Работу генератора под нагрузкой можно оценить, включив фары. Напряжение должно быть выше 13,8 В. Если оно ниже (12,6–13 В), надо проверить натяжение ремня привода генератора. Причиной низкого напряжения могут быть и дефекты самого генератора. Но если он работает исправно, то искать причину следует в реле-регуляторе. В старых механических реле напряжение можно поднять регулировкой его нижнего уровня. В современных электронных регулировка невозможна, поэтому надо проверить надежность их контактов с цепью. Они в порядке — значит, неисправно реле.
Если напряжение, преодолев рубеж 14,5 В, продолжает расти, то регулируем электромеханическое реле или заменяем электронное.
Ток заряда после пуска двигателя обычно составляет 6–10 А и по мере работы двигателя и заряда аккумулятора падает при выключенных потребителях до нуля.
Оценим напряжение в других точках системы электрооборудования. Разница между напряжением, измеренным на аккумуляторной батарее, и напряжением между ее «минусом» и «батарейным» (сетевым) контактом на катушке зажигания подскажет о потерях в цепи, идущей от аккумулятора к катушке. Они должны быть минимальны — не выше 1 В. Если на автомобиле установлена катушка, не имеющая балластного резистора (дополнительного сопротивления как в «Москвиче» прежних моделей, ИЖе) или если резистор подключен со стороны батареи и разница больше 1 В, причину следует искать в надежности контактов проводов с приборами, в первую очередь — в замке зажигания. Такой, казалось бы, пустяк, а ведь из-за него во вторичной обмотке катушки зажигания выработается высокое напряжение меньше номинального значения. Это приведет к уменьшению энергии искры и, как следствие, к снижению мощностных характеристик двигателя.
У катушек с балластным резистором (на выводе после балластного резистора) напряжение должно быть в пределах 5–9 В. При плохих контактах в подводящих проводах или неисправностях резистора напряжение может быть меньше 5 В. Если же оно выше 9 В, то, возможно, произошло короткое замыкание балластного резистора.
Измерив напряжение между «минусом» аккумулятора и тем контактом катушки зажигания, который соединен с прерывателем, можем оценить степень чистоты контактов прерывателя в наших старых классических моделях автомобилей. В механических прерывателях на это следует обратить внимание, когда величина напряжения больше 0,3 В. Если контакты в порядке, надо проверить надежность соединения опорной платы внутри прерывателя с «массой». Возможной причиной повышения напряжения могут быть также ненадежное соединение прерывателя с «массой» или неисправность конденсатора.
Вот так, выполняя измерения всего в трех точках электрооборудования автомобиля, можно оценить работу источников тока.
ЗАВИСИМОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫВОДАХ БАТАРЕИ ОТ СТЕПЕНИ ЕЕ РАЗРЯЖЕННОСТИ
Напряжение аккумулятор- 12,6 12,0 11,6 11,3 10,5
Недавно заметил, что трачу немало денег на всякие батарейки которые используются в аппаратуре. Особенно часто заменялись батарейки типа "крона" в цифровом мультиметре. Они конечно стоят не так уж и дорого, но все таки лишние деньги. И вот наконец пришла идея запитать мультиметр от пальчиковой батарейки с напряжением 1,2-1,5 вольта, но если использовать обыкновенные батарейки которые не заряжаются – это все равно что использовать крону и возится с преобразователем попросту нет смысла. Было решено создать DC-DC преобразователь, который повышает напряжение алкалаиновой батарейки 1,2 вольта до напряжения питания мультиметра (8-9 вольт).
Ток такого преобразователя должен быть в пределах 200 миллиампер (ток стандартной кроны), но мультиметр прекрасно работает и от 100 миллиампер и даже ниже. Для удобства решено было изготовить такой преобразователь в корпусе от кроны. Конструкция очень проста, транзисторы применены малой мощности, при желании могут быть заменены на отечественные соответствующей структуры. Лучший вариант из отечественного ассортимента – это пара кт816/кт817. Это достаточно мощные транзисторы и даже не нужно к ним ставить радиаторы. Дроссель мотаем на кольце феррита, такое кольцо можно достать от ламп дневного освещения, можно также применить ферритовый Ш-образный трансформатор, и в крайнем случае возможно использование ферритового стержня, но не желательно, кпд преобразователя будет примерно в 2,5 раза меньше, чем на кольце. Резистор 10 ом лучше ставить с мощностью 0,5-1 ватт.
Вернемся к дросселю – провод намотки дросселя 0,2-0,3 миллиметра, содержит он 150 витков, а мотаем его так: сначала наматываем 50 витков, затем делаем отвод и мотаем еще 100 витков – вот дроссель и готов. Стабилитрон лучше применить импортный, так как у него размеры поменьше. Выxодной конденсатор на 47 микрофарад можно увеличить до 100, но не стоит изменять напряжение конденсатора. Диод может быть заменен практически любым который есть под рукой, но лучше всего применить диод Шоттки, поскольку у него наименьший спад напряжение на переxоде.
Готовый преобразователь с одной батарейкой отлично помещается в корпусе от кроны (такой корпус можно изготовить из пластмассы). Желательно применение никель-металл-гидридныx батареек, типа ААА. Такой преобразователь можно также собрать на smd компонентаx, тогда размеры схемы уменьшаться прблизительно в 5 раз. А вообще это незаменимая вещь для радиолюбителя – думаю в этом со мной согласится каждый электронщик, которому уже надоело менять батарейки на 9В. Желательно сделать крону с передвижной задней панелью, чтобы можно было вынуть батарейку и зарядить.
И еще – для работы преобразователя нужно чтобы его включили, оставить его включенным все время приведет к быстрому разряду батарейки и следовательно нужен выключатель который можно совместить с контактом включения мультиметра или же снабжать устройство автономным выключателем.
Для этого всего лишь нужно сделать небольшое отверстие в корпусе мультиметра и при помощи силикона приклеить выключатель, который последовательно соединен с плюсом батарейки (при включении ток подается на преобразователь и устройство начинает работать). Я применяю такое устройство уже 2 месяца, работает отлично, сам мультиметр работает так, как работал и от кроны. С вами был АКА.
Обсудить статью ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ БАТАРЕЙКИ
Потребность в создании этого устройства возникла у автора после нескольких полетов мини модели вертолета. Эта модель управляется ручным передатчиком с питанием от шести батареек AA, который также служит для заряда LiPo аккумулятора самого вертолета между его полетами. Из-за энергетической прожорливости вертолета, даже щелочные батарейки умирали очень быстро. Замена щелочных батареек NiMH аккумуляторами принесла новые проблемы: напряжение аккумулятора около 1.4 В, но только сразу после зарядки, и быстро снижается до 1.2 В. Суммарного напряжения аккумуляторов оказалось мало для подзарядки аккумулятора вертолета. Появилась идея сделать повышающий преобразователь по размеру в один элемент АА, установить его вместо одного аккумулятора и получить от пяти аккумуляторов напряжение, эквивалентное шести щелочным батарейкам. Более того, автор решил сделать этот модуль универсальным, чтобы он мог устанавливаться в любой батарейный отсек, независимо от числа элементов в нем. Батарейки (количеством n) в нем будут заменены на n-1 перезаряжаемых аккумуляторов (одну ячейку займет преобразователь). И такой батарейный отсек даст напряжение, равное n-му количеству батареек. Данное устройство можно использовать для модернизации батарейных отсеков с количеством ячеек от 4 до 10. При этом понадобится от 3 до 9 перезаряжаемых аккумуляторов. Если использовать электролитические конденсаторы на 35 В, можно повысить это количество до 20. В схеме может использоваться практически любая микросхема импульсного преобразователя. Выход по току используемой микросхемы LT1172 составляет около 500 мА, но заменой микросхемы на LT1170 он может быть увеличен до 2 А. На рисунке 1 показан батарейный отсек на четыре ячейки. В одной из ячеек установлена макетная печатная плата, на которой собрана схема устройства. Аккумуляторы должны быть установлены в ячейки, начиная от отрицательного выходного контакта, а на положительном контакте устанавливается плата преобразователя (см. рисунок 2).
 |
 |
Рисунок 1.
 |
| Рисунок 3. Принципиальная схема. |
Преобразователь вырабатывает напряжение UBoost, которое суммируясь с входным UIN дает выходное напряжение UOUT. В таблице (см. ниже) показано, на сколько необходимо повысить напряжение в зависимости от числа элементов питания. Максимальное количество элементов ограничено номинальным напряжением электролитических конденсаторов. Микросхема LT1172 может функционировать до 36 В, но для экономии места установлены электролитические конденсаторы на 16 В, которые ограничивают выходное напряжение уровнем в 13.5 В (8 аккумуляторов взамен 9 щелочных батареек).
Формула для вычисления значения напряжения UBoost:
UBoost = 2.4 В + (0.3 В × (n – 3)),
где n = от 4 до 10 аккумуляторов.
UBoost = 2.4 В + (UIN – 3.6 В) × 0.3 / 1.2 В.
Выходное напряжение определяется по формуле:
Контроллер LT1172 работает в этой конструкции, как классический повышающий преобразователь. Но есть и отличия. В типовой схеме включения на выходе применяется резистивный делитель для регулирования напряжения UOUT через обратную связь на вход FB. Здесь же выходное напряжение зависит от UBoost (см. рисунок 2). Транзистор Т1 вместе с резистором R1 образуют генератор тока, пропорционального разности напряжений (UBoost – 0.7 В) / R1. Пока напряжение на эмиттере T1 ниже напряжения пробоя стабилитрона D3, весь ток будет течь через резистор R2 на землю. Падение напряжения на резисторе R2 сравнивается с напряжением 1.24 В внутреннего опорного источника микросхемы LT1172. Если R2 = 1.24 кОм, через R1, T1 и R2 будет течь ток 1 мА, и схема будет в равновесии.
На резисторе R1 этот ток создает падение напряжения 1.69 В, которое в сумме с напряжением 0.7 В перехода база-эмиттер транзистора дает UBoost, равное 2.4 В. Именно такое повышающее напряжение необходимо для замены четырех батареек тремя аккумуляторами (см. таблицу).
Количество
батареек
n
Количество
аккумуляторов
n-1
Напряжение на
батарейках
Напряжение на
аккумуляторах
Повышающее
напряжение
UBoost = UOUT – UIN
