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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidad de encendido avanzada para coche.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Automóvil. Dispositivos electrónicos Este diseño se puede recomendar a los radioaficionados capacitados que ya tienen experiencia en la fabricación de bloques de encendido simples y que desean tener un dispositivo del que, en sentido figurado, todo lo que parece posible hoy en día se "exprime". En los últimos años, la unidad de encendido estabilizado [ 1 ] fue repetida por muchos aficionados al automóvil y la radio y, a pesar de las deficiencias identificadas, podemos suponer que ha resistido la prueba del tiempo. También es significativo que todavía no han aparecido en la literatura publicaciones de estructuras similares en simplicidad con parámetros similares. Estas circunstancias llevaron al autor a hacer otro intento de mejorar completamente el rendimiento de la unidad de encendido, manteniendo su simplicidad.
La principal diferencia entre el bloque de encendido mejorado y [1] es una mejora notable en sus características energéticas. Si para el bloque original la duración máxima de la chispa no superaba los 1,2 ms, y solo se podía obtener en los valores más bajos de la frecuencia de chispa, entonces para el nuevo, la duración de la chispa es constante en toda la banda operativa de 5 ... 200 Hz y es igual a 1,2 .. .1,4 ms. Esto significa que a regímenes medios y máximos del motor -y estos son los modos más utilizados- la duración de la chispa se corresponde prácticamente con los requisitos que se establecen actualmente.
La potencia suministrada a la bobina de encendido también ha cambiado significativamente. A una frecuencia de 20 Hz con una bobina B-115, alcanza 50 ... 52 mJ, y a 200 Hz, aproximadamente 16 mJ. También se han ampliado los límites de la tensión de alimentación dentro de la cual funciona la unidad. La chispa confiable al arrancar el motor está asegurada con un voltaje a bordo de 3,5 V, pero la unidad permanece operativa incluso a 2,5 V. A la frecuencia máxima, la chispa no se altera si el voltaje de suministro alcanza los 6 V y la duración de la chispa no es inferior a 0,5 ms. Estos resultados se obtuvieron principalmente al cambiar el modo de operación del convertidor, especialmente las condiciones de su excitación. Estos indicadores, que, según el autor, se encuentran en el límite práctico de posibilidades cuando se utiliza un solo transistor, también están garantizados por el uso de un circuito magnético de ferrita en el transformador convertidor.
Como se puede ver en el diagrama esquemático del bloque de encendido que se muestra en la Fig. 1, sus principales cambios se relacionan con el convertidor, es decir, generador de impulsos de carga que alimenta el condensador de almacenamiento C2. Se simplifica el circuito para arrancar el convertidor, que, como antes, se realiza de acuerdo con el esquema de un generador de bloqueo estabilizado de ciclo único. Las funciones de los diodos de arranque y descarga (respectivamente VD3 y VD9 según el esquema anterior) ahora las realiza un diodo zener VD1. Esta solución proporciona un arranque más confiable del generador después de cada ciclo de encendido al aumentar significativamente la polarización inicial en la unión del emisor del transistor VT1. Sin embargo, esto no redujo la confiabilidad general de la unidad de encendido, ya que el modo de transistor no excedió los valores permitidos en ninguno de los parámetros.
También se ha cambiado el circuito de carga del condensador de retardo C1. Ahora, después de cargar el capacitor de almacenamiento, se carga a través de la resistencia R1 y los diodos zener VD1 y V03. Por lo tanto, dos diodos zener están involucrados en la estabilización, cuyo voltaje total, cuando se abren, determina el nivel de voltaje en el capacitor de almacenamiento C2. Cierto aumento de voltaje en este capacitor se compensa con un aumento correspondiente en el número de vueltas del devanado base II del transformador. El nivel de voltaje promedio en el capacitor de almacenamiento se reduce a 345 ... 365 V, lo que aumenta la confiabilidad general de la unidad de encendido y al mismo tiempo proporciona la potencia de chispa requerida.
 (haga clic para agrandar) En el circuito de descarga del condensador C1, se utiliza un estabilizador VD2, que permite obtener el mismo grado de sobrecompensación con una disminución de la tensión de a bordo, como tres o cuatro diodos en serie convencionales. Cuando este condensador se descarga, el diodo zener VD1 se abre hacia adelante (como el diodo VD9 de la unidad original).
El condensador C1 proporciona un aumento en la duración y la potencia del pulso que abre el trinistor VS2. Esto es especialmente necesario a una alta frecuencia de chispas, cuando el nivel de voltaje promedio a través del capacitor CXNUMX se reduce significativamente.
En unidades de encendido electrónico con descargas múltiples del capacitor de almacenamiento a la bobina de encendido [1,2, XNUMX], la duración de la chispa y, en cierta medida, su potencia determina la calidad del trinistor, ya que todos los períodos de oscilación, excepto el primero, son creados y mantenidos únicamente por la energía almacenada. Cuanto menor sea el consumo de energía por cada inclusión del trinistor, mayor será el número de arranques posibles y mayor será la cantidad de energía (y durante más tiempo) que se transferirá a la bobina de encendido. Por lo tanto, es muy deseable seleccionar un trinistor con una corriente de apertura mínima.
Un trinistor puede considerarse bueno si la unidad de encendido proporciona el inicio de chispas (a una frecuencia de 1 ... 2 Hz) cuando la unidad está alimentada por un voltaje de 3 V. La calidad satisfactoria corresponde a la operación a un voltaje de 4 . .. 5 V. Con un buen trinistor, la duración de la chispa es de 1,3...1,5 ms, en caso de mal - disminuye a 1...1,2 ms. En este caso, por extraño que parezca, la potencia de chispa en ambos casos será aproximadamente la misma debido a la potencia limitada del convertidor. En el caso de una duración más larga, el capacitor de almacenamiento se descarga casi por completo, el nivel de voltaje inicial (también conocido como promedio) en el capacitor, establecido por el convertidor, es ligeramente más bajo que en el caso de una duración más corta. Con una duración más corta, el nivel inicial es más alto, pero el nivel de voltaje residual en el capacitor también es alto debido a su descarga incompleta. Así, la diferencia entre los niveles de tensión inicial y final en el dispositivo de almacenamiento es prácticamente la misma en ambos casos, y de ella depende la cantidad de energía que se introduce en la bobina de encendido [8]. Y, sin embargo, con una mayor duración de la chispa, se logra una mejor poscombustión de la mezcla combustible en los cilindros del motor, es decir, aumenta su eficiencia.
Durante el funcionamiento normal de la unidad de encendido, la formación de cada chispa corresponde a 4,5 períodos de oscilación en la bobina de encendido. Significa. que la chispa son nueve descargas alternas en la bujía, que se suceden continuamente una tras otra. Por lo tanto, no se puede estar de acuerdo con la opinión (expuesta en [4]) de que la contribución del tercer y más aún del cuarto periodo de oscilaciones no puede detectarse bajo ninguna condición. De hecho, cada período hace su propia contribución muy específica y tangible a la energía total de la chispa, lo que también es confirmado por otras publicaciones, por ejemplo [2]. Sin embargo, si la fuente de voltaje a bordo está conectada en serie con los elementos del circuito (es decir, en serie con la bobina de encendido y el almacenamiento), la fuerte atenuación introducida por la fuente, y no por otros elementos, realmente no hace posible para detectar la contribución mencionada anteriormente. Tal inclusión se utilizó en [4].
En la unidad de encendido descrita, la fuente de voltaje a bordo no participa en el proceso oscilatorio y, por supuesto, no introduce las pérdidas mencionadas.
Uno de los componentes más críticos de la unidad de encendido es el transformador T1. Su circuito magnético Sh15x12 está hecho de oxífero NM2000. El devanado 1 contiene 52 vueltas de cable PEV-2 0,8; 11-90 vueltas de cable PEV-2 0,25; III - 450 vueltas de cable PEV-2 0,25.
El espacio entre las partes en forma de W del circuito magnético debe mantenerse con la mayor precisión posible. Para hacer esto, al ensamblar, entre sus varillas extremas, se coloca sin pegamento a lo largo de una junta de getinax (o textolita) con un espesor de 1,2 + 0,05 mm, después de lo cual las partes del circuito magnético se unen con hilos fuertes.
En el exterior, el transformador debe cubrirse con varias capas de epoxi, nitro-pegamento o nitro-esmalte.
La bobina se puede hacer en un carrete rectangular sin mejillas. El devanado III se enrolla primero, en el que cada capa se separa de la siguiente con una junta aislante delgada y se completa con una junta de tres capas. A continuación, se enrolla el devanado II. El devanado 1 está separado del anterior por dos capas de aislamiento. Las vueltas extremas de cada capa cuando se enrollan en un carrete deben fijarse con cualquier pegamento nitro.
Los cables de bobina flexibles se colocan mejor al final de todo el devanado. Los extremos de los devanados I y II deben tenderse en dirección diametralmente opuesta a los extremos del devanado III, pero todos los conductores deben estar en uno de los extremos de la bobina. En el mismo orden se colocan también conductores flexibles, que se fijan con hilos y pegamento sobre una junta de cartón eléctrico (pressboard). Antes de verter, se marcan las conclusiones.
Además del KU202N, en el bloque se puede utilizar el trinistor KU221 con índices de letras A-G. Al elegir un trinistor, se debe tener en cuenta que, como muestra la experiencia, KU202N en comparación con KU221 en la mayoría de los casos tienen una corriente de apertura más baja, pero son más críticos para los parámetros del pulso de disparo (duración y frecuencia). Por lo tanto, para el caso de usar un trinistor de la serie KU221, se deben ajustar los valores de los elementos del circuito de extensión de chispa: el capacitor C0,25 debe tener una capacitancia de 4 μF y la resistencia, R620, debe tener una resistencia de XNUMX ohmios.
El transistor KT837 puede tener cualquier índice de letras, excepto Zh, I, K, T, U, F. Es deseable que el coeficiente de transferencia de corriente estática no sea inferior a 40. No es deseable el uso de un transistor de otro tipo. El disipador de calor del transistor debe tener un área útil de al menos 250 cm2. Como disipador de calor, es conveniente utilizar la carcasa metálica del bloque o su base, que debe complementarse con aletas de refrigeración. La carcasa también debe proporcionar protección contra salpicaduras para la unidad.
El diodo zener VD3 también debe instalarse en el disipador de calor. En el bloque, consta de dos tiras de 60x25x2 mm de tamaño, dobladas en forma de U y anidadas una dentro de la otra. El diodo zener D817B se puede reemplazar por un circuito en serie de dos diodos zener DV16V; con un voltaje a bordo de 14 V y una frecuencia de chispas de 20 Hz, este par debe proporcionar un voltaje de 350 ... .360 V. Cada uno de ellos está instalado en un pequeño disipador de calor. Los diodos Zener se seleccionan solo después de la selección e instalación del trinistor.
El diodo Zener VD1 no requiere selección, pero debe estar en una caja metálica. Para aumentar la fiabilidad general del bloque, es recomendable dotar a este diodo zener de un pequeño disipador de calor en forma de engarce de una tira de duraluminio fino.
El estabistor KS119A (VD2) se puede reemplazar con tres diodos D223A (u otros diodos de silicio con un volumen directo pulsado de al menos 0,5 A) conectados en serie. La mayoría de las piezas de la unidad de encendido están montadas en una placa de circuito impreso de fibra de vidrio de lámina de 1,5 mm de espesor. El dibujo del tablero se muestra en la Fig.2. El tablero está diseñado teniendo en cuenta la posibilidad de montar piezas con varias opciones de reemplazo.
Para una unidad de encendido diseñada para operar en áreas con un clima invernal severo, se recomienda utilizar un condensador de óxido de tantalio C1 con un voltaje de funcionamiento de al menos 10 V. Se instala en lugar de un puente grande en el tablero, mientras que la conexión Los puntos del condensador de óxido de aluminio (se muestra en la placa), aptos para funcionar en la gran mayoría de las zonas climáticas, deben cerrarse con un puente de la longitud adecuada. Condensador C2 - MBGO, MBGCH o K73-17 para un voltaje de 400 ... 600 V.
Al montar el trinistor, es necesario aislar uno de los tornillos de su fijación de la pista impresa del cable común,
La verificación del rendimiento y, más aún, el ajuste debe realizarse con una bobina de encendido con la que funcionará la unidad de encendido en el futuro. Debe tenerse en cuenta que encender la unidad sin una bobina de encendido cargada con una bujía incandescente es completamente inaceptable. Para verificar, es suficiente medir el voltaje a través del capacitor de almacenamiento C2 con un voltímetro de pico. Puede servir como voltímetro un avómetro con un límite de voltaje constante de 500 V. El avómetro está conectado al capacitor C2 a través de un diodo D226B (o similar), y las abrazaderas del avómetro están en derivación con un capacitor con una capacidad de 0,1 ... 0,5 μF para una tensión de 400 ... 600 V .
Con un voltaje de suministro nominal (14 V) y una frecuencia de chispas de 20 Hz, el voltaje en el variador debe estar en el rango de 345 ... 365 V. Si el voltaje es menor, primero seleccione el trinistor, tomando en cuenta lo anterior. Si, después de la selección, se garantiza la chispa cuando la tensión de alimentación cae a 3 V, pero aumenta la tensión en el condensador C2 a la tensión de alimentación nominal, se debe seleccionar un diodo zener VD3 con una tensión de estabilización ligeramente inferior.
A continuación, el bloque se comprueba a la frecuencia de chispa más alta (200 Hz), manteniendo la tensión nominal de a bordo. El voltaje en el capacitor C2 debe estar dentro de 185 ... 200 V, y la corriente consumida por la unidad de encendido después de una operación continua durante 15 ... 20 minutos no debe exceder los 2,2 A. Si el transistor durante este tiempo se calienta por encima de 60 ° C a temperatura ambiente, la superficie de disipación de calor debe aumentar ligeramente.
El condensador C4 y la resistencia R200, por regla general, no requieren selección. Sin embargo, para instancias individuales de SCR (de ambos tipos) puede ser necesario ajustar las clasificaciones si se detecta inestabilidad en las chispas a una frecuencia de XNUMX Hz. Suele manifestarse en forma de un fallo de corta duración en las lecturas de un voltímetro conectado al variador, y es claramente perceptible de oído.
En este caso, debe aumentar la capacitancia del capacitor C0,1 en 0,2 ... 4 μF, y si esto no ayuda, regrese al valor anterior y aumente la resistencia de la resistencia R100 en 200 ... XNUMX ohmios. Una de estas medidas, ya veces ambas juntas, suele eliminar la inestabilidad del lanzamiento. Tenga en cuenta que un aumento en la resistencia disminuye y un aumento en la capacitancia aumenta la duración de la chispa.
Si es posible usar un osciloscopio, es útil verificar el curso normal del proceso oscilatorio en la bobina de encendido y su duración real. Hasta la atenuación completa, deben distinguirse claramente 9-11 semiondas, cuya duración total debe ser igual a 1,3 ... 1,5 ms en cualquier frecuencia de chispa. La entrada X del osciloscopio debe conectarse al punto común de los devanados de la bobina de encendido.
En la Fig.4 se muestra una vista típica del oscilograma. Las ráfagas en medio de las medias ondas negativas corresponden a pulsos individuales del generador de bloqueo cuando cambia la dirección de la corriente en la bobina de encendido.
También es recomendable comprobar la dependencia de la tensión del condensador de almacenamiento con la tensión de a bordo. Su apariencia no debe diferir notablemente de la que se muestra en la Fig.5.
Se recomienda instalar la unidad de encendido fabricada en el compartimiento del motor en la parte delantera, más fría. El condensador de supresión de chispas del interruptor debe desconectarse y su salida debe conectarse al contacto correspondiente del enchufe hembra X1. La transición al encendido clásico se lleva a cabo, como en el diseño anterior, instalando el inserto de contacto X1.3.
En conclusión, notamos que los intentos de obtener una chispa igualmente "larga" con un transformador en un circuito magnético de acero, incluso del acero de la más alta calidad, no conducirán al éxito. La duración más larga que se puede lograr es de 0,8...0,85 ms. No obstante, la unidad casi no ha cambiado (la resistencia de la resistencia R1 debe reducirse a 6...80 m) y está operativa con un transformador de núcleo magnético de acero con las características de devanado especificadas, y el rendimiento de la unidad es superior al de su prototipo [1].
Literatura 1. G.Karasev. Unidad de encendido electrónico estabilizado. - Radio, 1988, N° 9, pág. 17; 1989, N° 5, p.91 2. P. Gatsanyuk. Sistema de encendido electrónico mejorado. En Sat: "Para ayudar al radioaficionado", vol. 101, pág. 52, - M.: DOSAAF 3. A. Sinelnikov. Electrónica en el coche. - M.: Radio y comunicación, 1985, p.46 4. Yu. Arkhipov. Unidad de encendido semiautomático. - Radio, 1990, N° 1, pág. 31-34; nº 2, pág. 39-42. Publicación: cxem.net
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