Проверка реле регулятора: 3 метода проверки регулятора напряжения генератора

Назначение реле регулятора напряжения | AUTO-GL.ru

Создано реле регулятор напряжения генератора для корректировки выдаваемого в бортовую сеть и на клеммы аккумулятора «вольтажа» в заданном диапазоне 13,8 – 14,5 В (реже до 14,8 В). Кроме того, регулятор корректирует напряжение на обмотке самовозбуждения генератора.

Рис. 1 Реле регулятор напряжения генератора

Независимо от стажа и стиля вождения владелец авто не может обеспечить одинаковые обороты двигателя в разные моменты времени. То есть, коленвал ДВС, передающий крутящий момент генератору, вращается с разной скоростью. Соответственно, генератор вырабатывает разное напряжение, что крайне опасно для АКБ и прочих потребителей бортовой сети.

Поэтому замена реле регулятора генератора должна производится при недозаряде и перезаряде аккумулятора, горящей лампочке, мигании фар и прочих перебоях электроснабжения бортовой сети.

Содержание статьи

Взаимосвязь источников тока авто

В транспортном средстве находится минимум два источника электроэнергии:

• аккумулятор – необходим в момент запуска ДВС и первичного возбуждения обмотки генератора, энергию не создает, а только расходует и накапливает в момент подзарядки
• генератор – питает бортовую сеть на любых оборотах и подпитывает АКБ только на высоких оборотах

Рис. 2 В машине генератор и аккумулятор объединены в общую сеть

В бортовую сеть необходимо подключение обоих указанных источников для корректной работы двигателя и прочих потребителей электричества. При поломке генератора АКБ «протянет» максимум 2 часа, а без аккумулятора не заведется двигатель, приводящий в движение ротор генератора.

Существуют исключения – например, а счет остаточной намагниченности обмотки возбуждения штатный генератор ГАЗ-21 запускается самостоятельно при условии постоянной эксплуатации машины. Можно завести авто « с толкача», если в нем установлен генератор постоянного тока, с прибором переменного тока такой трюк невозможен.

Рис. 3 Заводка ДВС с толкача

Задачи регулятора напряжения

Из школьного курса физики каждый автолюбитель должен помнить принцип работы генератора:

• при взаимном перемещении рамки и окружающего ее магнитного поля в ней возникает электродвижущая сила
• электромагнитом генераторов постоянного тока служат статоры, ЭДС, соответственно возникает в якоре, ток снимается с коллекторных колец
• в генераторе переменного тока намагничивается якорь, электроэнергия возникает в обмотках статора

Рис. 4 Принцип действия генератора авто

Упрощенно можно представить, что на величину выходящего с генератора напряжения влияет значение магнитной силы и скорость вращения поля. Основная проблема генераторов постоянного тока – пригорание и залипание щеток при съеме с якоря токов большой величины – решена переходом на генераторы переменного тока. Ток возбуждения, подающийся на ротор для возбуждения магнитной индукции, на порядок ниже, снимать электроэнергию с неподвижного статора гораздо легче.

Однако вместо постоянно расположенных в пространстве клемм «–» и «+» производители авто получили постоянное изменение плюса и минуса. Подзарядка аккумулятора переменным током не возможна в принципе, поэтому диодным мостиком его предварительно выпрямляют.

Рис. 5 Выпрямитель генератора

Из этих нюансов плавно вытекают задачи, решаемые реле генератора:

• подстройка тока в обмотке возбуждения
• выдерживание диапазона 13,5 – 14,5 В в бортовой сети и на клеммах аккумулятора
• отсечение питания обмотки возбуждения от АКБ при заглушенном двигателе

Рис. 6 Назначение реле регулятора напряжения

Поэтому называют регулятор напряжения еще и реле зарядки, а на панель выведена сигнальная лампа процесса подзарядки АКБ. В конструкцию генераторов переменного тока функция отсечения обратного тока заложена по умолчанию.

Разновидности реле регуляторов

Прежде, чем произвести самостоятельный ремонт устройства регулирования напряжения, необходимо учесть, что существует несколько типов регуляторов:

• внешние – повышают ремонтопригодность генератора
• встраиваемые – в пластину выпрямителя или щеточный узел
• регулирующие по минусу – появляется дополнительный провод
• регулирующие по плюсу – экономичная схема подключения
• для генераторов переменного тока – нет функции ограничения напряжения на обмотку возбуждения, так как она заложена в самом генераторе
• для генераторов постоянного тока – дополнительная опция отсечения АКБ при неработающем ДВС
• двухуровневые – морально устарели, применяются редко, регулировка пружинами и небольшим рычагом
• трехуровневые – дополнены специальной платой сравнивающего устройства и сигнализатором согласования
• многоуровневые – в схеме имеются 3 – 5 добавочных резисторов и система слежения
• транзисторные – в современных авто не используются
• релейные – улучшенная обратная связь
• релейно-транзисторные – универсальная схема
• микропроцессорные – небольшие габариты, плавные регулировки нижнего/верхнего порога срабатывания
• интегральные – встраиваются в щеткодержатели, поэтому заменяются после истирания щеток

Рис. 7 Выносное релеРис. 8 Реле встроено в щеточный узелРис. 9 Регулятор двухуровневыйРис. 10 Реле трехуровневоеРис. 11 Регулятор транзисторно-релейныйРис. 12 Схема реле микроконтроллерногоРис. 13 Регулятор интегральный

Внимание: Без доработки схемы «плюсовой» и «минусовой» регулятор напряжения являются не взаимозаменяемыми приборами.

Реле генераторов постоянного тока

Таким образом, схема подключения регулятора напряжения при эксплуатации генератора постоянного тока сложнее. Поскольку в стояночном режиме авто, когда ДВС заглушен, необходимо отключить генератор от АКБ.

При диагностике проверка реле происходит на выполнение трех его функций:

• отсечка аккумулятора во время стоянки машины
• ограничение максимального тока на выходе генератора
• регулировка напряжения для обмотки возбуждения

Рис. 14 Регулятор напряжения генератора постоянного тока

При любой неисправности требуется ремонт.

Реле генераторов переменного тока

В отличие от предыдущего случая диагностика своими руками регулятора генератора переменного тока немного проще. В конструкцию «автомобильной электростанции» уже заложена функция отсечки питания во время стоянки от АКБ. Остается проверить лишь напряжение на обмотке возбуждения и на выходе с генератора.

Рис. 15 Реле для генератора переменного тока

Если в машине стоит генератор тока переменного, его невозможно завести разгоном с горки. Так как остаточного намагничивания на возбуждающей обмотке здесь нет по умолчанию.

Встроенные и внешние регуляторы

Для автолюбителя важно знать, что измеряют и начинают регулировать напряжение реле в конкретном месте их установки. Поэтому встроенные модификации воздействуют непосредственно на генератор, а выносные «не знают» о его наличии в машине.

Например, если выносное реле подключено к катушке зажигания, его работа будет направлена на регулировку напряжения лишь на этом участке бортовой сети. Поэтому, прежде чем узнать, как проверить реле выносного типа, следует убедиться, что оно подключено правильно.

Управление по «+» и «–»

В принципе схемы управления по «минусу» и «плюсу» отличаются лишь схемой подключения:

• при монтаже реле в разрыв «+» одна щетка подключается к «массе», другая к клемме регулятора
• если же подключить реле в разрыв «–», то одну щетку нужно подключить к «плюсу», другую к регулятору

Рис. 16 Схема включения регулятора в разрыв плюсового провода

Однако в последнем случае появится еще один провод, поскольку реле напряжения является устройством активного типа. Для него необходимо индивидуальное питание, поэтому «+» нужно подвести отдельно.

Двухуровневые

На начальном этапе в машинах устанавливались механические двухуровневые регуляторы напряжения с простым принципом действия:

• через реле проходит электрический ток
• возникающее магнитное поле притягивает рычаг
• сравнивающим устройством служит пружина с заданным усилием
• при увеличении напряжения контакты размыкаются
• на возбуждающую обмотку поступает меньший ток

Рис. 17 Механический регулятор напряжения

Использовались механические двухуровневые реле в автомобилях ВАЗ 21099. Основным минусом являлась работа с повышенным износом механических элементов. Поэтому на смену этим приборам пришли электронные (бесконтактные) реле напряжения:

• делитель напряжения собран из резисторов
• стабилитрон является задающим устройством

Сложная схема соединения и недостаточно эффективный контроль напряжения привели к снижению спроса на эти приборы.

Трехуровневые

Однако двухуровневые регуляторы, в свою очередь, так же уступили позиции более совершенным трехуровневым и многоуровневым приборам:

• напряжение выходит с генератора на специальную схему через делитель
• информация обрабатывается, действительное напряжение сравнивается с минимальным и максимальным пороговым значением
• сигнал рассогласования регулирует силу тока, поступающего на возбуждающую обмотку

Рис. 18 Трехуровневый регулятор

Более совершенными считаются реле с частотной модуляцией – в них нет привычных сопротивлений, зато увеличена частота срабатывания ключа электронного. Управление осуществляется логическими схемами.

Принцип работы реле регулятора

Благодаря встроенным резисторам и специальным схемам реле получает возможность сравнивать величину вырабатываемого генератором напряжения. После чего, слишком высокое значение приводит к отключению реле, чтобы не перезарядить аккумулятор и не испортить электроприборы, подключенные в бортовую сеть.

Любые неисправности приводят именно к этим последствиям, приходит в неисправность батарея АКБ или резко увеличивается эксплуатационный бюджет.

Переключатель лето/зима

Вне зависимости от сезона и температуры воздуха работа генератора всегда стабильна. Как только его шкив начинает вращаться, электроток вырабатывается по умолчанию. Однако зимой внутренности аккумулятора замерзают, он восполняет заряд значительно хуже, чем летом.

Переключатели лето/зима находятся либо на корпусе регулятора напряжения, либо этим обозначением подписаны соответствующие разъемы, которые нужно найти и подсоединить к ним проводку в зависимости от сезона.

Рис. 19 Регулятор напряжения с зимними и летними клеммами

Ничего необычного в этом переключателе нет, это лишь грубые настройки реле регулятора, позволяющие повысить до 15 В напряжение на клеммах аккумулятора.

Подключение в бортовую сеть генератора

Если при замене генератора вы подключаете новый прибор самостоятельно, необходимо учесть нюансы:

• вначале следует проверить целостность и надежность контакта провода от кузова машины к корпусу генератора
• затем можно подсоединять клемму Б реле регулятора с «+» генератора
• вместо «скруток», начинающих греться через 1 – 2 года эксплуатации, лучше использовать пайку проводов
• заводской провод нужно заменить кабелем сечения 6 мм2 минимум, если вместо штатного генератора монтируется электроприбор, рассчитанный на ток больше 60 А
• амперметр в цепи генератор/аккумулятор показывает, мощность какого источника электроснабжения в данный момент выше в бортовой сети

Рис. 20 Подключение генератора на примере ВАЗ

Амперметры – нужные приборы, с помощью которых можно определить заряд АКБ и работоспособность генератора. Без особых причин не рекомендуется убирать их из схемы.

Схемы подключения регулятора выносного

Монтируется выносное реле регулятора напряжения генератора только после выяснения, в разрыв какого провода оно должно быть подключено. Например:

• на старых РАФ, Газелях и «Бычках» используются реле 13.3702 в полимерном или стальном корпусе с двумя контактами и двумя щетками, монтируются в «–» разрыв цепи, клеммы всегда промаркированы, «+» обычно берется с катушки зажигания (Б-ВК клемма), контакт Ш регулятора соединяется со свободной клеммой щеточного узла
• в «жигулях» применяются реле регуляторы 121.3702 белого и черного цвета, существуют двойные модификации, в которых при выходе из строя одного прибора работа второго устройства продолжается простым переключением на него, монтируется в разрыв «+» клеммой 15 к выводу катушки зажигания Б-ВК, к щеточному узлу крепится проводом клемма 67

Встраиваемые реле-регуляторы автолюбители называют «шоколадками», маркированными Я112. Они монтируются в специальные щеткодержатели, прижимаются винтами и защищаются дополнительно крышкой.

На автомобилях ВАЗ реле обычно встроены в щеточный узел, полная маркировка Я212А11, подключаются к замку зажигания.

Если владелец меняет штатный генератор на старом отечественном ВАЗ на устройство переменного тока от иномарки или современной Лады, подключение производится по другой схеме:

• вопрос крепления корпуса автолюбитель решает самостоятельно
• аналогом клеммы «плюс» здесь служит контакт В или В+, его включают в бортовую сеть через амперметр
• выносные реле регуляторы здесь обычно не используются, а встраиваемые уже интегрированы в щеточный узел, из них выходит единственный провод с маркировкой D либо D+, который подсоединяется к замку зажигания (к клемме катушки Б-ВК)

Рис. 21 Замена штатного реле трехуровневым регулятором

Для дизельных ДВС в генераторах может присутствовать клемма W, которая присоединяется к тахометру, ее игнорируют при установке на авто с бензиновым мотором.

Проверка подключения

После установки трехуровневого или иного реле-регулятора необходима проверка работоспособности:

• двигатель заводится
• напряжение в бортовой сети контролируется на разных оборотах

После установки генератора переменного тока и подключения его по вышеприведенной схеме владельца может ожидать «сюрприз»:

• при включении ДВС запускается генератор, измеряется напряжение на средних, больших и малых оборотах
• после выключения зажигания ключом …. двигатель продолжает работать

В этом случае заглушить ДВС можно либо сняв провод возбуждения, либо отпустив сцепление с одновременным нажатием тормоза. Все дело в наличии остаточной намагниченности и постоянном самовозбуждении обмотки генератора. Проблема решается установкой в разрыв возбуждающего провода лампочки:

• она горит при незапущенном генераторе
• гаснет после его запуска
• проходящий через лампу ток недостаточен, чтобы возбудить обмотку генератора

Эта лампа автоматически становится индикатором наличия зарядки АКБ.

Диагностика реле регулятора

Определить поломки регулятора напряжения можно по признакам косвенным. Прежде всего, это некорректная зарядка АКБ:

• перезаряд – выкипает электролит, раствор кислоты попадает на детали кузова
• недозаряд – ДВС не запускается, лампы горят в пол накала

Однако предпочтительнее диагностика приборами – вольтметром или тестером. Любое отклонение от максимального значения напряжения 14,5 В (в некоторых авто бортовая сеть рассчитана на 14,8 В) на больших оборотах или минимального значения 12,8 В на малых оборотах становится причиной замены/ремонта реле регулятора.

Встроенного

Чаще всего регулятор напряжения интегрирован в щетки генератора, поэтому необходимо уровневое обследование этого узла:

• после снятия защитной крышки и ослабления винтов щеточный узел извлекается наружу
• при износе щеток (осталось меньше 5 мм их длины) замена должна производится в обязательном порядке
• диагностика генератора мультиметром производится в комплекте с аккумулятором или зарядным устройством
• «минусовой» провод от источника тока замыкается на соответствующую пластину регулятора
• «плюсовой» провод от ЗУ или АКБ подключается к аналогичному разъему реле
• тестер устанавливается в режим вольтметра 0 – 20 В, щупы накладываются на щетки
• в диапазоне 12,8 – 14,5 В между щетками должно быть напряжение
• при увеличении напряжения больше 14,5 В стрелка вольтметра должна быть на нуле

Рис. 22 Диагностика реле встроенного

В данном случае вместо вольтметра можно использовать лампу, которая должна гореть в указанном интервале напряжения, гаснуть при увеличении этой характеристики больше этого значения.

Провод, управляющий тахометром (маркировка W только на реле для дизелей) прозванивается мультиметром в режиме тестера. На нем должно быть сопротивление около 10 Ом. При снижении этого значения провод «пробит», его следует заменить новым.

Выносного

Никаких отличий в диагностике для выносного реле не существует, зато его не нужно демонтировать из корпуса генератора. Проверить реле регулятор напряжения генератора можно при работающем двигателе, изменяя обороты с низких на средние, затем высокие. Одновременно с увеличением оборотов нужно включить дальний свет (как минимум), кондиционер, монитор и прочие потребители (как максимум).

Рис. 23 Диагностика выносного регулятора напряжения

Таким образом, при необходимости владелец транспортного средства может заменить штатное реле регулятор напряжения на более современную модификацию встраиваемого или выносного типа. Диагностика работоспособности доступна собственными силами при наличии обычной автомобильной лампы.

Как проверить реле регулятор генератора

В случае обнаружения проблем с зарядкой аккумуляторной батареи от генератора необходимо проверить реле регулятор. Данное устройство напрямую отвечает за нормальную работу и эффективность заряда АКБ. Более того, от исправности реле регулятора будет зависеть общий срок службы батареи.

Задачей реле регулятора является точное поддержание напряжения, которое вырабатывает генератор автомобиля. Другими словами, реле регулятор выполняет функцию стабилизатора напряжения. Устройство удерживает напряжение в строго заданных рамках, ограничивая возможное понижение или повышение значения. Такая регуляция происходит постоянно и никак не зависит от частоты вращения коленвала и генератора, а также от степени нагрузки, которую создают различные потребители в бортовой сети. Получается, реле регулятор осуществляет контроль за «плюсом» АКБ, подавая или прекращая подачу электричества зависимо от показателя напряжения на клемме батареи.

Содержание статьи

Как самому проверить реле регулятор

Для проверки исправности работы реле регулятора можно снять устройство с автомобиля. Вторым способом будет диагностика прямо на машине. Для выполнения работ понадобится контрольная лампа и тестер-мультиметр.

Также заранее необходимо подготовить специальный блок питания или зарядное устройство, провода, а также убедиться в том, что аккумулятор находится в рабочем состоянии.

Одним из верных признаков неисправности является недозаряд или перезаряд АКБ. В первом случае эффективность работы батареи снижается, во втором можно наблюдать усиленное выкипание электролита из банок.

1. Чтобы проверить реле регулятор нужно выставить на мультиметре режим вольтметра для возможности измерить постоянный ток в рамках от 0 до 19 вольт.
2. Далее производится подключение щупов мультиметра к «полюсам» батареи на заглушенном моторе. Зафиксируйте данные, которые показывает вольтметр. Напряжение должно быть от 12 до 12,5 вольт. После этого двигатель запускается, а показания вольтметра снова фиксируются. В норме должно наблюдаться повышение значений после запуска ДВС до средних 13-13,5 вольт.
3. Дополнительно стоит учесть, что с ростом оборотов мотора напряжение также должно расти. В среднем диапазоне этот показатель составляет около 14 вольт, на высоких оборотах доходит до 14,5.

Главным признаком, который указывает на неисправность реле регулятора, является одинаковое напряжение как до, так и после запуска мотора. Например, на заглушенном двигателе АКБ выдавал 12 вольт и этот показатель не изменился на заведенном ДВС. Добавим, что нужно исключить другие возможные причины отсутствия зарядки батареи, после чего реле регулятор снимается с автомобиля для дальнейшей проверки.

Снятие реле регулятора для проверки

Начнем с того, что в современных авто щётки генератора зачастую объединяются конструктивно с самим реле. Получается, реле регулятор выступает составным элементом щеточного узла и крепится в задней части автомобильного генератора (в области контактных колец якоря).  Для снятия реле откручиваются крепежные болты и снимаются клеммы, после чего реле извлекается. 

1. Проверка осуществляется при помощи тестера, лампочки на 12 вольт с патроном и нескольких проводов, которые имеют клеммы. Дополнительно понадобится указанный выше блок питания, который выдает до 20 вольт. Также вместо блока можно воспользоваться зарядным устройством, которое имеет функцию регулировки тока. Необходимо отдельно учесть, что зарядное устройство может не выдавать постоянный ток при отсутствии нагрузки. В этом случае к нему нужно дополнительно подключить АКБ, то есть дать нагрузку на ЗУ.
2. Далее провода и лампа через реле подключаются к «плюсу» и «минусу» соответственно, после чего включается зарядное устройство. Контрольная лампочка должна загореться. Затем напряжение повышается при помощи регулятора тока на ЗУ, параллельно фиксируются показания тестера (или происходит отслеживание по вольтметру на самом ЗУ при его наличии).
3. Горение лампочки должно продолжаться до того момента, пока вольтметр не покажет напряжение более 14,5 вольт. После превышения этой отметки лампочка должна гаснуть. Уменьшение напряжения приведет к повторному загоранию контрольной лампы.

В том случае если лампочка гаснет раньше или позже указанных пределов, тогда высока вероятность выхода реле из строя. Контрольная лампа четко указывает на наличие недозаряда или перезаряда в результате проблем с реле регулятором.

Советы и рекомендации

Частым виновником неисправной работы реле регулятора может быть окисление его клемм. Такое окисление приводит к значительной потере напряжения. В таком случае необходимо провести тщательную очистку контактов и произвести повторную проверку. Показатель напряжения на контактах должен быть аналогичен тем показателям, которые выдает сама АКБ, то есть не должно быть заметных потерь. Пониженное напряжение на контактах указывает на то, что их следует зачистить, а сам регулятор зачастую оказывается в рабочем состоянии. После очистки клеммы можно дополнительно обработать специальными химическими средствами, которые препятствуют дальнейшему окислению.

Напоследок хотелось бы добавить, что стоимость реле регулятора не высокая. Одним из верных путей будет его замена на новый элемент при обнаружении сбоев в его работе. Более того, интегральные реле регуляторы являются деталью в монолитном корпусе, который не подлежит разборке для проведения ремонта. Экономия на данном устройстве себя не оправдывает, так как быстрый выход из строя батареи или существенное снижение ресурса аккумулятора повлечет более серьезные расходы при необходимости замены АКБ.

Читайте также

• Генератор в машине: что это такое?

  Принцип работы и устройство автомобильного генератора. Составные элементы генератора переменного тока в автомобиле: ротор, статор, обмотки, регулятор.

Как проверить трехуровневый регулятор напряжения – АвтоТоп

Всем привет. Многие драйвовчане себе ставят трёхуровневый регулятор напряжения вот и я себе решил прикупить. Вещь очень полезная, особенно в морозы или когда аккумулятор начинает умирать. На природе когда гоняешь музыку, то тоже полезная штука. Или например кто редко и ненадолго выезжает, и машина стоит на сигнализации, тоже способ как следует подзарядить.

Моему аккумулятору уже 3 года, стоит с завода, тем не менее проблем с ним незнаю. Ниразу его не заряжал и ниразу он меня пока не подводил. Но например в ливень когда много всего включено напряжение проседает и ехать в пробке некомфортно. Но всё равно решил купить этот девайс, вполне может оказаться полезной в нужное время.

Покупал его на сайте www. 12v.ru. Генератор у меня стоит белорусский «БАТЭ» индекс 3202.372.

Перед тем как что-то начать делать скидываем минус с аккумулятора. Я же зная это – скинуть забыл, полез откручивать и что-то коротнуло. К счастью обошлось без каких-либо последствий.

Для начала отгибаем резиновый защитный чехол откручиваем гайку и снимаем клеммы В+. Также отсоединяем колодку D.

Трёхуровневый регулятор напряжения. Включены обогрев зеркал и заднего стекла, ближний свет, вентилятор в 3-м положении.
Минимальное положение – 13.0 v;
Среднее положение — 13.4 v;
Максимальное положение – 13.7 v.

К сожалению нет электронного «напряжометра», поэтому смотрел по приборной панели. А вот бортовой компьютер почемуто напряжение показывает выше на 0.5 v.

Результат на лицо, я доволен. А вот что я заметил. При работе на холостом ходу моргают все лампочки. Причём с набором оборотом моргать перестают.

В чём дело? Что я мог сделать не так? Или неисправен регулятор? Хотя напрягу выдаёт как положено. Стал думать в чём дело. Собрал вроде всё как положено, ничего сложного там нет. Может когда коротнуло диодный мост дубу дал? В итоге логически пришёл к наиболее вероятному выводу, это хреновая масса, на которую посадил тумблер. Открутил его и посадил на минус аккумулятора.

Price tag: 260 ₽ Mileage: 30000 km

Несколько лет назад разработал схему РР с термодатчиком, тоже самое что и трёхуровневый, только напряжение меняет в зависимости от температуры автоматически.

Когда создавал свой реле регулятор цель была создать надёжный реле регулятор, который облегчит зимний пуск двигателя, т.к. в мороз приходилось снимать аккумулятор и греть-подзаряжать дома, что было не удобно. Когда сделал, поставил проблема с запуском двигателя в мороз исчезла. более того проявились другие полезные качества. Как то увеличение срока службы аккумулятора. Двигатель стал заводиться с аккумуляторами, которые раньше его не заводили(меньшей ёмкости или старыми-убитыми). более стабильное напряжение.

вот видео как работает,

кто заинтересовался, может у меня заказать.
vk.com/id6807678

Пипец мосту пришел от него(((

Красава дружище))себе поставил и тоже заметил такую шляпу.все мерцает, сегодня переделаю +100500 тебе:)

Какраз регулятор сломался. Спасибо буду ставить)

Кстати, удобнее провод выводить через большое отверствие, которое выглядит как круг с прямоугольником. Оно вроде как под W. У нас вывода для этого W нет. На сколько я понимаю схему геннадия, это одна из обмоток генератора (фаза). Это отверствие с правой стороны крышки (если считать что B+ и D c левой) и по вертикали находится между отверствиями под B+ и D.

Понятно. А почему на драйв свою машину не выложишь?

Потому что не люблю фотографировать и фотографироваться. У меня даже фотика нормального нет. Можно взять конечно, но надо еще и помыться, найти место, и ракурс подобрать, фото обработать — заниматься тем чем не люблю. Да и время жалко именно на это. Я лучше с дочей повожусь, или машинкой замусь, или за компом посижу ;-), или посплю =) Да и подому что-то надо делать 😉
Да и не люблю фотоотчеты делать (причина выше — не люблю фоторграфировать).

Молодец, хороший выбор 🙂

Сгорел у меня один такой в августе 🙁 Кстати, нехороший человек, тоже моргал свет. Стоял с начала 2010года.
Купил такой-же, но для 10го семейства. Там токосъемник другой. Но мне не бяда, у меня же есть токосъемник 😉
Поставил туда же — на верхний болт крепления правой блок-фары (не нижний как на фото). Все заработало как и прежде, правда моргания нет совсем 😉

А вообще я моргание связывал с тем, что допускал использование в регуляторе схемы ШИМ (широтноимульсного усиления напряжения). Какая там реально схема не знаю. Почему подозревал?
1. Потому что при использовании ШИМ у постоянного напряжения появляется скважность. Т.е. ток идет прямоугольными импульсами, заданной разработчиком схемы, частоты (скорее всего есть определенные рекомендации выбора этой частоты)
2. Сейчас не моргает. Вот и думаю, а ШИМ ли там применяется? 😉

ЗЫ, господа УСТАНОВИВШИЕ, данное Полезное устройство. СЛЕДИТЕ за напряжением бортовой сети! Я этой весной пожег Osram Night Breaker’ы напряжением не менее 16В ((. Хорошо хоть АКБ живая осталась.
ЗЫЫ, полезнее этого регулятора только (по убывающей)
1) ТОРН Адамчука (термооптимизированный регулятор напряжения, супер навороченный)
2) регулятор напряжения от Шеви. Он сам нормально следит за правильным напряжением в бортовой сети. Стоит копейки, по сравнению со ТОРНом, и даже дешевле трехуровника. НО, Внимание, его надо ставить у автэлектрика, если не разбираетесь в геннадие. И ставить так, чтобы, при выходе его из строя, было легко поменять на него же или родной (вдруг в пути, «далеком кишлаке», не будет регулятора от Шеви).

Добавлю сразу, если истерлись щетки, меняйте просто щетки на токосъемнике 😉 Их отдельно в продаже нету. Можно купить дешевый регулятор с такими же щетками, либо выпросить парочку сгоревших регуляторов у автоэлектрика. Только чтобы щетки были нормальной длины, т.е. чтобы торчали не менее 2/3 от новых. Вы же не хотите часто лазить в генадие и паять щетки 🙂

Как вы помните, после установки трехуровневого регулятора возникали проблемы с «проседанием» напряжения под нагрузкой. После этого заменил изношенный ремень генератора, провел полную зарядку батареи, теперь протестируем регулятор еще раз. Думаю, проблема должна уйти.
Для начала, проверяю мультиметром напряжение на клеммах аккумулятора после ночной стоянки.

Оно составляет 12.4 В, что в принципе не плохо для старенькой батареи. Теперь заведем автомобиль и проверим напряжение выдаваемое регулятором при холостом ходе на 3-х его режимах без потребителей.

Как мы видим, и тут все в норме. Оставляем переключатель на максимальном режиме 14. 7 В.
Теперь включаем потребители: ближний и дальний свет, противотуманные фары, печку, обогрев заднего стекла, магнитолу.

Напряжение не опускается ниже 12 В, хотя в предыдущем тесте оно опускалось до 11.7 В.
Теперь проверим в режиме движения. На холостом ходу при включенном ближнем свете держится около 14 В.

Снова включаем всех потребителей: на 4-й передаче и скорости 60 км/ч напряжение стабилизировалось и не опускается ниже 13.6 В.

Как мы видим по итогам теста, работа регулятора стала более стабильной, в городском режиме движения аккумулятор при включении всех потребителей даже подзаряжается. Но наблюдения за его работой все же продолжу. После поездки батарея подзарядилась и выдает уже 12.6 В.

Проблемы «недозаряда», как в принципе и «перезаряда» аккумулятора, могут быть вызваны многими причинами, но самая первая и самая распространенная на многих автомобилях (наши ВАЗ здесь не исключение), а также на многих мотоциклах, является выход реле-регулятора генератора из строя. Этот прибор, не смотря на свою компактность, убережет вашу батарею и сделает ее срок службы намного больше. Однако если он выходят из строя, это может просто убить АКБ в считанные недели, поэтому если увидели белые потеки, а также, двигатель не запускает после ночи, даже «не крутит» стартер – самое время проверять реле регулятор вашего автомобиля, а вот как это сделать своими руками, а вам сегодня подробно расскажу …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Для начала определение

Реле-регулятор – это устройство, которое регулирует ток от генератора автомобиля, не давая перезарядить аккумулятор, уберегая его от перезаряда, губительного для батареи. Таким образом, это устройство намного продлевает срок службы АКБ.

По сути это просто стабилизатор напряжения, который не дает напряжению от генератора превышать порог в 14,5 Вольта, это очень точный прибор и обязательный для всех типов автомобилей. Однако его можно различить на два типа.

Типы реле – регулятора

Если утрировать то видов всего два, но каждый работает по одинаковому принципу, а именно «режет» или увеличивает напряжение до нужного показателя.

• Совмещенный со щеточным узлом. Обычно крепится на сам генератор, в корпусе где находятся щетки, находится и реле-регулятора.

• Отдельный. Обычно крепится на кузове автомобиля, провода идут от генератора на него, а только после на аккумулятор.

Корпуса неразборные и туго и у другого типа (зачастую залиты герметиками или специальными клеями), то есть они не ремонтируются. Если честно то стоят они достаточно дешево, особенно на наши ВАЗ, так что легче купить новый, чем ковырять старый.

Это самые распространенные виды, конечно, раньше были так называемые совмещенные с клеммами, но они не прижились, потому как устройство не очень удобное, поэтому про них рассказывать не буду.

Если ваше реле «накрылось» идет постоянный перезаряд, тогда стоит его менять, однако для начала нужно убедиться что дело именно в нем. Сейчас существуют всего два способа проверки: — не снимая на самом автомобиле, и проверка уже снятого реле. Разберем оба варианта.

Как проверить реле — регулятора не снимая с машины?

Косвенные признаки

Если у вас «регулятор» вышел из строя – вы это очень быстро заметите, особенно если на улице зима и морозы. Дело в том, что будет присутствовать либо «недозаряд» либо перезаряд батареи. При недозаряде – вы попросту не запустите свой автомобиль – приходите на стоянку вставляете ключ, а авто еле – еле крутит двигатель, либо вообще не запускает, иногда гаснут даже лампочки.

При перезаряде – будет происходить практически тоже самое, только поводом будет служить выкипание электролита из банок АКБ. Косвенно можно определить по быстрому уменьшению электролита в банках, и белому налету на аккумуляторе сверху, а также на частях кузова под ним. Стоит уже задуматься и проверить реле регулятора.

Однако это не наш метод, нам нужно убедиться более точно.

Правильный метод

Для этого будем использовать наш вольтметр, нам нужно замерить напряжение на клеммах аккумулятора, при запущенном двигателе. Для начала хочу отметить что при незапущенном двигателе нормальное напряжение должно быть в пределах 12,7В, возможно чуть меньше, но если у вас уже 12В, то АКБ нужно подзаряжать! Или искать причины недозаряда.

• Запускаем двигатель
• Ставим мультиметр на значение до 20 Вольт

• Подсоединяем щупы к клеммам
• Если напряжение примерно в пределах 13,2 – 14В, это нормально.
• Увеличиваем обороты (скажем до 2000 — 2500), напряжение начнет расти, примерно от 13,6 до 14,2 В, это также нормально.
• Далее пробуем на максимальных оборотах (более 3500), напряжение должно быть от 14 до 14,5В, но не больше!

Если у вас есть отклонения, в большую или меньшую сторону, а именно при любых оборотах напряжение так и осталось в 12,7В, или даже упало до 12В, то это говорит о неисправности реле-регулятора.

Также если напряжение выше 14,5В, например – 15 – 16В, опять же неисправен реле-регулятора, нужно менять.

Если быть до конца честным, не всегда неисправность указывает только не реле, зачастую выходит из строя сам генератор. Если «регулятор» находится отдельно, то нужно для начала поменять его, если ничего не поменялось, снимаем генератор и полностью проверяем систему. Если щеточный узел совмещен вместе с реле, то генератор нужно снимать обязательно!

Проверяем совмещенный реле-регулятора автомобиля

Первым будем проверять совмещенную схему реле-регулятора вместе со щеточным узлом. Такие сейчас ставятся на многие иномарки, да и кстати на многие отечественные автомобили (зачастую носят маркировку Я212А).

Как вы понимаете здесь обязательно снимать генератор и разбирать его, так как этот совмещенный узел крепится сзади рядом с валом генератора, по которому и ходят эти щетки. Для этого:

• Ищем на генераторе сзади специальное «окошко», куда погружаются щетки.
• Откручиваем болт крепления.
• Извлекаем щеточный узел.
• Очищаем его — как правило, он будет в графитовой пыли, щетки сделаны из графита, с применение специального угля.

Затем нам нужно его проверить, но для этого собираем определенную схему, желательно использовать блок питания с регулируемой нагрузкой или зарядное устройство. Также нам нужно взять обычную лампочку на 12В от автомобиля, например от «габаритов», будут нужны провода для сборки всей системы.

Возможно, нам понадобиться аккумулятор, ведь многие зарядные устройства без него не работают. А вот уже от провода с аккумулятора подсоединяем реле-регулятора, к щеткам которого подключаем лампочку на 12В, сделать это можно небольшими крокодильчиками, главное не сломать графитовые элементы. Небольшая схема для понимания.

Если подключить все в спокойном состоянии, то лампочка просто загорится и будет гореть, это нормально, так как щеточный узел является проводником электричества от вала. Напомню в спокойном состоянии, напряжение на щетках будет примерно 12,7В.

Теперь на зарядном устройстве нам нужно поднимать напряжение, до 14,5 В, лампа будет гореть, но при достижении этого порога она должна погаснуть! То есть 14,5 В это своего рода «отсечка» дальнейшего роста напряжения! Если понизить значение, то лампа опять должна загореться. Тогда ваш реле-регулятора рабочий, он прошел проверку.

В случае если напряжение достигло 15 — 16В, а лампочка горит, это значит реле вышло из строя его нужно заменить! Он не дает «отсечку» и будет способствовать перезаряду АКБ. Вот такая вот простая проверка. Сейчас небольшое видео по теме.

Проверка отдельного реле

Аналогично можно проверить новый тип регулятора, то есть отдельный, здесь процесс проверки намного облегчен. Для примера возьмем модель типа Я112B, они устанавливались на многие отечественные авто раньше (ВАЗ).

Это отдельный элемент, поэтому просто откручиваем его от кузова (бывает и от крышки генератора) и присоединяем к нашему стенду, еще раз хочу напомнить желательно — иметь блок питания на 12В, тогда процесс проверки на много облегчается. Если нет, используем зарядное устройство (с режимами регулировки) и подключаем по нижней схеме.

Проверка такая же, повышаем напряжение до 14,5 В, лампа должна погаснуть, если нет, или отключается при напряжении намного выше – то реле вышло из строя нужна замена.

Старый тип или проверка 591.3702-01

Это совсем старый тип реле, он устанавливался еще на «копейки», а также на многие заднеприводные автомобили. Он также всегда отдельно крепился на кузове, но проверка здесь немного отличается по контактам.

Если взять их маркировку, то их всего два – «67» и «15». Первый контакт «67» — это минус как собственно и корпус реле, а вот «15» — это плюс. Принцип действия такой же, подсоединяем наше зарядное устройство — начинаем проверку, повышаем напряжение до 14,5В, дальше смотрим на лампу. Если отключилась хорошо, нет – плохо, замена.

Есть еще один «лайфхак» – если подключить лампочку, в обход реле регулятора к проводам которые шли на контакты 15 и 67, далее снять с плюсовой клеммы АКБ провод – если мотор не заглох, значит генератор «живой».

Что еще может быть?

Зачастую при виновником проблем с зарядом может быть не сам регулятор, а его клеммы, от времени, они как и многие на автомобиле окисляются – что не дает нормально работать генератору и подзаряжать нашу батарею, поэтому для начала прежде чем менять этот узел постарайтесь его прочистить, убрать окислы и прочие налеты. Кстати это касается и клемм аккумулятора, их нужно чистить и защищать, хотя бы раз в сезон.

Поэтому первым делом, если мультиметр выдает вам — 11 или чуть ниже 12В на клеммах машины, попробуйте для начала прочистить клеммы и контакты, затем замерьте еще раз. Вполне возможно что причина в них.

НА этом заканчиваю статью, думаю было полезно, читайте наш АВТОБЛОГ.

(15 голосов, средний: 4,27 из 5)

Похожие новости

Зазор на свечах зажигания. Какой должен быть и на что он влияет

Ремонт тормозного суппорта своими руками. Плюс подробное видео

Есть ли сцепление на «автомате»? Разбираем техническую составляю.

Проверка работы генераторов и реле-регуляторов

Работу генератора и реле-регулятора проверяют как на автомобиле, так и на контрольно-испытательных стендах.

При простейшей проверке генератора надо при отключенной аккумуляторной батарее замкнуть зажим Я генератора постоянного тока или зажим генератора переменного тока через лампу или вольтметр на массу. При исправной работе генератора и реле-регулятора спираль лампы будет иметь нормальный накал, а показания вольтметра будут в пределах 13,5—15 в при испытании 12-вольтовых генераторов и 27—30 в при испытании 24-вольтовых генераторов. В случае меньшего напряжения необходимо замкнуть на несколько секунд проводником зажимы Я и Ш генератора постоянного тока, а в генераторах Г250, Г250-А1 и Г270-А замкнуть между собой зажимы «+» и Ш; если при этом напряжение генератора повысится, то неисправным следует считать реле-регулятор.

Более точную проверку генераторов и реле-регуляторов производят на автомобиле при помощи вольтамперметра или на стендах.

Контрольно-испытательный стенд.

Контрольно-испытательный стенд (рис. 149) позволяет проводить испытание генераторов постоянного тока в режиме электродвигателя, испытание генераторов постоянного и переменного тока на номинальную мощность, проверку работы и регулировку реле-регуляторов и другие работы.

Испытываемые генераторы устанавливают на призмы 19 зажимного устройства. Вал генератора соединяют с муфтой 14 при помощи сменной головки, надеваемой с одной стороны на гайку крепления шкива генератора, а с другой стороны на шестигранную головку муфты. Затем вращением рукоятки 20 сближают или раздвигают призмы, совмещая оси якоря генератора и соединительной муфты 14. После этого рукояткой 12 закрепляют генератор.

Для привода генератора на стенде установлен коллекторный однофазный электродвигатель переменного тока, якорь которого может вращаться в обе стороны со скоростью от 0 до 5000 об/мин.

Рис. 149. Схема стенда для испытания: а — генераторов постоянного тока и их реле-регуляторов;

1 — реостат нагрузки; 2 — переключатель амперметра; 3 — амперметр; 4 — плавкий предохранитель; 5 — переключатель вольтметра; 6 и 10 — соединительные пластины; 7 — колодка зажимов; 8 — реле-регулятор; 9 — кронштейны; 11 — вольтметр; 12 — рукоятка крепления генератора; 13 — зажимное устройство; 14 — соединительная муфта; 15 — электродвигатель; 16 — рукоятка регулирования скорости вращения якоря электродвигателя; 17 — тахометр; 18 — выключатель электродвигателя; 19 — призмы для установки генератора; 20 — рукоятка для установки соосности якорей генератора и электродвигателя; 21 — генератор; 22 — аккумуляторная батарея

Скорость и изменение направления вращения якоря электродвигателя регулируют сдвигом щеток по коллектору при помощи рукоятки 16.

Скорость вращения электродвигателя регистрируется тахометром 17.

Испытываемый реле-регулятор крепят на кронштейне 9 щита стенда. На щите стенда закреплена колодка зажимов 7, нагрузочный реостат 1, измерительные приборы и переключатели 2 и 5. Реостатом 1 устанавливают силу тока нагрузки при испытании генератора и реле-регулятора.

Испытание генератора на номинальную мощность выполняют при отключенном реле-регуляторе. При установке генератора на стенд соединяют вал его с муфтой 14 стенда и после совмещения осей якоря генератора с муфтой привода закрепляют генератор в зажимном устройстве 13 стенда. Затем соединяют проводниками зажимы генератора с зажимами Б, Я, Ш, М колодки зажимов стенда. Схемы включения см. на рис. 149, а и 149, б.

Рис. 149. Схема стенда для испытания: б — генераторов переменного тока и их реле-регуляторов;

1 — реостат нагрузки; 2 — переключатель амперметра; 3 — амперметр; 4 — плавкий предохранитель; 5 — переключатель вольтметра; 6 и 10 — соединительные пластины; 7 — колодка зажимов; 8 — реле-регулятор; 9 — кронштейны; 11 — вольтметр; 12 — рукоятка крепления генератора; 13 — зажимное устройство; 14 — соединительная муфта; 15 — электродвигатель; 16 — рукоятка регулирования скорости вращения якоря электродвигателя; 17 — тахометр; 18 — выключатель электродвигателя; 19 — призмы для установки генератора; 20 — рукоятка для установки соосности якорей генератора и электродвигателя; 21 — генератор; 22 — аккумуляторная батарея

Перед испытанием пластинами 6 и 10 замыкают зажимы Б, Я и Ш колодки зажимов 7. Устанавливают рычажки переключателей 2 и 5 в положение «нагрузка», вводят полное сопротивление реостата 1 и выключателем 18 включают электродвигатель. Сдвигом рукоятки 16 плавно повышают скорость вращения электродвигателя и наблюдают за показаниями тахометра, вольтметра и амперметра. Силу тока нагрузки генератора регулируют реостатом 1. Показания тахометра, вольтметра и амперметра должны соответствовать техническим условиям на проверку генератора на номинальную мощность. Например: генератор считается исправным, если при 2400 об/мин якоря генератора Г130 и 2000 об/мин ротора генератора Г250-А1 и Г250 в холодном состоянии при напряжении не менее 12,5 в сила тока нагрузки будет не менее 28 а.

Исправный генератор Г270-А в холодном состоянии при 2000 об/мин ротора имеет напряжение на зажимах «+» и «—» выпрямителя не менее 25 в при силе тока нагрузки 20 а. Если при испытании генератор не возбуждается, необходимо подключить на 1—2 сек обмотку возбуждения генератора к аккумуляторной батарее, для чего устанавливают рычажок переключателя 2 в положение «батарея». Как только напряжение генератора повысится, тут же переводят рычажок 2 в положение «нагрузка».

Проверка и регулировка реле-регуляторов.

Закрепляют проверяемый реле-регулятор на площадке стенда и соединяют проводниками зажимы реле-регулятора с зажимами колодки стенда по схемам, приведенным на рис. 149, а и 149, б.

В случае испытания РР127 или РР362 следует пластиной 6 замкнуть зажимы Б и Я колодки. При испытании РР130 или другого трехэлементного реле-регулятора генератора постоянного тока не нужно соединять между собой зажимы Б, Я, Ш пластинами 6 и 10.

Проверка и регулировка регулятора напряжения. Устанавливают рычажки переключателей вольтметра и амперметра в положение «нагрузка», а ползунок реостата на полное сопротивление. Включают электродвигатель и доводят скорость вращения вала генератора до 3000 об/мин. При помощи реостата устанавливают силу тока нагрузки генератора, равную 0,5 номинальной величины (для генераторов Г130 и Г250 — 14 а, для генератора Г270-А — 10 а) и наблюдают за показанием вольтметра (номинальная сила тока указана на корпусе генератора и крышке каждого реле-регулятора).

В зависимости от климатических условий эксплуатации автомобиля и места установки батареи на автомобиле напряжение генератора должно соответствовать величинам, приведенным в табл. 9.

Если напряжение генератора будет больше или меньше величин, указанных в табл. 9, необходимо для увеличения напряжения генератора усилить натяжение пружины регулятора, для чего надо плавно отгибать рычажок крепления пружины вниз. Для уменьшения напряжения генератора — отгибать рычажок вверх.

Проверка и регулировка ограничителя тока. При том же положении рычажков переключателей 2 и 5 (см. рис. 149, а) и скорости вращения вала генератора 3000 об/мин, плавно уменьшать сопротивление реостата и замерить амперметром максимально возможную силу тока нагрузки генератора.

Если максимальная сила тока будет больше номинальной величины (она указана на крышке каждого реле-регулятора), например для РР130 — 28 а, РР51 — 35 а, необходимо ослабить натяжение пружины ограничителя тока, для чего отогнуть вверх рычажок крепления пружины.

Таблица 9

Климатический район	Время года	Установка аккумуляторной батареи на автомобиле
		наружная		подкапотная
		Напряжение генератора, в	Напряжение момента замыкания контактов реле обратного тока, в	Напряжение генератора, в	Напряжение момента замыкания контактов реле обратного тока, в
Северные районы с температурой зимой ниже -40° С	Зима	15	12,5—13	14,5	12,5—13
	Лето	14	12—12,5	13,7	12—12,5
Центральные районы с температурой зимой до -30° С	В течение всего года	14,2	12—12,5	13,7	12—12,2
Южные районы	В течение всего года	13,5	11,8—12,2	13,5	11,8—12,2

Примечание. При проверке 24-вольтовых реле-регуляторов напряжение генератора и напряжение включения контактов реле обратного тока соответственно увеличиваются в 2 раза для каждого климатического района и времени года.

Проверка и регулировка реле обратного тока. Устанавливают рычажок 5 переключателя вольтметра в положение «генератор», а движок реостата в положение, при котором сила тока генератора равна 4—8 а. Плавно повышают скорость вращения якоря генератора и наблюдают, при каком напряжении генератора происходит замыкание контактов реле (см. табл. 9).

Если замыкание контактов реле происходит при повышенном напряжении, необходимо уменьшить натяжение пружины, для чего отогнуть вверх рычажок пружины, и, наоборот, при пониженном напряжении натяжение пружины увеличивают.

Проверка и регулировка реле защиты РР362. Эти работы производят при отключенном от генератора реле-регуляторе. Подключают последовательную обмотку реле к аккумуляторной батарее с последовательно включенными в цепь реостатом, амперметром и выключателем; один проводник от батареи подключают к зажиму Ш реле-регулятора, а другой — к теплоотводу транзистора. С помощью реостата плавно увеличивают силу тока обмотки, наблюдая за моментом замыкания контактов. Если замыкание контактов происходит при силе тока более 3,2—3,6 а, необходимо уменьшить натяжение пружины якорька, для чего рычажок пружины отгибают вверх. Натяжение пружины увеличивают, если контакты реле защиты замыкаются при силе тока менее 3,2 а.

Все другие виды проверки и регулировки приборов реле-регуляторов и генераторов производит электрик.

Определение исправности выпрямителя генераторов переменного тока под нагрузкой по напряжению на его зажимах. Подключают к зажимам «+» и «—» генератора реостат с последовательно включенным амперметром. Для измерения напряжения к зажимам «+» и «—» генератора подключают вольтметр. Ротор генератора должен вращаться со скоростью 2000—3000 об/мин. Реостатом изменяют силу тока нагрузки от нуля до номинальной величины, и если напряжение при этой нагрузке не будет снижаться ниже 13,5 в (Г250 и Г250-А1) и 27 в (Г270-А), то выпрямитель считают исправным. В случае снижения напряжения ниже указанных величин или когда сила тока не достигает 28 а (Г250 и Г250-А1) и 20 а (Г270-А), выпрямитель считают неисправным. Проверку выпрямителя этим способом производят при отключенной аккумуляторной батарее.

Простейший способ проверки диода. Подключают проводники от аккумуляторной батареи 24 в к зажимам диода через последовательно включенную лампу. Если диод исправный, то при одном включении проводников лампа не светится, а при перемене местами проводников на зажимах диода лампа будет светиться полным накалом. В случае пробоя диода лампа будет светиться полным накалом при любом подсоединении проводников к зажимам диода. Перед такой проверкой диодов на генераторе необходимо предварительно отъединить концы фаз обмотки статора от колодки 14 зажимов (см. рис. 37).

Простейший способ проверки транзистора реле-регулятора. Подключают вольтметр к зажимам «+» и «—» генератора и снимают крышку реле-регулятора. При работающем генераторе отключают аккумуляторную батарею. Нажатием на якорек РН или РЗ замыкают контакты этих приборов и наблюдают за показанием вольтметра. Если транзистор исправный, то при замыкании контактов напряжение генератора резко уменьшается, а при размыкании снова возрастает до нормальной величины. Если транзистор пробит, то напряжение генератора не будет изменяться и остается завышенным как при замыкании, так и при размыкании контактов РН и РЗ.

В.М. Кленников, Н.М. Ильин

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Глава «Техническое обслуживание агрегатов и механизмов автомобиля»:

Как проверить реле? Поиск и устранение неисправностей реле SSR и катушки с помощью цифрового мультиметра

Как проверить реле с помощью мультиметра и батареи? Идентификация и работа терминала

В этой статье мы покажем вам «, как тестировать реле ». Реле обычно выходит из строя по ряду причин. Поэтому крайне важно проверить реле, если оно перестало работать, прежде чем заменить его или выбросить. Для проверки реле понадобится мультиметр или омметр .

Перед тестированием любого реле необходимо узнать о самом реле.

Что такое реле?

Реле — это электромеханический переключатель . Он управляет цепью, используя очень слабый ток, питающий катушку. Катушка создает магнитное поле, которое притягивает подвижный рычаг (полюс) для изменения положения переключателя.

Клеммы реле

Обычно реле типа SPDT (однополюсный, двухпозиционный) имеет пять клемм .

• Два из них — это клеммы входа катушки , которые в основном являются управляющим входом (активируют и деактивируют реле)
• Общая клемма является питающим входом цепи высокого напряжения. Этот вход проходит через полюс (переключатель) реле либо на клемму NO, либо на клемму NC.
• Обычно открытая клемма ( NO ) — это клемма реле, соединение которой с общей клеммой клемма остается разомкнутой, когда реле деактивировано. Он закрывается при срабатывании реле.
• Нормально замкнутая клемма ( NC ) — это другая клемма реле, соединение которой с общей клеммой остается закрытой до срабатывания реле.

Связанное сообщение: Как проверить диод с помощью цифрового и аналогового мультиметра?

Идентификация клемм

Обычно клеммы указаны на защитной крышке реле. если информации о его выводах нет, то его можно идентифицировать с помощью омметра.

• Катушка имеет сопротивление менее 400 Ом , за исключением некоторых случаев. поэтому клеммы с сопротивлением около 300 Ом будут клеммами катушки.
• Клемма NC имеет сопротивление почти 0 Ом по сравнению с общей клеммой клеммой , когда реле отключено.
• Клемма NO имеет бесконечное сопротивление по отношению к общей клемме , когда реле отключено.

Работа реле

Деактивированный режим : Когда к входу катушки не подключен источник питания, ток будет проходить через общую клемму — клемму NC .

Активированный режим : когда катушка находится под напряжением, ток будет течь только от общей клеммы к клемме NO.

Тест катушки реле:

Этот тест выполняется для проверки состояния катушки ( разомкнуто, или замкнуто, или замкнутых витка ).Эта проблема возникает из-за превышения входного напряжения катушки. Минимальные и максимальные пределы рабочего входного параметра указаны в его техническом описании.

Использование мультиметра

В мультиметре есть два режима , которые можно использовать для проверки реле.

Режим проверки целостности

Основная цель этого теста — проверить целостность катушки.

• Установите мультиметр в режим проверки целостности .
• Поместите щупы мультиметра на катушку клеммы
• Если мультиметр издает звуковой сигнал (или показывает какие-либо признаки целостности цепи ) , катушка электрически замкнута ( хорошо ).
• Если мультиметр не издает звуковой сигнал , катушка разомкнута и повреждена . Реле необходимо заменить .

Если ваш счетчик не имеет функции непрерывности или по какой-либо причине не показывает никаких признаков непрерывности, используйте второй метод .

К сожалению, если вы протестируете реле с помощью этого метода проверки целостности цепи, не обнаружит витков катушки, которая была закорочена .

Режим сопротивления

Если вы решите проверить реле с помощью омметра , вам необходимо заранее провести небольшое исследование. О номинальном значении сопротивления катушки нужно знать из ее даташита. Вы можете найти его техническое описание в Интернете, используя номер модели, обычно указанный на его защитном футляре.

Однако большую часть времени сопротивление катушки лежит ниже 400 Ом .

• Установите мультиметр в Омметр .
• Поместите щупы на оба вывода катушки.
• Запишите значение сопротивления , показанное на мультиметре.

Если измеренное сопротивление совпадает с сопротивлением и сопротивлением, указанным в его техническом описании , катушка реле соответствует .

Если сопротивление очень низкое или очень высокое , катушка, скорее всего, имеет коротких витков или разомкнутых соответственно.

Примечание: силовые реле катушки переменного тока имеют высокое сопротивление катушки (обычно выше 10 кОм). Поэтому вам нужно убедиться, какой тип реле вы тестируете.

Связанное сообщение: Как проверить транзистор мультиметром (DMM + AVO)? — NPN и PNP

Использование источника питания (батареи)

Помните, не используйте этот метод, если у вас нет технических навыков использования источника питания с соблюдением необходимых мер безопасности.

• Снимите реле, если оно находится в какой-либо цепи.
• Обозначьте клеммы катушки.
• Подключите батарею к клеммам катушки.
• Слушайте, если вы слышите звук щелчка , как только вы подключаете клеммы катушки, реле работает
• Если оно не щелкает , это означает, что катушка разомкнута и повреждена . Реле необходимо заменить, так как катушка не подлежит ремонту .

Проверка клемм NC (нормально замкнутые):

Эта проверка реле предоставляет необходимую информацию о переключении реле, чтобы убедиться, что клеммы действительно подключаются и отключаются во время подачи питания на катушку.

Клемма NC остается закрытой , пока реле не сработает.

• Установите мультиметр в режим проверки целостности .
• Поместите один датчик на клемму NC , а другой датчик на общую клемму реле.
• Пока катушка обесточена (деактивирована), измеритель должен показывать индикацию целостности ( звуковой сигнал ).
• Теперь активируйте катушку, используя источник питания, или вы можете просто вручную нажать рычаг (якорь), нажав кнопку test (если она есть) или пальцем.
• Измеритель должен прекратить индикацию непрерывности ( гудок )

Если измеритель не издает звуковой сигнал вообще, вероятно, это проводников внутри оборваны .

Также можно проверить с помощью омметра . У хорошего реле NC оконечное сопротивление 0 Ом в деактивированном состоянии и бесконечное сопротивление при активации.

NO (нормально разомкнутый) Тест клеммы:

Этот тест обеспечивает соединение между общей клеммой и NO (нормально открытой) клеммой.

НЕТ клемма остается разомкнутой , пока реле не сработает.

• Установить мультиметр в режим проверки целостности .
• Поместите датчики на NO клемму и общую клемму .
• Измеритель не подаст звуковой сигнал и не покажет никаких признаков непрерывности, когда реле деактивировано .
• Теперь активируйте реле или прикоснитесь к контактам вручную, счетчик должен издать звуковой сигнал как знак непрерывности.

Если счетчик не показывает никаких признаков непрерывности , проводники реле повреждены .

Связанное сообщение: Как найти значение сгоревшего резистора (тремя удобными методами)

Как проверить твердотельное реле (SSR)?

Тестирование реле SSR, управляемого постоянным током

Это самый простой и точный способ проверки и устранения неисправностей SSR (твердотельного реле). Чтобы проверить твердотельное реле, следуйте рисунку и шагам, приведенным ниже.

• Подключите 9 В постоянного тока в качестве управляющего напряжения ко входу и подключите переключатель к клеммам «3» и «4».
• Подключите лампу мощностью 100 Вт на стороне нагрузки с 110 В или 220 В переменного тока на клеммах «1» и «2». ». Первая клемма «1» реле должна быть подключена к лампе и напряжению переменного тока, а второй провод от розетки должен быть подключен к клемме «2», чтобы замкнуть цепь, как показано на рисунке ниже.
• Теперь включите и выключите «Переключатель ВКЛ / ВЫКЛ». Если лампочка включается и выключается соответственно, реле в хорошем состоянии, иначе реле повреждено, и вам необходимо заменить его новым.

Тестирование твердотельного реле, управляемого переменным током

Операция аналогична описанной выше при тестировании твердотельного реле, управляемого переменным током. Но вам придется подавать управляющее напряжение переменного тока вместо постоянного, как показано на рисунке ниже.

Согласно схеме, приведенной ниже, если лампочка загорается, когда вы замыкаете переключатель, и снова «ВЫКЛ», размыкая переключатель. В противном случае реле исправно, реле неисправно, и вам следует заменить его на новое.

Связанное сообщение: Как найти значение резисторов SMD

Тестирование твердотельного реле в режиме тестирования диодов (DMM)

Чтобы проверить твердотельное реле с помощью цифрового мультиметра, выполните следующие действия:

• Поверните ручку мультиметра в «Режим проверки диодов», как показано на рисунке ниже.
• Подключите клеммы A ₁ (+) и A ₂ (-) к мультиметру в соответствии со схемой.
• Если реле в хорошем состоянии, мультиметр покажет 0,7 (в случае кремниевого транзистора) или 0,3 (в случае германиевого транзистора)
• Если мультиметр показывает «0» или «OL», это означает, что реле повреждено и неисправен.

Это некоторые из основных и простых методов тестирования реле. Если вы используете другой метод или знаете особый способ проверки и устранения неполадок реле, сообщите об этом в поле для комментариев ниже, чтобы поделиться с нашей аудиторией.

Похожие сообщения:

Regulator-test — Все производители — eTesters.com

Отображение последних результатов 1 — 15 из 18 найденных продуктов.

• Тестеры стабилизаторов напряжения

  D&V Electronics LTD

  Разработанные с учетом простоты использования, тестеры регуляторов напряжения D&V могут автоматически тестировать с индикацией PASS & FAIL все типы твердотельных регуляторов напряжения. Для точного тестирования регулятора сигналы генератора переменного тока и подключение автомобиля полностью смоделированы для углубленного анализа функции регулятора напряжения

• Имитатор падения (нарастания) цикла напряжения

  STT-CSS-20P1 — Beijing KeHuan Century EMC Technology Co, .LTD

  * Использование 2 Регулятор и автоматический регулятор номинального напряжения с регулировкой номинального напряжения, колебания мощности избегают неблагоприятного воздействия на результаты испытаний.Смоделируйте тест при напряжении питания 110 В. Он может имитировать колебания электросети в экстремальных условиях (например, при высоком или низком напряжении электросети в отдаленных районах).

• Тестер проводимости батарей 6/12/24/36 В

  MBT300 — Инструменты Matco

  Проверяет свинцово-кислотные батареи 6/12/24 В по отдельности или параллельно, а также последовательно и последовательно. Отображает состояние аккумулятора или аккумуляторного блока в виде% доступной емкости, номинальной емкости (CCA), состояния напряжения заряда и хорошего состояния или состояния замены.Проверяет стартер и системы зарядки 6/12/24/36 В, включая тягу стартера, выход генератора и регулятора (нагруженный / ненагруженный), а также пульсации диодов.

• ТЕСТЕР БЕСПРОВОДНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 6/8/12 / 24В

MBT400 — Инструменты Matco

* Проводите дистанционные испытания аккумуляторов до 50 футов на всех свинцово-кислотных аккумуляторах, включая заливные, AGM и гелевые * Беспроводная связь позволяет тестировать труднодоступные аккумуляторы и аккумуляторные системы, например, в грузовиках и на морских судах * Тесты 8/12/24 / 36 В стартер и системы зарядки, включая тягу стартера, выход генератора и регулятора (нагруженный / ненагруженный) и пульсации диода

Испытание ручных пневматических инструментов

ViTec Co. ООО

Измерительная система состоит из испытательной площадки и стойки управления. Стенд оборудован креплением для испытательного прибора с датчиками измерения: вибрации, крутящего момента и скорости, а также пневматическим регулятором, фильтром и тормозной муфтой порошкового типа. Проверка максимального крутящего момента выполняется до полной остановки вращения. На экране отображается как непосредственно измеренный максимальный крутящий момент, так и рассчитанная максимальная мощность этого образца. По окончании теста результаты представляются оператору на экране монитора.

Автоматический стенд для электрических испытаний

ЧП ЭЛАК, ООО

ELAK Auto Electrical Test Bench представляет собой настольную модель и был разработан для удовлетворения потребностей автоэлектриков, гаражей, сервисных центров, транспортных корпораций, учебных заведений и других массовых пользователей автомобильного электрооборудования для полного тестирования генератора переменного тока, регулятора и их связанные части. Он также имеет встроенный D.C. Источник питания для проверки холостого хода стартерных двигателей.

Испытательный комплект HV AC

СЕРИЯ S400 ТИП RX I O / I OACP — K&S Engineering and Scientific Ltd

Мощность бесступенчато регулируется от нуля до 10 кВ с помощью панельного регулятора. Предусмотрен выходное отключение, которое срабатывает, когда выходной ток превышает 25 мА, отключает испытательный комплект и включает неоновый индикатор перегрузки.Первичная защита обеспечивается двумя плавкими предохранителями, установленными на панели. Выход защищен с помощью отключения по выходу и магнитного / гидравлического прерывателя цепи.

Испытательный комплект HV DC

RX30 / 4P — K&S Engineering and Scientific Ltd

Мощность бесступенчато регулируется от нуля до 10 кВ с помощью панельного регулятора. Предусмотрен выходное отключение, которое срабатывает, когда выходной ток превышает 25 мА, отключает испытательный комплект и включает неоновый индикатор перегрузки.Первичная защита обеспечивается двумя плавкими предохранителями, установленными на панели. Выход защищен с помощью отключения по выходу и магнитного / гидравлического прерывателя цепи.

Тестер многоканальных источников питания

Серия S600 — NH Research, Inc.

Многоканальная испытательная система

, модель S600 сочетает в себе широкий спектр вариантов конфигурации с чрезвычайно высокой скоростью тестирования, чтобы обеспечить наименьшую удельную стоимость тестирования для устройств преобразования энергии большого объема, таких как источники питания переменного тока в постоянный, адаптеры, зарядные устройства Драйверы питания светодиодов, преобразователи постоянного тока и модули регуляторов напряжения. S600 могут быть сконфигурированы для эффективного тестирования чего угодно: от одного источника с 16 выходами, до 16 отдельных источников с одним выходом или любой комбинации источников и выходов между этими двумя пределами.

Квалификационное оборудование и розетки

Reltech Limited

Reltech Limited обладает более чем 35-летним опытом в разработке и производстве всех типов оборудования для квалификационных испытаний.Наши передовые технологические продукты включают в себя: Платы HTOL (материнские и дочерние карты) Платы для выжигания Платы HAST Платы THB (влажность) Модули и рамы Динамические драйверы (цифровые, аналоговые и смешанные сигналы) Задние панели Платы регуляторов напряжения Пользовательские электро- механические узлы DUT Кассеты и приспособления для испытаний

Усилитель мощности от 57 до 66 ГГц

HHPAV-548 — HXI, llc

Усилитель мощности HHPAV-548 охватывает частотный диапазон от 57 до 66 ГГц. Технология MMIC используется для обеспечения высокой надежности и повторяемости. В корпусе усилителя предусмотрены волноводные интерфейсы WR-15 в линейной конфигурации с использованием стандартного фланца UG-385 / U. Усилитель может использоваться в передатчиках для связи и радиолокационных систем, а также для усиления в испытательном оборудовании. Усилитель мощности содержит регулятор напряжения и схему последовательности смещения, позволяющую использовать одиночное смещение для питания усилителя.

Испытательный шкаф релейной защиты

SFJ018 — Shanghai Launch Electric Co., ООО

В испытательном шкафу релейной защиты

SFJ018 используется регулятор с двумя угольными щетками, большие кнопки для регулирования постоянного и переменного напряжения, тока при большой нагрузке, маленькие кнопки для регулирования постоянного и переменного напряжения, тока при небольшой нагрузке. Два выходных канала могут работать одновременно. Также используются цифровые измерители класса 0,5, датчик высокой точности, секундомер с шестью цифровыми дисплеями, удовлетворяющие требованиям для измерения времени.

Тестер для регуляторов напряжения

MS012 COM — MSG оборудование

Устройство имитирует установку регулятора напряжения на исправный генератор с целью проверки его работоспособности при различных нагрузках и режимах, при различных параметрах сопротивления ротора.Тестер телефона проводит диагностику всех существующих типов и моделей регуляторов напряжения. Новые типы и модели регуляторов напряжения легко добавляются путем обновления программного обеспечения через USB-порт. Управление оборудованием осуществляется тремя энкодерами и сенсором на цветном дисплее. Диагностика длится около 2 минут.

Автоматический тестер дискретных полупроводников (ATE)

5000E — Scientific Test, Inc.

Та же проверенная технология, что и все тестеры серии 5000. Высокоскоростное одиночное испытание. Возможность тестирования нескольких и смешанных устройств. 1 кВ стандартно, 2 кВ дополнительно. От 1NA до 50A стандартно, 100A дополнительно. Разрешение 0,1NA. Завершите самотестирование. Автокалибровка. RDSON с разрешением 0,1 МОм. Прикладное программное обеспечение Windows. Дополнительный сканер. Дополнительное отображение вафли. Дополнительная кривая трассировки. MOSFET, IGBT, J-FETTriac, SCR, Sidac, Diac, Quadrac, STS, SBS транзистор, диод, опто, стабилитрон, MOV, реле.ДО 23 000,00 долл. США

Однослотовый модуль питания

41-735-001 — Digital Communication Technologies Ltd

41-735 — это однослотовый модуль питания, обеспечивающий два программируемых положительных выходных напряжения. Модуль обеспечивает высокое качество регулируемого напряжения от линейного регулятора для обеспечения низкого уровня выходного шума. Модуль идеально подходит для подачи питания на маломощные тестовые объекты и обеспечивает точный контроль выходного уровня постоянного тока, что позволяет точно определять чувствительность и эффективность устройства.Модуль обеспечивает питание от внешнего источника питания шасси PXI + 12V.

Испытательное и измерительное оборудование реле

Система защиты электропитания является стражем сети. Он наблюдает и защищает с помощью обнаружения, автоматического принятия решений и (способности) контроля. Интеллект компонента защиты, позволяющий определить, когда аномалия является действующей и как реагировать, определяется настройками компонента и конструкцией системы. Правильный выбор и применение компонентов защиты, таких как реле, напрямую влияет на их надежность в соответствии с планом.На текущую работу реле влияет надежность и исправность механических компонентов (в случае электромеханических реле), электронных схем или компонентов (статические реле) и программного обеспечения (числовые реле). Тестирование позволяет измерить производительность компонентов защиты во время ввода в эксплуатацию и их постоянную надежность на протяжении всего использования. В конечном итоге тестирование дает уверенность в том, что уязвимости электросети и ее компонентов не остаются открытыми.

Учитывая разнообразные функциональные требования к системе защиты сети, возможности тестирования требуют нового уровня сложного тестового оборудования и программного обеспечения для анализа работы всей системы защиты (или отдельных компонентов защиты) в «реальных» ситуациях.Кроме того, необходимо, чтобы эти расширяющиеся возможности тестирования соответствовали аналогичному усовершенствованию в упрощении пользовательского интерфейса тестового прибора и программного управления. Будьте уверены, что каждый аспект тестирования реле, независимо от его сложности, можно легко решить с помощью обширной линейки оборудования для тестирования реле от Megger. Более того, тестируете ли вы устаревшие электромеханические реле или современные сетевые устройства IEC 61850, наши прочные продукты выдают необходимую вам высокую мощность, при этом сохраняя портативность для реальных испытаний.

Компания Megger разработала первую систему тестирования реле защиты с программным управлением в 1984 году, и мы продолжаем предлагать модели, начиная от управляемых компьютером (с комплексным, но простым встроенным сенсорным пользовательским интерфейсом) до ручных испытательных комплектов в портативных и лабораторных условиях. стили для любых нужд тестирования реле. Решения для тестирования реле могут быть дорогостоящими, если программное обеспечение оплачивается отдельно, но с решениями Megger программное обеспечение, необходимое для тестирования большинства реле, входит в комплект для тестирования, поэтому вы не несете дополнительных расходов.

Наше богатое наследие в производстве решений для тестирования реле и первичного впрыска основано на обширном опыте компании в области тестирования реле. Этот опыт также способствует успеху нашей всемирной системы поддержки — всегда здесь, чтобы помочь вам, где бы вы ни находились!

Обзор методов автонастройки реле для настройки ПИД-регуляторов

Стивен Хорнси ^[1] , Школа естественных наук и инженерии, Университет Тиссайд,

Аннотация

В этой статье рассматривается идентификация частотной точки и настройка ПИД-регулятора с использованием методов релейной обратной связи, основанных на методах, первоначально предложенных Остромом и Хэгглундом в 1984 году. Предлагаемые концепции и поддерживающая теория сначала исследуются, а затем исследуются более поздние разработки. Два метода, которые направлены на повышение точности определения частотных точек, изучаются и применяются к буровой установке со спаренным резервуаром, где преимущества очевидны. Затем основное внимание уделяется использованию идентифицированных частотных точек для получения набора параметров ПИД-регулятора. Рассмотрен ряд методов настройки, от простого метода, впервые предложенного Остромом и Хэгглундом, до более продвинутых методов надежного проектирования.Приятные результаты наблюдаются при применении к буровой установке со спаренными резервуарами, особенно в случае метода настройки, который дает свойство «изодемпфирования». Наконец, даются рекомендации относительно ситуаций, в которых предлагаемые методы могут быть, а могут и не оказаться полезными.

Ключевые слова: ПИД-регулирование, автонастройка, предельный цикл, релейная обратная связь, частотная характеристика, устойчивость.

Введение

ПИД-регулятор используется более чем в 95% контуров регулирования в обрабатывающей промышленности (Åström and Hägglund, 1995).Контроллер PID-типа может быть очень эффективным для управления измеряемыми переменными процесса, такими как уровень, расход или температура, до желаемой уставки. Принцип работы ПИД-регулятора заключается в измерении погрешности между переменной процесса и уставкой. Пропорциональный элемент выдает выходной сигнал контроллера в зависимости от величины этой ошибки; Интегральное действие служит для устранения установившейся ошибки, в то время как производное действие препятствует быстрым изменениям параметра процесса.Эти три управляющих сигнала объединены для получения единого управляющего усилия. Популярность ПИД-регулятора объясняется тем, что это простая для понимания концепция, а его производительность, по крайней мере, удовлетворительна для большинства приложений промышленного управления. Передаточная функция ПИД-регулятора с параллельным алгоритмом, используемая в этой статье:

, где k _c — пропорциональное усиление, T _d — время действия производной, а T _i — время действия интеграла.

Однако производное действие часто может вызывать нежелательные характеристики контура, например, выброс сигнала ошибки при применении ступенчатого входа. По этой причине во многих практических приложениях член производной помещается в тракт обратной связи, следовательно, берется производная выходного сигнала и в результате получается более плавный отклик.

Важно понимать, что эффективная работа может быть гарантирована только в том случае, если данный контроллер был настроен в соответствии с конкретным процессом, на котором он действует.Чтобы настроить контроллер на получение желаемого отклика, инженер должен выбрать значения пропорционального, интегрального и производного усиления. Исторически настройка контуров управления была субъективным, эвристическим процессом, и инженеры по управлению полагались на существующие знания о системе и навыки. Часто бывает так, что процесс настройки может быть очень сложным и требовать много времени.

Понимание дается в документе, представленном Бялковски (Bialkowski, 1993), в котором подробно описаны аудиты бумажных фабрик в Канаде, где указано, что из типичных контуров управления 2000 года на одной бумажной фабрике 20% не работали. эффективно с 30% случаев, вызванных плохой или неправильной настройкой.Более того, в отдельном обзоре, проведенном Эндером (Ender, 1993), были сделаны аналогичные выводы, согласно которым 30% исследованных контроллеров работали в ручном режиме, а 20% контуров управления использовали настройку, с которой они были поставлены с завода. В условиях промышленного процесса максимизация прибыли имеет первостепенное значение. Максимизировать прибыль можно за счет оптимизации самого процесса, гарантируя, что пропускная способность будет как можно ближе к верхним пределам в течение максимально возможного количества времени.Для реализации этого необходим жесткий контроль над системами. Следовательно, полезно иметь доступную стратегию настройки, которая даст хорошие результаты без необходимости принятия субъективных решений и которая может быть достигнута быстро.

Сегодня существует множество методов настройки ПИД-регуляторов. Примеры: прямое размещение полюсов, внутреннее управление моделью (Garcia and Morari, 1982) и методы, основанные на оптимизации, например, данные Argelaguet (Argelaguet, 1996). Здесь основное внимание будет уделено тем методам, которые касаются частотной характеристики, при которых используется знание отклика системы на определенные частоты.

В течение последних десятилетий было представлено много простых правил настройки, основанных на частотной характеристике, с целью позволить инженеру легко выбрать подходящие значения для параметров PID. Примеры включают правило отсутствия превышения (Seborg, Edgar and Mellichamp, 1989), правило некоторого превышения (Seborg, Edgar and Mellichamp, 1989), интегральное правило Пессена (Pessen, 1994) , правило Циглера-Николса (Nichols and Zeigler, 1942). ) и уточненное правило Циглера-Николса (Hang, Åström and Ho, 1991).Каждое из этих правил использует измеренные значения, называемые конечным усилением и периодом данного процесса, чтобы получить набор параметров ПИД-регулятора. Проще говоря, конечный коэффициент усиления и период системы связаны с установившимися колебаниями или предельным циклом, которые возникают, когда система достигает предела устойчивости с увеличением коэффициента усиления контура. Однако конечный коэффициент усиления и период дают лишь ограниченное представление о поведении рассматриваемого процесса, поэтому часто бывает, что реакция замкнутого контура менее чем удовлетворительна.Одним из таких примеров является то, что правило настройки Циглера-Николса оптимизировано для получения хорошей реакции на возмущения, но обычно дает плохую реакцию на изменение уставки. Дополнительные проблемы могут возникнуть, если характеристики системы будут меняться со временем.

Поскольку этих жестких правил настройки контроллера часто бывает недостаточно, был разработан ряд методов, которые могут обеспечить автоматическую и адаптивную настройку к изменяющимся характеристикам процесса. К ним относятся распознавание образов (Бристоль, 1977), автоматическая настройка реле (Острём и Хэгглунд, 1984а) и пошаговая оптимизация параметров (Радке и Изерманн, 1987).Эти методы основаны на автоматическом измерении конечного коэффициента усиления и периода и полезны там, где мало что известно о характеристиках процесса и есть различия в динамике процесса. В данной статье рассматривается метод автонастройки реле.

Реле автонастройки

В последние годы был разработан ряд методов автоматической настройки реле. Одним из наиболее примечательных является метод Острома-Хэгглунда, представленный в 1984 г. (Остром и Хэгглунд, 1984a).Использование автонастройки реле дает ряд преимуществ, наиболее примечательными из которых является то, что (а) метод не создает риска нестабильности контура, как метод циклического переключения Циглера-Николса, (б) мало априорных знаний установки, и (c) выходной сигнал контура может поддерживаться близким к заданному значению на протяжении всего испытания при правильном выборе параметров реле.

Этот метод вводит реле в контур управления, которое может приводить к возникновению колебательной системы на выходе, тем самым автоматизируя метод Циглера-Николса.Как и в методе Циглера-Николса, есть два отдельных раздела. На первом этапе выполняется проверка обратной связи реле и измеряются частота, амплитуда и, следовательно, коэффициент усиления объекта. Во втором случае используется подходящая процедура настройки для получения набора параметров ПИД-регулятора. В самой простой форме первый шаг определяет конечную точку на частотной характеристике; однако конфигурация контура обратной связи может быть изменена для определения частотных точек, отличных от точки -π радиан, что в некоторых случаях может быть гораздо более ценным.

После публикации 1984 г. Остром и Хэгглунд разработали свой первоначальный метод, включающий спецификацию настройки на основе стабильности, наложив ограничения на запас по фазе или амплитуде (Остром и Хэгглунд, 1984b), разработки по которым также были предоставлены Дормидо и Мориллой (Дормидо и Morilla, 2004), среди многих других. Однако было показано, что для заданного запаса по фазе или амплитуде могут возникнуть очень разные отклики (Åström and Hägglund, 1984c), и эти меры стабильности не всегда полностью надежны, что также показали Åström и Hägglund в 1995 г. (Åström and Hägglund, 1995).Другие методы, предложенные Остромом и Хэгглундом (Åström and Hägglund, 1995) и Дормидо и Мориллой (Дормидо и Морилла, 2000), дают спецификации, основанные на запасе чувствительности, который считается более надежным показателем относительной стабильности, в то время как Лю и Дейли ( Лю и Дейли, 2001) и Тан и др. . (Tan et al. , 1996) приводят методы настройки, связанные с комбинированным критерием производительности. Более поздние разработки включают методы, основанные на идентификации двух частотных точек для достижения более надежной настройки контроллера, такие как Tan et al .(Тан и др. ., 1996), или прийти к модели процесса, из которой может быть достигнута настройка, как представлено Ван и Шао (Ван и Шао, 2000; Ван и Шао, 1999). Дальнейшие усовершенствованные методы полагаются на идентификацию нескольких частотных точек для получения модели процесса, представленной Wang et al . (Wang et al. , 1997) или извлекать несколько частотных точек из одного теста обратной связи реле с использованием быстрого преобразования Фурье (FFT) (Wang et al. , 2003).

Еще одно важное соображение, которое необходимо сделать, касается самой процедуры обратной связи реле, которая напрямую влияет на точность амплитуды и частоты, которые используются в вышеупомянутых методах настройки. Математическая основа этого метода лежит в описании функционального анализа (Atherton, 2005), который основан на линейном приближении нелинейного элемента и не учитывает гармоники выше основной. В связи с этим были представлены различные модификации использования простого реле, чтобы повысить точность оценки за счет уменьшения влияния гармонических членов более высокого порядка. Примеры включают использование реле предварительной нагрузки (Tan et al. , 2006) и реле насыщения (Shen et al., 1996) или использование двухканального метода (Friman and Waller, 1997). Более свежие предложения представлены Jeon и др. . (Jeon и др. , 2010), которые используют линейную комбинацию субрелейных сигналов с разными частотами или коэффициентами усиления, и Je и др. . (Je и др. , 2009), где оптимально объединенная серия из 10 импульсов используется для генерации одного периода релейного сигнала. Кроме того, существуют методы, направленные на противодействие трудностям, с которыми можно столкнуться, таким как шум, нелинейности и возмущения нагрузки (Yu, 1999; Sung and Lee, 2006; Hang et al. , 1993; Лин и Ю, 1993).

В этой статье исследования разбиты на две основные области: (а) методы, относящиеся к идентификации частотной точки, и (б) методы, которые используют идентифицированную частотную точку для получения параметров ПИД-регулятора. Для (а) рассматривается точность этой оценки с представленными методами, которые направлены на повышение этой точности. Для пункта (b) основное внимание уделяется стабильности и надежности контроллера. Представленная работа была первоначально смоделирована с помощью Matlab ^® и Simulink ^® , а затем применена к практической установке управления.

Подтверждающая теория

Теория, лежащая в основе метода, предложенного Остромом и Хэгглундом, исследуется в следующем тексте.

Основные принципы

Замечено, что система обратной связи, в которой выходной сигнал отстает от входа на π радиан, может колебаться. Когда происходит такое колебание, оно находится в точке на частотной характеристике, где величина петли равна единице, и представлена ​​точкой, в которой кривая Найквиста пересекается с отрицательной действительной осью, то есть точкой -π радиан.

Метод конечных периодов Циглера и Николса (Nichols and Zeigler, 1942) использует этот принцип. В этом методе при только пропорциональном управлении усиление контура итеративно увеличивается до тех пор, пока на выходе системы не появятся устойчивые колебания. Эта точка является пределом устойчивости системы. Коэффициент усиления, при котором возникают колебания, представляет собой максимальное усиление, K _u , а его период определяется как конечный период, T _u , из которого можно легко определить конечную частоту ω _u . рассчитано.

Этот метод явно нежелателен для промышленного внедрения из-за риска нестабильности системы. Метод настройки реле Åström-Hägglund (Åström and Hägglund, 1984a) использует добавление реле в контур обратной связи, чтобы избежать этого потенциального недостатка. В целях настройки реле заменяет оригинальный контроллер.

Предполагается, что процесс G _p (s) имеет предельный цикл с конечной частотой ω _u , а релейный выход представляет собой симметричную прямоугольную волну.Тогда, используя ряд Фурье и описывающий анализ функций, можно идентифицировать K _u и ω _u .

Рисунок 1: Модель релейной обратной связи

Описание функционального анализа

Основой для понимания и применения методов настройки реле, описанных в данной статье, является описание функционального анализа. Этот метод анализа был разработан в 1940-х годах Крыловым и Боголюбовым (Крылов и Боголюбов, 1947) во время поиска объяснения того, почему во время войны системы слежения за оружием и антеннами колебались вокруг своей уставки.Было обнаружено, что эти колебания возникают из-за нелинейностей в системах, например, наблюдаемых в системах зубчатых передач. Было замечено, что когда возникают эти колебания, выходной сигнал системы часто бывает синусоидальным; следовательно, в основе метода описания функций лежит предположение о данном случае, представленное Атертоном (Atherton, 2005).

Система обратной связи с нелинейностью представлена ​​блок-схемой, показанной на рисунке 2.

Рисунок 2: Блок-схема системы управления с нелинейностью

Если выход u (t) вышеупомянутой системы является синусоидальным предельным циклом, то можно предположить, что вход для нелинейности e (t) также может быть синусоидальным.В этом случае можно вычислить основную частоту выхода нелинейного элемента N (a) без учета высших гармоник. Именно эти допущения делаются при описании функционального анализа с нелинейным элементом, определяемым как его усиление на синусоидальном входе. В некоторых случаях нелинейный элемент может также сдвигать по фазе сигнал, поэтому описывающая функция может стать сложной.

Ряд Фурье используется для получения описывающей функции для данного нелинейного элемента.В этом случае особый интерес представляют нелинейные элементы — реле и реле с гистерезисом. Предполагается, что входной сигнал e (t) является синусоидой:

Представление периодического сигнала на выходе y (t) в виде ряда Фурье:

где:

Поскольку сделано предположение, что выход нелинейности является синусоидой, можно сказать, что члены a ₀ и a _n равны нулю, потому что выход симметричен относительно происхождение.Следовательно, функция нечетная. Уравнение (3.2) теперь принимает вид:

Идеальное реле

Идеальное соотношение релейных входов и выходов показано на рисунке 3 и представляет собой нечетную функцию, поэтому при анализе Фурье коэффициенты A ₀ и A _n равны нулю.

Рисунок 3: Соотношение ввода-вывода для идеального реле

Для реле величины d , уравнение (3.5) становится:

Для нечетных значений n это становится с комбинацией уравнений (3.2) и (3.7):

Используя определение описывающей функции как отношение основной составляющей ( n = 1) выхода нелинейного элемента к входу синусоиды, получаем:

, где N (a) — описывающая функция, нелинейность аппроксимации усиления, зависящая от амплитуды, как описано выше, а a — оценка амплитуды основной составляющей предельного цикла.

Важно отметить, что приведенная оценка частоты предельного цикла ω является более точной, чем оценка амплитуды a (Atherton, 2011).

Окончательный коэффициент усиления можно определить по пересечению кривой Найквиста и отрицательной обратной функции описывающей функции. Следовательно, для идеального реле максимальное усиление составляет:

В то время как идеальное реле обеспечивает оценку критической точки частоты, альтернативные типы и конфигурация реле могут использоваться для определения других точек на кривой Найквиста.

Реле с гистерезисом

Реле с гистерезисом, ε имеет выход d , когда его вход достигает + ε , и выход -d , когда его вход достигает — ε , как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Соотношение входа-выхода для реле с гистерезисом

Описание функции реле с гистерезисом:

, и идентифицированная точка лежит на пересечении кривой Найквиста и линии, параллельной отрицательной действительной оси.По изменению уровня гистерезиса можно идентифицировать точки известных фазовых сдвигов.

В этом случае можно показать, что конечный коэффициент усиления равен таковому для идеального реле, как определено уравнением (3.9).

Обозначение дополнительных точек

Реле и транспортная задержка

Искусственная транспортная задержка может каскадироваться с реле во время теста обратной связи реле, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Модель с релейной обратной связью

Это дает идентификацию при фазовом сдвиге:

, где T — произвольная временная задержка.Этот метод является основой для итеративного метода идентификации с задержкой по времени (Chen et al ., 2003).

Реле и интегратор

При включении в контур обратной связи интегратор вносит постоянный фазовый сдвиг -π / 2 радиан (рисунок 6). Именно эту характеристику можно использовать для определения точки на частотной характеристике на -π / 2 радиан. Также изменяется наклон кривой магнитуды.

Рисунок 6: Модель обратной связи реле-интегратора

Для реле и интегратора эквивалент максимального усиления определяется по формуле:

, где K _{-π / 2} — величина, обратная коэффициенту усиления процесса в точке -π / 2 радиан, а ω _{-π / 2} — частота в той же точке.

Рисунок 7 дает графическое представление ранее описанных методов идентификации.

Рисунок 7: Графическое представление множества точек частотной характеристики, идентифицируемых с помощью модифицированной обратной связи реле

Повышение точности идентификации

Из-за использования описания функционального анализа ошибки в записанных значениях K _u возникают при стандартном тестировании реле.Эти ошибки часто находятся в диапазоне 5-20% для типичных передаточных функций в системе управления (Yu, 1999).

В этом разделе представлены два метода, направленных на повышение точности идентификации. Оба метода направлены на изменение релейного выхода, чтобы он стал более синусоидальным.

Хотя здесь это не обсуждается, в литературе есть сведения о других методах повышения точности идентификации. Одним из них является использование настроенного фильтра (Atherton, 1999), например, формы с ω _n , близкой к предельной тактовой частоте ω .Это приводит к почти синусоидальному предельному циклу, следовательно, к уменьшению ошибок из-за допущений, сделанных при описании функционального анализа.

Еще один полезный метод — это приложение смещения к реле итеративным способом для противодействия возмущениям нагрузки, как описано Yu (Yu, 1999) с использованием уравнения (4.1). Это было использовано позже в практических экспериментах.

, где δ _o — приложенное смещение, h — величина реле, а Δa — наблюдаемое смещение.

Реле с преднатягом

Применяется предварительная нагрузка

, как показано на рисунке 8 (Tan et al ., 2006). Принцип, лежащий в основе этой модификации, заключается в усилении основной частоты относительно других частотных компонентов путем добавления сигнала u _k (t) на вход процесса.

Рисунок 8: Добавление предварительной нагрузки к реле

Если присутствует входной сигнал e (t) = a sin ωt , добавление предварительной нагрузки дает амплитуду первой гармоники релейного выхода as, где k — коэффициент предварительной нагрузки.Предполагается, что с предварительной нагрузкой описывающая функция принимает вид:

Следовательно, отрицательная обратная функция описывающей функции лежит на отрицательной действительной оси, как в случае идеального реле, но оканчивается в точке -1 / k.

K _u теперь вычисляется с использованием уравнения (4.3) и совпадает с описывающей функцией N (a) из-за того, что для существования устойчивого предельного цикла должно быть пересечение Na и кривая Найквиста.Кроме того, чтобы это пересечение произошло, важно отметить, что k должно быть меньше, чем K _u . ω _u остается частотой предельного цикла.

Эмпирические исследования (Tan et al ., 2006) показали, что усиление предварительной нагрузки должно составлять 20-30% от амплитуды реле, следовательно, там, где в этой работе используется предварительная нагрузка, она принимает значение между:

Реле насыщения

Альтернативный, более сложный метод — использование реле насыщения.На рисунке 9 показано соотношение входа-выхода для реле насыщения.

Рисунок 9: Соотношение входа-выхода для реле насыщения

Этот принцип (Shen et al ., 1996) снова увеличивает точность идентификации за счет усиления основной составляющей на выходе реле. Это достигается за счет постоянного перехода между включенным и выключенным состояниями реле, который определяется значением крутизны, K .

Когда амплитуда входного сигнала достигает:

релейный выход становится ± d.То есть:

До этого момента вывод будет:

Когда

,

можно показать, что описывающая функция принимает вид:

Чтобы гарантировать наличие пересечения и, следовательно, предельного цикла, K не должен быть больше, чем. Однако, если значение K выбрано слишком большим, тогда реле насыщения становится похожим на идеальное реле, и его преимущества теряются.

Именно по этой причине рекомендуется (Шен и др. ., 1996), что K следует установить равным:

,

, где K _u — это значение, записанное при начальном испытании с идеальным реле или K → ∞ . После выполнения теста с использованием рассчитанного значения K более точное значение K _u вычисляется по формуле:

Методы настройки контроллера

В литературе доступно множество сотен методов настройки, в которых используются точки частоты, определяемые обратной связью реле.Различия между этими методами заключаются в способе манипулирования или перемещения идентифицированной частотной точки на графике Найквиста для создания желаемого отклика замкнутого контура в компенсированной системе. Методы настройки были выбраны от простых и хорошо известных до более совершенных и надежных.

Методы одноточечной настройки

Метод запаса по фазе ПИД-регулятора

Первым рассмотренным методом настройки является оригинальный метод, представленный Остромом и Хэгглундом (Åström and Hägglund, 1984a; Åström and Hägglund, 1984b), который использует идентификацию максимального усиления и частоты и позволяет указать запас по фазе.

Чтобы получить подходящие значения для T _d и T _i :

Td выдает:

, где ϕ _м — желаемый запас по фазе, а k _c составляет:

Метод расчета PI

Аналогичным образом можно спроектировать ПИ-регулятор посредством идентификации точки частоты на -π / 2 радиан, опять же с указанием запаса по фазе.

T _i выдается:

и k _c это:

, где K _{-π / 2} — величина, обратная коэффициенту усиления процесса в точке -π / 2 радиан, а ω _{-π / 2} — частота в той же точке.

Важно понимать, что, поскольку используется частотная точка -π / 2 радиан, это приводит к компенсированной системе с меньшей шириной полосы замкнутого контура и более медленным откликом по сравнению с методами, которые используют точку -π / радиан. , для данной системы.

Следует отметить, что упомянутые здесь методы имеют только один критерий проектирования — запас по фазе компенсированной системы. Хотя это дает гарантированные характеристики частотной области на идентифицированной частоте, невозможно предсказать поведение системы вокруг этой частотной точки. Следовательно, для более надежной конструкции требуются более продвинутые методы.

Метод изодемпфирования ПИД-регулятора

Предлагается метод, ориентированный на надежную конструкцию (Чен и др. ., 2003). В основе этого метода лежит спецификация наклона кривой Найквиста на частоте кроссовера усиления — в данном случае точка, в которой кривая касается круга чувствительности. «Традиционное» соотношение между T _i и T _d изменено с T _i = 4T _d , чтобы удовлетворить этому условию, которое может быть показано как:

,

, где — производная наклона кривой Найквиста на частоте разделения усиления, ω _c .

Исторически, α в уравнении (5.1) было установлено на 4, что происходит от популярного метода настройки Циглера-Николса (Nichols & Zeigler, 1942). Конкретная причина этого не ясна.

Конструкция приводит к кривой Найквиста, которая является локально плоской на частоте ω, _c , что дает систему, более устойчивую к изменениям усиления. Эта частота выбирается разработчиком и рекомендуется в качестве желаемой частоты отсечки, что позволяет более широкий выбор характеристик компенсированной системы, чем при стандартной конструкции с запасом по фазе.В этом случае желаемая частотная точка определяется посредством спецификации времени установления (120 секунд) и связанных приближений (Приложение A). Точка частоты определяется с помощью метода итеративного усиления (Åström & Hägglund, 1984b).

Результатом будет настроенная система, которая будет относительно устойчива к изменениям усиления и обладать свойством «изодемпфирования» для изменений усиления, то есть будет очень небольшое изменение перерегулирования при разумных вариациях усиления.

T _d выдается по:

где:

,

и s _p (ω ₀ ) определяется как:

и для целей этого метода напрямую аппроксимируются с использованием интегралов Боде (Karimi et al ., 2003) как:

, где K _g — установившееся усиление процесса.

k _c и T _i выдаются по:

Двойная точка усиленного метода Острома

Альтернативный подход к созданию надежной конструкции контроллера заключается в идентификации и использовании более чем одной частотной точки.

Теперь представлен метод двойной настройки (Tan et al ., 1996), который направлен на устранение недостатков первоначального метода Острома-Хэгглунда. Опять же, как и в предыдущем методе, традиционное соотношение между T _i и T _d , где T _i = αT _d , изменяется. Первая используемая точка — это конечная точка ( K _u , ω _u ), а вторая — точка, которая соответствует запасу по фазе ϕ _m , который должен быть рассчитан для ( k _ϕ , ω _ϕ ).Кроме того, в спецификации ставится желаемый запас по амплитуде A _м .

Параметры ПИД-регулятора:

Коэффициент затухания r рекомендуется как:

, где k _ϕ — величина, обратная величине в точке, соответствующей желаемому запасу по фазе, а ω _ϕ — частота в этой точке.

Этот метод дает значение T _i , так что частотная характеристика компенсированной системы ослабляется на ω = ω _u с ослаблением, продиктованным r .То есть:

Следовательно, если r увеличивается, результирующий отклик будет более затухающим, тогда как меньшее значение для r даст более колебательный отклик. Рекомендуемое значение r приведено выше в уравнении (5.14), где 0,9 представляет 90% допустимого диапазона.

Аппарат с сопряженными резервуарами

Рисунок 10: Устройство с сопряженным резервуаром

Изображенное (Рис. 10) устройство с сопряженным резервуаром было выбрано для иллюстрации различных методов и технологий, упомянутых ранее.Бак слева наполняется насосом с регулируемой скоростью. На смежной стенке между двумя резервуарами имеется отверстие, которое позволяет жидкости течь между ними. Уровень в каждом резервуаре измеряется устройством измерения уровня гидростатического давления. В передней части каждого резервуара находится клапан с ручным управлением, который позволяет жидкости выходить и возвращаться в резервуар. Для проведенных испытаний во время работы был открыт только клапан на крайнем правом резервуаре (до заданной точки), а второй насос не использовался.

Рисунок 11: Интерфейс ввода-вывода MATLAB

Рисунок 12: Блок ввода-вывода преобразователя напряжения

Вход от устройства уровня и выход к насосу были подключены через коммутационную коробку A / D и D / A (Рисунок 11), подключенную к ПК. Кроме того, выходной сигнал насоса проходил через дополнительную интерфейсную коробку (Рисунок 12), которая подавала на насос правильное напряжение / ток.

Была получена модель Simulink (созданная д-ром Яном Френчем, Университет Тиссайд) системы связанных резервуаров, которая показана на рисунке 13.

Control System Toolbox ^® в Simulink использовался для линеаризации модели в рабочей точке, соответствующей входному напряжению от преобразователя уровня в 4 вольта, который использовался повсюду. Функция линеаризации рассчитала следующую передаточную функцию для этой рабочей точки:

Можно видеть, что передаточная функция второго порядка и имеет одну доминирующую постоянную времени, хотя на один порядок меньше имеющейся временной задержки.

Поскольку не было аппроксимации мертвого времени, изначально заданного с моделью Simulink, метод Ванга и Шао (Ван и Шао, Autotuner, основанный на спецификациях усиления и запаса фазы, 1999; Ван и Шао, автонастройка ПИД-регулятора на основе спецификация чувствительности, 2000 г.). Этот метод дает аппроксимацию мертвого времени системы на основе идентификации частотных точек в точках -π и -π / 2 в сочетании с использованием метода Ньютона-Рафсона.

Рисунок 13: Simulink модель устройства с соединенными резервуарами

Были выполнены необходимые тесты обратной связи реле с использованием уравнения (6.2) была рассчитана начальная оценка θ = 1,56 секунды. Затем был применен итерационный метод Ньютона-Рафсона с использованием уравнений (6.3) и (6.4), сходимость к значению θ = 1,84 секунды.

где:

Следует отметить, что это значение мертвого времени является строго точным только для той рабочей точки, в которой оно было рассчитано (4 В), хотя предполагается, что отклонение будет достаточно небольшим, чтобы предположить, что оно применяется во всем рабочем диапазоне, когда это необходимо.

Выполнено опытов

Был проведен ряд испытаний реле с обратной связью на стенде со спаренными резервуарами. Они перечислены ниже:

• Идеальное реле (Тест 1)
• Идеальное реле с предварительной нагрузкой (Тест 2)
• Реле с гистерезисом (Тесты 3 и 4) (для противодействия шуму)
• Реле насыщения (Тесты 5, 8)
• Реле плюс интегратор (тесты 6-8)

Из приведенных выше тестов определены следующие частотные точки:

• -π радиан (Тесты 1-5)
• — π / 2 радиан (Тесты 6-8)

Результат Теста 1 графически показан на Рисунке 14, а остальные результаты теста показаны в Приложении B.Из рисунка 16 видно, что примерно через 75 секунд выход y (t) перешел в устойчивый предельный цикл. Затем частоту и амплитуду можно было измерить в течение последующих 425 секунд, чтобы дать возможность вычислить результаты, показанные в таблице 1. В этом случае к реле было приложено смещение, δ _o , как описано в следующем разделе. .

Рисунок 14: Результаты теста обратной связи реле для теста 1

Примечания к методам экспериментов

В некоторых тестах наблюдалось ложное переключение реле.Это было особенно распространено, когда амплитуда предельного цикла была низкой, и поэтому отношение сигнал / шум (SNR) было низким, как в случае тестов 1, 2 и 5. Этому нежелательному эффекту противодействовала фильтрация первого порядка, а не чем гистерезис, поскольку было обнаружено, что первый метод дает лучшие результаты. Пример видимого преимущества приведен на рисунке 15. Там, где существовали возмущения нагрузки, было обнаружено, что смещение ( δ _o ) реле с использованием уравнения (4.1) значительно увеличивает точность.

Рисунок 15: Сравнение тестов обратной связи реле до (A) и после (B) дополнительной фильтрации

Для обеспечения максимальной точности амплитуда (размах) и частота измерялись вручную после эксперимента и усреднялись по крайней мере за три цикла с выборкой данных через Matlab Real Time Workshop с интервалом 100 мс. В случаях, когда частота предельного цикла была выше, измерения усреднялись по большему количеству циклов, и интервал выборки соответственно увеличивался.

Кроме того, в рамках этой работы был разработан автонастройщик на основе Simulink, который был в состоянии автоматически измерять требуемые параметры предельного цикла. Это подробно обсуждается в Приложении D.

Результаты экспериментов

Тест	ε	д	к	1с	Имитация					Линеаризованная модель		Практическая
					δ o	ω c	a	К u	| G p (jω) |	ω c	| G p (jω) |	δ o	ω c	a	К u	| G p (jω) |
1.	–	3,00	–	Нет	-0,0786	0,1801	0,06852	55,75	0,0179	0,1930	0,0161	-0,3600	0,2166	0,07080	53,95	0,0185
2.	–	3,00	0.600	Нет	-0,0786	0,1801	0,06889	56,04	0,0178	0,1930	0,0161	-0,3600	0.2016	0,06836	56,48	0,0177
3. 1	0,020	3,00	–	Нет	-0.0749	0,1403	0,1111	34,38	0,0291	0,1470	0,0272	–	0,1878	0,09227	46,02	0,02429
4. 1	0,020	3,00	0,600	Нет	-0,0786	0,1403	0.1112	34,95	0,0286	0,1470	0,0272	+0,014	0,1942	0,08301	46,62	0,02145
5. 2,4	–	3,30	–	Нет	-0,0690	0,1906	0,06387	60,65	0.0165	0,1930	0,0161	+0.200	0,1963	0,06836	57,32	0,0175
6.	–	0,005	–	Есть	–	0,01795	0,1627	0,0392	0,4579	0,0196	0.4600	–	0,0199	0,1636	0,0389	0,5114
7.	–	0,005	0,001	Есть	–	0,01885	0,1670	0,0391	0,4818	0,0196	0,4600	–	0,0199	0.1684	0,0388	0,5128
8. 3,4	–	0,005	–	Есть	–	0,01885	0,1466	0,0404	0,4663	0,0196	0,4600	–	0,0198	0,1928	0,0384	0.5032

Таблица 1: Сводка результатов в рабочей точке L _i = 4v
Примечания:
Если используется предварительный натяг, K _u рассчитывается с использованием уравнения (4.3)
¹ Значения указаны для результаты моделирования учитывают гистерезис реле, хотя испытание проводится для оценки конечной точки.
² Реле насыщения, K = 1,4 × 55,87. Отфильтровано t = 1 сек из-за шума. Первоначальные результаты с k = 1 × 106 в качестве теста 2.Смещение насоса +6,3.
³ Реле насыщения, K = 1,4 × 1,94. Первоначальные результаты с k = 1 × 106 в качестве теста 3
⁴ Табулированная амплитуда a и частота ω _c — это результаты, записанные после уменьшения K

Обсуждение: точность идентификации

Тест №	Описание теста	Ошибка (%)		Изменение погрешности (%)
		К u	ω u	К u	ω u
1	Идеальное реле	-13.1	12,2	0,0	0,0
2	Реле предварительной нагрузки	-9,1	4,5	4,1	7,8
3	Идеальное реле с гистерезисом	-25,9	-2,7	-12,8	9,5
4	Реле предварительной нагрузки с гистерезисом	-24.9	0,6	-11,8	11,6
5	Реле насыщения	-7,7	1,7	5,4	10,5
6	Идеальное реле + интегратор	-10,1	1,5	0,00	0,00
7	Реле предварительной нагрузки + интегратор	-10.3	1,5	-0,25	0,00
8	Реле насыщения + интегратор	-8,6	1,0	1,47	0,51

Таблица 2: Количественная оценка ошибок идентификации и повышение точности
Примечание. Ошибки в K _u вычисляются с использованием K _u = | G _p (jω) | ^-1 из данных линеаризованной модели.

Таблица 2 дает количественную оценку ошибки для каждого метода по сравнению с рассчитанными значениями линеаризованной модели. Изменения погрешности указывают на преимущества, достигаемые применением реле гистерезиса, предварительной нагрузки и насыщения. Изменения указаны со ссылкой на Тест 1 для Тестов 2-5 и Тест 6 для Тестов 7 и 8. Следует отметить, что в каждом случае конечный выигрыш занижается, как и ожидалось, из-за описания приближений функций.

Из таблицы 2 видно, что первоначальный тест обратной связи реле (тест 1) показывает хорошее согласие с ожидаемыми результатами моделирования.Добавление предварительной нагрузки к идеальному реле (Тест 2) дало более точный результат как для K _u , так и для ω _u , с небольшими усилиями с точки зрения сложности реализации.

В тестах 3 и 4 видно, что гистерезис оказал значительное влияние на результаты по сравнению с тестом 1. Окончательное усиление становится меньше и более ошибочным, а окончательная оценка частоты становится более точной по сравнению с тестом 1, хотя это считается что этот результат случаен.Когда предварительная нагрузка используется с гистерезисом в тесте 4, можно видеть, что оценка частотной точки показывает повышенную точность для K _u по сравнению с тестом 3, в то время как оценка ω _u очень близка к смоделированным значениям .

Использование реле насыщения в тесте 5 обеспечило наиболее близкое общее приближение к смоделированным результатам. Время, затрачиваемое на это испытание, по крайней мере в два раза больше, чем при других испытаниях, из-за того, что перед началом испытания реле насыщения необходимо приблизить K _и .

В тестах 6-8 используется интегратор, позволяющий идентифицировать точку -π / 2 на частотной характеристике. Продолжительность этих испытаний была значительно больше (30 минут), чем предыдущие, из-за гораздо более низкой частоты предельного цикла, характерного для процесса. Однако результаты, даже с идеальным реле, оказываются относительно точными, с незначительным улучшением, наблюдаемым с реле предварительной нагрузки. При использовании реле насыщения (Тест 8) наблюдается немного лучшее увеличение точности; однако за это придется заплатить тест общей продолжительностью 60 минут.

Точность идентификации и настройка контроллера

Результаты, полученные при тестировании обратной связи реле в предыдущем разделе, теперь используются для настройки контроллеров PID-типа, чтобы установить влияние неточности идентификации на конечные характеристики контроллера.

Контроллеры

разработаны для каждого набора результатов с использованием оригинального метода расчета запаса по фазе ПИД-регулятора Åström-Hägglund до спецификации запаса по фазе 60 градусов.Результаты проектирования и измерения смоделированных характеристик как в частотной, так и во временной областях приведены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что конструкция, демонстрирующая наилучшую корреляцию частотной характеристики с моделью, — это та, в которой в процессе идентификации использовалось реле насыщения. Этому во многом способствует метод определения конечной точки с использованием реле предварительной нагрузки. Остальные методы дают хорошее согласие с точки зрения запаса по фазе, но не так хорошо согласуются с точки зрения частоты кроссовера усиления.Это отражено в ответах, показанных на Рисунке 16, где эти ответы несколько медленнее.

Рисунок 16: Смоделированная характеристика ступенчатого изменения замкнутого контура в рабочей точке для ПИД-регуляторов, разработанных с запасом по фазе 60 °

	к с	т д	т i	ϕ м	ω г	ITAE	% ОС	т S
Линеаризованная модель	31.06	9,67	38,67	59,8	0,192	5,063	20,4	59,4
Идеальное реле	26,96	8,62	34,46	57,3	0,154	5,999	25,6	53,7
Реле с гистерезисом	23.01	9,94	39,74	62,6	0,148	5,985	19,8	68,2
Реле с гистерезисом и предварительной нагрузкой	23,31	9,61	38,43	61,4	0,146	6.071	21,0	65,5
Реле с предварительным натягом	28.24	9,26	37,02	59,5	0,170	5,511	22,2	57,7
Реле насыщения	28,66	9,51	38,02	60,1	0,176	5,366	21,2	59,6

Таблица 3: Параметры ПИД-регулятора и оценка производительности для запаса по фазе 60 °

Метод настройки	к с	т д	т i
Циглер-Николс	43.0	3,20	20,0
Åström-Hägglund PID	28,7	9,51	38,0
Запас фазы PI	1,72	–	87,9
Изодемпфирование 1	2,00	9,00	46,1
Улучшенный Åström 2	4.22	3,17	159

Таблица 4: Расчетные параметры контроллера для предлагаемых методов настройки
¹ усиление в установившемся режиме, к _g = 1,43, оценивается с использованием реле смещения (Шен и др. ., 1996)
² используемый коэффициент затухания равен 85% от допустимого предела, r = 11,70

Методы настройки

Для сравнения ранее предложенных методов настройки для каждого из них разработаны контроллеры, а также простая настройка с использованием правила Циглера-Николса в качестве эталона.Там, где это возможно, используются идентификации, выполненные с реле насыщения в предыдущем разделе, из-за ранее обнаруженных данных. В Приложении А приводится подробная информация о проектных решениях и критериях, применяемых в каждом случае.

Параметры контроллера приведены в Таблице 4. Каждый контроллер был реализован на установке с присоединенными резервуарами, за исключением конструкции Åström PID. Это не было реализовано из-за большой производной, что привело к чрезмерному шуму на выходе контроллера. Для этого контроллера там, где это необходимо, приведены результаты моделирования.В остальных случаях использовался ПИД-регулятор с ограничением выхода с помощью зажима для предотвращения интегрального разгона. В Приложении C приведены смоделированные и практические переходные характеристики замкнутого цикла для каждого случая.

Для улучшения данных, собранных с буровой установки со спаренными резервуарами, которые имели приемлемый уровень шума, сглаживание с использованием сглаживающего фильтра Савицки-Голея порядка 3 ^rd было выполнено в Matlab. Этот фильтр работает, подгоняя полином к кадру зашумленных данных. Длина кадра, выбранная в этом случае, составляет 101 точку данных, что соответствует 5 секундам данных при времени выборки 0.05 секунд.

Обсуждение: результаты тюнинга

Показатели производительности в частотной области в таблице 5 показывают, что разработки в значительной степени успешны. Для контроллера Циглера-Николса ступенчатая характеристика чрезмерно колеблющаяся. Это ожидается, учитывая низкий запас по фазе. Кроме того, при реализации возникает большое насыщение исполнительного механизма, что приводит к непредсказуемой переходной характеристике, что нежелательно.

ПИ-регулятор Åström дает самый медленный отклик с наибольшим временем установления и относительно большим результатом ITAE, хотя перерегулирование относительно невелико.Этот медленный отклик обусловлен природой метода проектирования, который не допускает никаких спецификаций, кроме запаса по фазе, и низкого значения для ω _g , которое находится на отрицательной действительной мнимой оси. Несмотря на то, что отклик плохой с точки зрения скорости, следует отметить, что такая консервативная конструкция гарантирует, что не произойдет насыщение привода, что может быть полезно в некоторых обстоятельствах.

Следующее по величине время установления видно из метода изодемпфирования, который также демонстрирует наибольшее превышение и показатель ITAE.При проектировании было указано время установления 120 секунд с выбросом примерно 10%, следовательно, конструкция не соответствовала этим техническим требованиям. Считается, что это связано с характером используемых приближений, в которых предполагались доминирующие комплексные полюсы. Однако спецификации запаса по фазе соблюдаются в разумных пределах.

.