Регулятор оборотов вентилятора охлаждения радиатора автомобиля. Реле плавного старта вентилятора охлаждения автомобиля. Описание работы схемы управления вентилятором

В данной схеме управление вентилятором или кулером системы охлаждения происходит по сигналу термистора в течении заданного периода времени. Схема простая, собрана всего на трех транзисторах.

Эта система управления может быть использована в самых разных областях жизни, где необходимо охлаждение посредством вентилятора, например, охлаждения материнской платы ПК, в усилителях звука, в мощных блоках питания и в иных устройствах, которые в ходе своей работы могут перегреваться. Система представляет собой сочетание двух устройств: таймера и термореле.

Описание работы схемы управления вентилятором

Когда температура низкая, сопротивление термистора высокое и, следовательно, первый транзистор закрыт, потому что на его базе напряжение ниже 0,6 вольт. В это время конденсатор на 100 мкФ разряжен. Второй PNP-транзистор так же закрыт, поскольку напряжение на базе равно напряжению на его эмиттере. И третий транзистор так же заперт.

При повышении температуры, сопротивление термистора уменьшается. Таким образом, напряжение на базе первого транзистора увеличивается. Когда это напряжение превысит 0,6 В, первый транзистор начинает пропускать ток заряжая конденсатор 100 мкФ и подает отрицательный потенциал на базу второго транзистора, который открывается и включает третий транзистор, который в свою очередь активирует реле.

После того, как вентилятор включается, температура уменьшается, но конденсатор 100 мкФ разряжается постепенно, сохраняя работу вентилятора в течение некоторого времени после того, как температура приходит в норму.

Подстроичный резистор (показан на схеме как 10 ком) должен иметь значение сопротивления около 10% от сопротивления термистора при 25 градусах. Термистор применен марки EPCOS NTC B57164K104J на 100 кОм. Таким образом, сопротивление подстрочного резистора (10%) получается 10 кОм. Если вы не можете найти эту модель можно использовать другой. Например, при использовании термистора 470 кОм сопротивление подстроичного составит 47 кОм.

Схема подключения вентилятора с питанием от 12 вольт.

Схема подключения вентилятора с питанием от 220 вольт

В печатной плате можно увидеть два подстроичных резистора. Первый на 10 кОм для регулирования порога срабатывания вентилятора, второй на 1 мОм позволяет регулировать время работы после нормализации температуры. Если вам нужен больший интервал времени, то конденсатор на 100 мкФ можно увеличить до 470 мкФ. Диод 1N4005 используется для защиты транзистора от индуктивных выбросов в реле.

При протекании больших токов в цепях, выделяется энергия в виде тепла. Примером таких цепей могут служить блоки питания, усилители низких/высоких частот, ШИМ-контроллеры, выпрямительные диоды. Для отвода тепла используют металлические радиаторы разных форм и размеров, соответственно площадей. Не редко возникает проблема отвода тепла от самого радиатора, в случаях когда радиатор не совсем хорошо справляется с поставленной задачей. Для устранения этой проблемы, часто используют «кулеры» (вентиляторы), устанавливаемые на радиатор.

Также возникла проблема устранения шума, производимого вентилятором при слабых нагрузках. При слабых нагрузках радиатор холодный и хорошо справляется со своей задачей, при сильных нагрузках - горячий. В обоих случаях вентилятор вращается с одинаковыми оборотами, производя шум, даже когда охлаждение радиатора особо не нужно. Для устранения данной проблемы, была отыскана самая простая аналоговая схема регулировки (изменения напряжения, при изменении темепературы) оборотов вентилятора. Данная схема не критична к заменам транзисторов на другие, тех же проводимостей (NPN,PNP).

Схема

Изначально в схеме, в качестве датчика температуры использовался транзистор КТ315. После нескольких опытов, были следующие замечания по поводу использования этих КТ315:

Плюсы : Наличие. КТ315 навалом, они дешевые и очень распространенные. Размеры - размер КТ315 позволяет поместить его между ребер некоторых радиаторов.

Минусы : Температура. Так как у КТ315 корпус не из металла, теплопроводность малая, следственно и регулировка оборотов будет не чувствительная. Отсутствие крепления (отверстия для болта крепления к радиатору).

Из-за низкой чувствительности к изменениям температуры, пришлось заменить КТ315 на КТ940 (коих также навалом) в корпусе ТО126, с отверстием для болта и металлическим основанием. Транзистор прикручивается к радиатору/источнику тепла с использованием теплопроводной пасты.

В качестве второго транзистора, управляющего нагрузкой, подбирается любой подходящий по параметрам нагрузки и проводимостью (PNP). Печатная плата регулятора не создавалась потому, что его можно собрать навесным монтажом.

Настройка

Настройка регулятора производится следующим образом: при помощи подстроечного резистора выставляется нижний предел напряжения на нагрузке, позволяющий вентилятору работать на малых оборотах или вовсе не вращаться. Я остановился на втором варианте, подключив параллельно нагрузке вольтметр, выставил напряжение около 2,5 (В).

Видео работы устройства

Данная схема исправно работает в моем блоке питания. При существенном нагреве радиатора - вентилятор постепенно, в зависимости от температуры датчика (КТ940), изменяет свои обороты. Таким образом, можно избавиться постоянной работы вентилятора, снизить шумы и потребление энергии вентилятором. Холодные радиаторы всем! С Вами был BFG5000 .

Обсудить статью АКТИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ РАДИАТОРОВ

Автоматический регулятор мощности (скорости) вентилятора охлаждения (АРМ) - это устройство, которое управляет работой одного из вентиляторов охлаждения автомобиля. Чтобы понять принцип его работы и для чего он нужен, давайте сначала вспомним штатные (заводские) режимы работы вентиляторов охлаждения.
Когда температура антифриза в системе охлаждения достигает 99 градусов, включается первый (левый, или правый - зависит от конкретной машины) вентилятор охлаждения на половинной скорости (через добавочный резистор) и продолжает работь до тех пор, пока температура не упадет до 94 градусов. В случае, если температура не падает, а продолжает расти, то на 100 градусах включаются оба вентилятора на максимальную скорость, и отключаются на тех же 94 градусах. Указанные пороговые значения температур могут отличаться на 1-2 градуса как в плюс, так и в минус (зависит от года выпуска авто и версии прошивки). Кстати, у некоторых машин 2006 года встречается непонятный алгоритм работы 1-го вентилятора: при температуре 99 градусов он начинает включаться и выключаться на первой скорости с интервалом в 20-30 секунд. Скорее всего, это "глючный" алгоритм, т.к. срок службы вентилятора, работающего в таком режиме резко сокращается (но об этом ниже). "Лечится" эта беда заменой прошивки .
Рассмотрим недостатки штатного режима работы вентиляторов охлаждения :
Вентиляторы включаются "ударно". Особенно ярко это проявляется при включении второй скорости, то есть с места и сразу на "максималку". Это негативно сказывается на сроке их службы .
Два вентилятора потребляют в режиме максимального обдува порядка 50 ампер, из-за чего происходит "просадка" напряжения в бортовой сети. В пробках оно может упасть ниже 11.5 вольт. Если у вас, вдобавок, включены фары, и вы простоите в этой пробке час, то есть большая вероятность, что аккумулятор разрядится до такой степени, что не сможет потом прокрутить стартер и двигатель попросту не заведется.
Температура двигателя в пробках все время повышается и понижается, а такой режим работы ДВС совсем не является оптимальным .
Работа двух вентиляторов производит достаточно сильный шум, что само по себе неприятно. Вдобавок, уменьшаются обороты холостого хода из-за п.2, в общем, вибрационно-звуковая картинка работы вентиляторов - то еще "удовольствие"!
Известно, что когда мы выключаем прогретый двигатель, температура его резко повышается. Цилиндры раскалены, а циркуляция антифриза в системе прекратилась. Перегрев может достигать 105-108 градусов, и если двигатель в этот момент завести, то повышенный износ поршневой гарантирован.

Основное отличие системы АРМ от заводской схемы заключается в том, что он управляет работой вентилятора бесступенчато, в режиме реального времени. Скорость его вращения изменяется плавно и своевременно , при этом она, на исправном автомобиле, практически никогда не достигает максимума. Вентилятор не "сбивает" температуру, а поддерживает её.
Система АРМ состоит из собственно блока управления вентилятором и дополнительного датчика температуры с оригинальным патрубком, который вставляется в разрез верхнего шланга радиатора. Блок управления имеет входы для подключения датчика температуры и питания (12 вольт), а также силовой выход со штатным разъемом непосредственно на вентилятор.
АРМ работает следующим образом. Когда температура двигателя достигает 95 градусов, вентилятор охлаждения (мы подключаем к АРМ левый вентилятор, по нашему мнению, он охлаждает ДВС эффективнее) начинает вращаться. Скорость его вращения такова, что видно лопасти крыльчатки. По мере роста температуры, скорость вращения плавно плавно увеличивается, и когда рост её прекращается, обороты вентилятора больше не прибавляются и он вращается с постоянной скоростью. Если температура пошла вверх, то скорость опять немного увеличится, если вниз - уменьшится, и т.д. Таким образом, вентилятор работает на поддержание стабильной температуры охлаждающей жидкости в допустимом интервале.
Что нам все это дает? Вернемся к нашим пунктам (см. выше):
Вентилятор включается плавно , соответственно, срок его службы значительно увеличивается .
Потребляемый ток снижается в разы, поэтому ниже 12.5 вольт напряжение бортсети не понижается..
Температура ДВС стабильна на всех режимах, что очень хорошо.
Вентилятор Вы из салона слышать перестанете, он теперь будет работать практически незаметно.
Охлаждающая жидкость больше не перегревается после остановки горячего двигателя. Когда вы выключаете зажигание, АРМ остается включенным, он продолжает отслеживать температуру и увеличивает обдув, не позволяя антифризу закипать и создавать в системе охлаждения избыточное давление, вызывающее срабатывание клапана расширительного бачка. Когда двигатель охладится, АРМ полностью отключит вентилятор.
Главное же достоинство АРМ заключается в том, что вентилятор больше не ведет изо всех сил борьбу с перегревом, а работает в наиболее экономично м и благоприятном для двигателя режиме. А надежность системы охлаждения в целом только повысится , так как АРМ устанавливается как бы "поверх" штатной системы, при этом никаких изменений в ней не производится . В случае необходимости, можно просто вытащить из вентилятора разъем АРМ и вставить назад разъем штатной проводки. Работа системы полностью восстановится в заводском режиме . Второй вентилятор остается подключенным по штатной схеме, так что он тут же включится, если АРМ не справится. Необходимо отметить, что такая ситуация может сложиться только на тяжелом бездорожье, или в других, особенно тяжелых условиях.

АРМ производит Тверская компания ЗАО "ЭЛМАС" , а Техцентр "НИВА777" является ее официальным представителем в Московском регионе.
Сколько это стоит?

Схемотехника ШИМ- регулятора оборотов двигателя постоянного тока.

Блок управления электровентилятором системы охлаждения "Борей" (БУ ЭВСО) или контроллер печки "Аргест" , как ШИМ-регулятор оборотов, состоит из:

микропроцессора (генерация ШИМ-сигнала, измерение тока и температуры, индикация режимов);
силового транзистора (коммутация тока, исполнительный элемент ШИМ-регулятора оборотов электровентилятора);
фильтра (устранение электромагнитных помех).

Частоту вращения коллекторного двигателя можно регулировать, изменяя подаваемое на него напряжение. При постоянном значении напряжения источника питания – аккумуляторной батареи, напряжение на двигателе можно менять, изменяя сопротивление в цепи двигателя, к примеру, с помощью реостата или транзистора. Однако такой способ при управлении мощными приводами приводит к выделению большой тепловой мощности на сопротивлении (транзисторе) и снижению КПД системы.
Повысить КПД можно, подавая на двигатель полное напряжение, но на ограниченное время. Если это делать с большой частотой, то, управляя длительностью включения, можно фактически менять среднее напряжение, подаваемое на двигатель.

Изменение длительности импульсов при неизменном периоде их следования (постоянной частоте) и называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ , в англоязычных текстах: PWM-Pulse Width Modulation ).

При регулировании скорости вращения двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции на двигатель подается полное напряжение питание, но регулируется время, в течение которого оно подается. Условно говоря, ШИМ-регулятор оборотов вентилятора замыкает силовой ключ каждую секунду на десятую долю секунды, если нам нужно 10% мощности двигателя, если нам нужно 25% мощности, то ШИМ-регулятор оборотов замыкает силовой ключ на четверть секунды, если 50% мощности - то полсекунды и т. д. Когда же нам нужно раскрутить двигатель на полную мощность, ШИМ-регулятор оборотов замыкает силовой ключ на полную секунду, то есть фактически силовой ключ не размыкается совсем.
Конечно же, реально микропроцессор управляет силовым ключом с частотой много выше, чем один раз в секунду, но принцип остается тем же. При достаточно высокой частоте происходит сглаживание пульсаций тока при индуктивной нагрузке, и фактически на двигатель подается некоторое эффективное напряжение. Скажем, при напряжении питания 12В и длительности импульса 50% от периода, получается точно такой же результат, как и при подаче на двигатель напряжения 6В.
При эксплуатации автомобиля в городском цикле с повышенной температурой окружающего воздуха, когда вероятность перегрева двигателя максимальна (особенно в "пробках "), режим плавного изменения скорости вращения вентилятора в пределах 30-60% с помощью ШИМ-регулятора оборотов достаточен для ограничения температуры двигателя автомобиля. Применение блока управления ЭВСО в системе охлаждения автомобиля устраняет необходимость включения вентилятора на мощность выше 60% (тем более на полную мощность), тем самым обеспечивая практически полное отсутствие шума в салоне автомобиля в отличие от раздражающего рева работающего на "всю катушку" электровентилятора в обычной системе охлаждения двигателя автомобиля.

Умное управление вентилятором радиатора:

Снижение расхода топлива
Увеличение срока службы двигателя
Вентилятор работает практически бесшумно

Модификации (виды) «Борея»

Существуют два вида «Борея» - с коммутацией либо минусового либо плюсового провода к вентилятору. Соответственно в «Борее» будет присутствовать либо буква «К»(минусовой) либо буква «А»(плюсовой). Все версии герметичны в отношении платы, версии с проводами также герметичны и в месте впайки проводов.

Остальные модификации связаны с наличием\отсутствием впаянных проводов, толщиной силовых проводов (2.5 или 4 кв.мм.) и мощностью (360 или 520вт), типом разъема к вентилятору(российский или импортный), напряжением батареи 12В или 24В(грузовики).

Корпус «Борея» - алюминиевый размером 45х45мм либо 35х90мм, размер не привязан к какому-то виду Борея и может меняться от партии к партии. Корпус служит теплоотводом и электрически изолирован от платы.

Узнать, какой из проводов к вентилятору коммутирует реле штатной системы автомобиля можно следующим образом. При включенном зажигании, но на не заведенном ДВС и выключенном вентиляторе нужно тестером померять напряжение на любом из выводов вентилятора относительно массы. Если тестер покажет +12В, то вентилятор коммутируется проводом "массы" и Вам нужен «Борей-К» или «Борей-КВ». Если покажет 0Вольт - то "плюсовым" проводом, соответственно Вам нужен «Борей-А» или «Борей-АВ» .

	Борей-К	«Борей-К» коммутирует "массу". Мощность модели 360вт.
	Борей-А	Это исполнение с разъемом для подсоединения проводов. Разъемы находятся внутри корпуса, чтобы грязь в них не попадала, для ввода проводов используется штуцер. Вся плата залита герметиком, за исключением контактов разъема для подключения проводов. Провода в комплект не входят. Версия без проводов удобна тем, что силовые провода могут быть сделаны оптимальной длины "по месту". Штуцер предназначен для проводов до 4кв.мм., но на пределе возможны и 6кв.мм. «Борей-А» коммутирует провод "плюс". Мощность модели 360вт. Исполнения на 24Вольта не будет. Эта версия находится в производстве с весны 2018года, имеет существенные улучшения в части электроники, реализуемых функций и программирования.
	Борей-КВ	Эта версия находится на текущей странице. «Борей-КВ» коммутирует "массу". Мощность модели 360вт.
	Борей-АВ	Эта версия находится на другой странице. «Борей-АВ» коммутирует провод "плюс". Мощность модели 360вт. Герметичное исполнение «Борея», провода 2.5кв.мм. в комплект входят и запаяны непосредственно в плату. Модуль полностью залит компаундом. Версия со впаянными проводами не подразумевает их удлинение или укорочение. Их длина, конечно, может быть изменена, но без скрутки\пайки\переобжима это не получится.
	Борей-КВ4	Эта мощная версия находится на текущей странице. Рекомендуется для ДВС более 3л. «Борей-КВ4» коммутирует "массу". Мощность модели 520вт. Имеется заказное исполнение на 24Вольта.
	Борей-АВ4	Эта мощная версия находится на другой странице. Модель 2019г. «Борей-АВ4» коммутирует "плюс". Мощность модели 520вт. Рекомендуется для ДВС более 3л. Герметичное исполнение «Борея», провода 4кв.мм. в комплект входят и запаяны непосредственно в плату. Модуль полностью залит компаундом. Версия со впаянными проводами не подразумевает их удлинение или укорочение. Их длина, конечно, может быть изменена, но без скрутки\пайки\переобжима это не получится.

Назначение блока управления вентилятором (БУ ЭВСО)

Все люксовые автомобили, оснащенные электровентиляторами радиатора системы охлаждения, имеют и модуль плавного управления скоростью вращения этого вентилятора. Это неслучайно, поскольку такое управление дает массу преимуществ в сравнении с классическим релейным управлением. Плавное управление скоростью вращения имеет только один существенный недостаток - высокую цену. Вот именно в плане цены наш блок управления вентилятором дает огромную фору импортным аналогам, ни в чем не уступая им по остальным параметрам. Историю создания «Борея» можно посмотреть .

«Борей» предназначен для изменения скорости вращения электровентилятора радиатора системы охлаждения в зависимости от текущей температуры двигателя автомобиля таким образом, чтобы температура ДВС не уходила выше 1-2градусов от установленной точки включения электровентилятора. C этой задачей «Борей» справляется гораздо лучше, чем штатная релейная система.

Блок управления «Борей» - это система управления вентиляторами , имеющая расширенные функции в сравнении со штатной системой.

БУ ЭВСО решит для Вас проблему охлаждения двигателя машины в самых тяжелых условиях. «Борей» гораздо более надежен, чем реле.
БУ ЭВСО может управлять вторым электровентилятором или электропомпой для увеличения теплосъема с радиатора системы охлаждения. Естественно, что для работы «Борея» необходим вентилятор(ы), производительность которого(ых) достаточна для самого тяжелого режима охлаждения двигателя автомобиля.
БУ ЭВСО работает "впараллель" со штатной системой включения вентилятора, ничем не мешая ей. Эти две системы резервируют друг друга, тем самым повышая общую надежность.
БУ ЭВСО обрабатывает и потребности кондиционера автомобиля, включая продув конденсора кондиционера тогда, когда это нужно кондиционеру. Этим ликвидируется необходимость в дополнительном вентиляторе для кондиционера.
БУ ЭВСО подключается к штатному датчику автомобиля, при этом нет необходимости в подборе или калибровке этих датчиков. Температура стабилизации при этом задается самим водителем с помощью очень простой операции (все подробности есть ниже по тексту).

Для каких машин предназначен БУ ЭВСО?

Да, собственно, для всех, где есть электровентилятор. От "Оки" и до "Чероки", от 0.5литров объема двигателя и до 5-8л, в том числе серийно устанавливаются на вездеходах АВТОРОС. В мощных машинах разумно просто использовать два электровентилятора с двумя «Бореями» даже там, где справился бы и один. В расчете на литр объема установка «Борея» на "Чероки" гораздо более дешевое мероприятие, чем на "Оку". При замене вентилятора с вискомуфтой на электровентилятор рекомендуется применить "Борей-К" или "Борей-КВ". Для мощных машин предназначена версия «Борей-КВ1-4» с толстыми проводами сечением 4кв.мм. Для коммерческих машин и грузовиков, где бортовое напряжение составляет 24В, выпускается версия «Борей-КВ24»

Преимущества:

автоматическая настройка температуры стабилизации без участия водителя;
простота перестройки температуры стабилизации;
контроль работы вентилятора системы охлаждения с помощью запрограммированных тестов;
контроль рабочих параметров системы охлаждения при запуске двигателя;
автоматическая защита от перегрузки по току свыше 30 А;
автоматическая защита от короткого замыкания по току свыше 50 А;
легкое встраивание в штатную систему охлаждения;
стабилизация температуры двигателя , а не радиатора;
высокая надежность;
резервирование (штатная система охлаждения остается в качестве дублирующей).
для управления блоком не используются механические кнопки, управление бесконтактное, магнитное.

Преимущества при использовании блока управления вентилятором

снизить расход топлива;
увеличить срок службы (ресурс) двигателя автомобиля;
практически исключить шум от работы вентилятора;
уменьшить электрическую нагрузку на бортовую сеть автомобиля.

Принцип работы блока управления вентилятором

Здесь никакого "открытия Америки" нет. Как и нет гигантского эффекта, он составляет в общем 15-30% по отношению к классической системе управления вентилятором.

Когда с помощью реле, включающего электровентилятор в классической системе, двигатель охлаждается на 10градусов, когда достаточно его охладить на 1градус, лишние 9градусов оказываюся действительно "лишней" работой, которую «Борей» зря не выполняет. Эффект здесь, конечно не в 9 раз, но вдвое выигрыш есть. Выше мы уже писали о том, что вентилятор должен обеспечивать охлаждение ДВС в максимально тяжелом режиме (режиме максимальной мощности). Когда вентилятор в пробке охлаждает двигатель, работающий на 10% своей мощности, ему достаточно и 30% скорости вращения, от большей мощности пользы не будет ().

В целом, именно эффективные алгоритмы работы управления вентилятором позволяют достичь небольшой экономии, но что более важно, позволяют более точно стабилизировать температуру двигателя. Водители, установившие «Борей», обычно говорят: "установил и забыл, а в пробках стрелка температуры стоит, как влитая".

Установка

Доступны для поставки четыре комплекта проводов, различающихся типом применяемого разъема вентилятора и полярностью (для «Борей-А» и «Борей-К»). Силовые провода имеют сечение 2.5кв.мм.

Первый тип с российским разъемом хорош тем, что если он не подходит по "пластмассе" к разъему вентилятора, то контакты можно извлечь из пластмассового корпуса и воткнуть по отдельности в разъем вентилятора, учитывая полярность. В автомобилях разных стран применяют разные разъемы, но внутренний тип контакта почти всегда один (размер 6.3мм), в том числе у вентиляторов "Бош" российского производства, а также "Шеви-Нивы" и "Калины".

Второй комплект проводов с разъемом Packard 12015987 (рисунок справа) подходит по "пластмассе" к большинству импортных вентиляторов, в том числе и вентиляторам "Бош" российского производства, а также к вентиляторам "Шеви-Нивы" и "Калины". Однако разобрать такой разъем уже не получится, контакты внутри специализированные и не подойдут к другому типу разъемов.

Особенности «Борея-КВ4»

Это мощная, более новая модель, она выпущена в 2018году, по программе и настройкам совместимая с «Борей-К». Это модель со впаянными проводами сечением 4кв.мм. Монтируется она аналогично «Борею-КВ», а программируется аналогично «Борею-К».

Повышенная мощность потребовала серьезного изменения внутренней платы. Если предыдущие версии использовали автоматизированный монтаж силовых элементов (первое фото ниже), то эта модель требует их ручного монтажа и пайки, что безусловно увеличивает ее себестоимость.

LED-шкала для индикации скорости вращения вентилятора

Светодиодная шкала "Фотон-1" показывает текущую скорость (мощность) вращения вентилятора. Фактически «Фотон-1» - измеритель среднего напряжения на моторе. "Фотон-3" дополнительно имеет шкалу температуры, показывающую отклонения температуры от точки срабатывания вентилятора.