Регулятор напряжения генератора лодочного мотора
Генератор — это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию вращения в энергию переменного тока. Переменный ток, вырабатываемый катушками генератора, выпрямляется диодами и заряжает лодочные аккумуляторы. Регулятор напряжения поддерживает постоянным напряжение на выходе с генератора, а для трехступенчатой зарядки тяговых лодочных аккумуляторов устанавливают внешний или шунтирующий регулятор. Без него быстрая зарядка аккумуляторов глубокого разряда от генератора лодочного мотора невозможна.
Простейший генератор
Простейший генератор – это металлический стержень с намотанной вокруг него проволокой. Если под стержнем перемещать постоянный магнит, то стержень будет намагничиваться в разном направлении, а возникающее в проводе переменное магнитное поле вызовет импульсы тока переменной полярности.
Ток, возникающий в проводнике, прямо пропорционален силе магнитного поля, скорости движения магнита и количеству витков проволоки вокруг стержня.
Генератор обретет привычный вид, если поступательное движение магнита заменить на вращательное и разместить катушки, в которых возникает ток, по окружности. Однако регулировать ток в таком генераторе можно будет только оборотами двигателя, а это очень неудобно.
Как работает регулятор напряжения на лодочном моторе
Реальным генератором управляют изменяя силу магнита. Для этого вместо постоянного используют электромагнит, в железном сердечнике которого сосредоточено магнитное поле, создаваемое протекающим через катушку током. Сила магнитного поля пропорциональна току в катушке возбуждения, поэтому изменяя ток в катушке повышают или понижают мощность генератора. Устройство, которое управляет током возбуждения и мощностью генератора называется регулятором напряжения.
Электромеханические регуляторы — первые устройства этого типа. Ток возбуждения протекает через рычаг реле, который вращается относительно точки F и замыкает точки «Зажигание» и «Масса». «Зажигание» подсоединяется к положительной клемме аккумулятора через ключ зажигания двигателя. Регулировочная пружина удерживает рычаг реле напротив контакта «Зажигание».
Если напряжение на аккумуляторе низкое, ток возбуждения максимальный и генератор выдает максимальный ток. Когда напряжение на аккумуляторе возрастает до установленного значения (между 13.8 и 14.2 вольта) ток, протекающий от зажигания на массу через катушку реле увеличивается, реле срабатывает, толкает рычаг вниз и размыкает контакт. Ток возбуждения падает до нуля, выход с генератора падает до нуля, напряжение на аккумуляторе падает и реле замыкает контакт зажигания. Процесс начинается сначала.
Чем больше напряжение на аккумуляторе, тем больше времени, контакт остается в нижнем положении. Выход генератора переключается между максимальным и нулевым сотни раз в секунду, сохраняя среднее напряжение постоянным, при токе, стремящемся к нулю (плюс ток, потребляемый подключенной нагрузкой). Напряжение заряда аккумулятора в электромеханическом регуляторе устанавливается натяжением пружины.
Принцип работы электронного регулятора напряжения аналогичен. Если напряжение на аккумуляторе низкое, значит низкое напряжение и на базе транзистора 1, и он выключен. В этом состоянии транзистор 1 работает как большое сопротивление между базой транзистора 2 и массой, поэтому напряжение на базе транзистора 2 высокое и он включен. Транзистор 3 усиливает ток коллектор-эмиттер транзистора 2 в двадцать раз и больше, вызывает высокий ток в катушке возбуждения и максимальный выходной ток генератора.
После того как напряжение на аккумуляторе увеличивается транзистор 1 включается. Сопротивление между базой транзистора 2 и массой уменьшается и транзисторы 2 и 3 выключаются, прерывая течение тока в катушке возбуждения. Без тока возбуждения генератор перестает выдавать ток.
Транзисторы включаются и выключаются сотни раз в секунду. Средний ток возбуждения и выходной ток генератора зависят от того как долго система находится во включенном и выключенном состоянии.
Зачем нужен шунтирующий регулятор напряжения
Стандартные регуляторы напряжения генераторов лодочных моторов – это регуляторы автомобильного типа, которые отлично работают в следующих условиях:
- аккумулятор – это стартовый аккумулятор с тонкими пластинами
- аккумулятор почти всегда полностью заряжен
- разница температур между регулятором и аккумулятором невелика
- падение напряжения между аккумулятором и генератором меньше 0,1 вольта
В автомобилях во время запуска двигателя аккумулятор разряжается на 5-10%, после этого даже на холостом ходу мощности генератора достаточно для питания всех потребителей и подзарядки аккумуляторной батареи. Поскольку стартовый аккумулятор сильно не разряжается, его зарядка не занимает много времени и вторая стадия зарядки, необходимая тяговым аккумуляторам, становится лишней.
Регуляторы напряжения лодочных моторов – это зарядные устройства с ограничением максимального тока и напряжением 13,8 – 14,2 вольта. Но напряжение 13.8 вольт выше рекомендуемого напряжения стадии поддерживающей зарядки для аккумуляторов глубокого разряда, а напряжение 14,2 ниже напряжения стадии насыщения.
Генератор со стандартным регулятором никогда полностью не зарядит аккумулятор глубокого разряда, но только перезарядит его и выведет из строя, если будет подключен к аккумулятору длительное время.
Что умеют внешние регуляторы напряжения
Умный регулятор напряжения лодочного мотора управляет зарядкой тяговых лодочных аккумуляторов. Он заряжает аккумуляторы глубокого разряда в три стадии, которые называют стадией насыщения, поглощения и поддерживающей зарядки.
Во время стадии насыщения, при зарядке постоянным током, аккумулятор быстро набирает емкость 75-80% от номинальной, а напряжение на его клеммах повышается до 14,4-14,8 вольт (в зависимости от типа). В этот момент регулятор переключается в фазу поглощения. На этой стадии зарядка происходит медленнее, а ток зарядки постепенно снижается, чтобы соответствовать текущему состоянию батареи. После того как ток снизился до 1-2% емкости, зарядка завершается и регулятор переключается в режим поддерживающей зарядки во время которого контролирует напряжение на аккумуляторе и выполняет подзарядку, если напряжение опускается ниже 13 вольт.
- Чтобы не повредить аккумулятор во время зарядки, внешние регуляторы напряжения оснащаются встроенными тепловыми сенсорами. Зарядка прекращается, если температура батареи повышается до 50 градусов.
- Аккумуляторы различного типа и размера требуют разных кривых зарядки и разных значений напряжения и тока, поэтому в умных регуляторах зашиты предустановленные режимы для зарядки жидко-кислотных, AGM и гелевых батарей.
- Внешний регулятор напряжения устанавливается на лодочный мотор параллельно стандартному, который включается в работу, если умный регулятор выходит из строя.
Недостатки шунтирующих регуляторов
Хотя умные регуляторы подходят для всех типов лодочных генераторов и аккумуляторных батарей, их установка может показаться сложной для тех, кто не имел ранее навыков работы с электричеством. В некоторых случаях чтобы подключить регулятор потребуется определить тип используемого генератора и снять его с мотора. Кроме того, не рекомендуется устанавливать шунтирующие регуляторы напряжения на новые лодочные моторы, чтобы не нарушать их гарантию.
Сложностей установки и проблем с гарантией можно избежать, если использовать бортовые зарядные устройства, работающие от генератора лодочного мотора. Они так же заряжают аккумуляторы в три стадии, работают с генераторами до 400 А и выдают напряжение 12, 24 или 36 вольт. Мощные модели имеют встроенные сплит диоды для подключения нескольких батарей аккумуляторов.
