Измерены параметры двигателя. Рассмотрен принцип регулирования оборотов. Измерены режимы.
Ранее на канале Радиомастер Инфо было размещено видео на данную тему. На тот момент не было в наличии штатного двигателя вентилятора, и информация получилась неполной. Позже двигатель вентилятора был доставлен, и появилась возможность получения дополнительной информации, которую раньше в интернете я не встречал.
Двигатель с кронштейном радиатором для регулятора и крыльчаткой показан на фото ниже.
Данные по этой конструкции следующие:
- При подключении напрямую к источнику питания напряжением равным бортсети автомобиля 14В потребляемый ток двигателя равен 33А. Это соответствует мощности 462Вт. Максимальный ток при подключении через штатный регулятор оборотов (16…20) А. Получается мощность 280 Вт.
- Индуктивность при измерении на клеммах питания 5,56 мкГн.
- Индуктивность катушек против помех 3,2 мкГн каждая.
- Резонансная частота 24,5 кГц.
- Верхняя частота среза 27 кГц.
- Диаметр корпуса двигателя 73 мм.
- Диаметр вала 8 мм.
- Длина вала 145 мм.
- Диаметр крыльчатки 173 мм
- Высота крыльчатки 70 мм + выступ 30 мм. Диаметр выступа под съемник крыльчатки 16,2 мм. Высота выступа под съемник 15 мм.
Регуляторы оборотов встречаются двух типов.Выполненный в виде микросборки. Часто называют оригиналом. Ремонту не подлежит.
Выполненный в виде разборного модуля. 
В нем доступны детали, хотя и залиты герметиком для защиты от влаги и конденсата.Теперь самое интересное. В показанных выше регуляторах оборотов реализованы регулируемые линейные схемы ограничения тока через двигатель. Поскольку схемы линейные, а не ШИМ, на них в процессе работы рассеивается значительная мощность.Схемы выполнены на счетверенном операционном усилителе МС33274 и двух полевых транзисторах PSMN005-75.
Встречается и вариант на счетверенном ОУ LM2902 и одном полевике IRF3205.
Для первого варианта на МС33274 и двух полевых транзисторах PSMN005-75 я пытался прорисовать схему для понимания принципа работы.
Печатная плата с деталями без полевиков (они были припаяны к медной пластине) показана ниже.
Как уже было сказано в микросхеме 4 операционных усилителя (ОУ). Задействовано 3. В схеме есть стабилизатор питающего напряжения 9В на транзисторе и стабилитроне. Источник образцового напряжения на TL431 с делителем. Датчик тока R004 Ом. Коротко о работе схемы. Из салона автомобиля, с панели управления поступает управляющее напряжение +(1…6) В. Оно определяет потенциал на выводе 3 ОУ. На вывод 2 этого же ОУ поступает падение напряжения с датчика тока R004. Если напряжение на выводе 2 ниже чем напряжение на выводе 3, то на выходе 1 ОУ растет отпирающий потенциал, который через эмиттерный повторитель поступает на затворы полевых транзисторов и открывает их. Открывающее напряжение на затворе полевиков будет расти до тех пор, пока ток полевиков не достигнет значения, при котором падение напряжения на R004 не начнет превышать установленное напряжение на выводе 3 ОУ.Образцовое напряжение на TL431 имеет величину около 4,8В. Оно подается на вывод 10 ОУ и через выход 8 и диод не позволяет отпирающему напряжению полевиков превысить значение 4,8В. Это нужно для того, чтобы удержать ток через полевики в области допустимых значений для линейного режима.Остальные элементы схемы образуют обратные связи для исключения перенапряженных режимов полевиков.Область безопасных режимов MOSFET в линейном режиме показана на графике ниже зеленым цветом.
Подробные пояснения этого графика можно посмотреть здесь.При линейном режиме никаких импульсов на выходе регулятора оборотов нет. Изменяется величина постоянного выходного напряжения, ток через двигатель и соответственно его обороты. Поэтому на двигателе нет защитных диодов. Какие плюсы у такого регулирования.
- Нет шума (воя) работы двигателя на любых оборотах.
- Нет импульсных помех.
Очень существенным минусом является большая рассеиваемая мощность на выходных полевиках. Она достигает 80 Вт. Именно поэтому кронштейн сделан из специального сплава для выполнения роли радиатора регулятора оборотов. Сам регулятор имеет толстую медную пластину, которую нужно ставить, обязательно смазав место соединения с радиатором, специальной теплопроводящей пастой. Именно из-за тяжелого собственного температурного режима, да еще плюс температура моторного отсека, эти регуляторы часто выходят из строя.
Ниже приведена таблица режимов регуляторов оборотов на МС33274(PSMN005-75) и LM2902 (IRF3205).
В таблице:
Uс-и напряжение сток-исток полевого транзистора, в Вольтах;
Uз-и напряжение затвор-исток полевого транзистора , в Вольтах;
Р — мощность рассеиваемая на полевом транзисторе, в Вт.
По данным таблицы для варианта регуляторов оборотов на МС33274, PSMN005-75 построены графики зависимости падения напряжения на полевиках от тока двигателя (зеленая линия) и мощности, рассеиваемой на полевиках в зависимости от тока двигателя (черная линия), что прямо соответствует оборотам двигателя.
Точки А-А на графиках соответствуют полностью открытым полевикам. При этом сопротивление сток-исток минимально, падение напряжения всего 0,4В и даже при токе 19А это всего 8Вт. То же самое для мощности при закрытых полевиках, точки С-С. Ток равен нулю и мощность тоже 0. А вот на средних оборотах, когда полевики наполовину открыты, на них падает 6В и при токе 11А мощность уже 66Вт. Это самый тяжелый режим для регулятора оборотов. Если лето, горячий моторный отсек, грязный фильтр и воздуховод или плохой тепловой контакт регулятора оборотов с радиатором – выход из строя регулятора оборотов неизбежен.
Продолжим обсуждение ремонта регулятора оборотов.
Проверить регуляторы оборотов в полном объеме можно только нагрузив их на нагрузку с большим током (до 20А). Именно при больших токах обратная связь от датчика тока R004 влияет на работу схемы. При небольших нагрузках (малых токах) регулировка управляющего напряжения приводит к скачкообразному изменению состояния полевика – полностью открыт, или полностью закрыт. Оценить исправность в этом случае сложно. Попадались такие экземпляры, которые на небольших нагрузках ведут себя как исправные, а при подключении исправного штатного двигателя не увеличивают ток выше 4А (а должны до 16 … 20А).
В интернете наиболее популярны две схемы для замены штатного регулятора оборотов климат-контроля Мерседес W140. Обе эти схемы являются широтно-импульсными модуляторами (ШИМ).
Одна из них схема Кравцова В.Н. представлена здесь:
А вторая, на базе набора мастер Кит ВМ4511 с немного измененными номиналами.
Делал обе. Проверял на двигателях вентиляторов, но сразу не на Мерседес W140. Обе схемы работают, выходные полевые транзисторы при токах до 10А практически не греются. Но эти схемы работают на низких частотах. Особенно первая, около 100Гц. Вторая на частоте 1250 Гц.
Когда удалось проверить на двигателе вентилятора Мерседес W140, были выявлены недостатки. У первой схемы на малых оборотах двигатель работает с прерыванием тока и дергается.
Недостаток второй схемы — на некоторых оборотах двигатель от W140 воет. Можно изменяя частоту в небольших пределах уменьшить этот вой, но полностью избавиться сложно. Сильно понижать частоту нельзя по причине перехода двигателя в режим прерывания тока, а сильно повышать, хотя бы до нескольких кГц, нельзя по причине отсутствия мощных драйверов для управления полевыми транзисторами. Т.е. схемы нужно существенно дорабатывать. Как известно, на высоких частотах нужно быстро заряжать входную емкость полевого транзистора, а для этого нужны большие токи, в данном случае возможно сотни мА. Например, LM358 во второй схеме может выдать до 20мА, а КТ3107 в первой схеме до 100мА. И еще нужно учитывать малые габариту регулятора оборотов. Если вторую схему еще можно вместить, как например я делал здесь:
То первую схему очень сложно.
Вот такую я наработал информацию по этой теме. Возможно кому-то будет полезно. Если кто может поделиться своей, или сделать конструктивные замечания, пишите в комментариях.
Материал статьи продублирован на видео: