Транзистор для систем зажигания

В предыдущей статье подробно рассказано о классической схеме системы зажигания, так называемой контактной. Идеальной её не назовешь, главной болезнью её является подгорание и быстрый износ контактов прерывателя. Она побудила инженеров продолжить разработки новых конструкций и новым шагом стала контактно транзисторная система зажигания.

Проблемы контактных систем и способы их решения

Освежим в памяти принцип работы классической схемы зажигания, чтобы понять, что в ней ненадёжно.

При повороте ключа в замке на катушку зажигания подаётся низкое напряжение сначала от аккумулятора, а потом и от бортовой сети.

Для того чтобы в силу вступили законы физики, и во вторичной обмотке катушки появилось высокое напряжение, достаточное для образования искры, прерыватель разрывает низковольтную цепь.

В это же время распределитель подключает контакты с высоким напряжением, идущие к нужной свече.

На первый взгляд всё просто и ломаться тут особо нечему. Но реальность сложнее – постоянное размыкание и замыкание контактных групп, коммутирующих катушку, приводит к их подгоранию из-за появляющегося в эти моменты импульса тока, а также износу.

Это и является главной проблемой классической схемы. Помимо этого, развитие самих моторов: увеличение их мощности, количества цилиндров и оборотов, сделало её применение очень сложным, а порой и невозможным.

Контактно транзисторная система зажигания. Что придумали инженеры?

Контактно транзисторная система зажигания, о которой мы сегодня говорим, лишена одного из основных недостатков своего предшественника – подгорания контактов прерывателя.

Решена эта проблема была радикально – нет больших токов на контактах, нет обгорания.

Для этого в цепи схемы появился новый узел, так называемый коммутатор, основу которого составляет полупроводниковый транзистор.

Он позволяет управлять большими токами при помощи малых. Для этого транзистор имеет три контакта – база, эмиттер, коллектор. Прикладывая к первым двум небольшой управляющий ток, можно управлять цепью коллектор эмиттер, где значение тока может быть в десятки раз больше.

Данное свойство и позволило избежать подгорания контактов.

Как устроена система с транзистором?

С теоретической частью мы закончили, теперь давайте еще раз пробежимся по чертежам выше и более детально посмотрим на устройство контактно транзисторной системы зажигания.

В принципе, как вы уже поняли, кардинальных отличий от более ранней контактной схемы не очень много. Основными составными частями являются:

От классической схемы отличается только наличием коммутатора.

Данный узел представляет собой блок, внутри которого, помимо силового транзистора находится ещё ряд элементов, защищающих его от бросков обратного тока, и прочие дополнительные детали.

Главное предназначение данного узла – управление током, проходящим через низковольтную обмотку катушки зажигания.

Прерыватель в этом случае управляет током базы транзистора, который в свою очередь подключает и отключает катушку зажигания, где токи гораздо выше и опаснее для механических контактов. В остальном алгоритм работы такой же, как и в простой контактной системе.

Плюсы и минусы

Неужели контактно транзисторная система зажигания отличается от классической схемы только отсутствием подгорающих контактов? И ради этого стоило городить огород с коммутатором?

На самом деле есть у этой системы и другие преимущества, а именно:

  • появилась возможность увеличить ток первичной обмотки катушки зажигания, а значит и во вторичной он увеличится, и как следствие, станет больше напряжение на свечах;
  • большее напряжение позволит увеличить зазор между контактами свечи, а это сделает её долговечней;
  • данная система зажигания позволяет повысить обороты мотора и его мощность;
  • работа мотора становиться устойчивее, благодаря улучшенному искрообразованию.

В целом контактно транзисторная система зажигания имеет хороший ресурс, долговечна и довольно надёжна, хотя и она не лишена недостатков.

К примеру, зависимость тока низковольтной обмотки катушки от тока базы транзистора, который, в свою очередь, может меняться в зависимости от состояния контактов прерывателя.

Ну что ж, коллеги-автолюбители, в заключение можно сделать вывод, что схема, ставшая героем этой статьи, является шагом вперёд по сравнению со старыми классическими вариантами, но и она далека от того, чтобы именоваться совершенной.

По большому счёту, контактно транзисторная система зажигания принцип работы которой мы попытались объяснить мало чем отличается от простой контактной. То ли дело бесконтактные технологии зажигания, и о них мы поговорим в следующей статье, не пропустите!

Работа контактно транзисторной системы основана на использовании полупроводниковых приборов. Преимущества контактно транзисторной системыпо сравнению с батарейной системой зажигания следующие :

  • через контакты прерывателя проходит небольшой ток управления транзистора, а не ток (до 8 А) первичной обмотки катушки зажигания (исключается эрозия и износ контактов).
  • Возрастает ток высокого напряжения и энергия искрового разряда (это позволяет увеличить зазор между электродами свечи зажигания, приводит к облегчению пуска двигателя, делает двигатель экономичнее).
Читайте также:  Как определить плотность куба

Для начала давайте разберемся,

Что такое транзистор

Транзистор — это трехэлектродный прибор, изменяющий сопротивление от нескольких сот омов (транзистор закрыт) до нескольких долей ома (транзистор открыт).

Имея малое сопротивление во включенном состоянии и очень большое сопротивление в выключенном состоянии, транзистор вполне удовлетворяет требованиям предъявляемым к переключающим элементам. В контактно-транзисторной системе зажигания транзистор работает в режиме переключения (режим ключа).

Устройство контактно транзисторной системы ЗИЛ-130

Схема устройства контактно-транзисторной системы зажигания двигателя ЗИЛ-130 (стрелками указана цепь высокого напряжения) :

а – расположение выводов на транзисторном коммутаторе ; б – общая схема системы зажигания ; 1 – транзисторный коммутатор ТК 102 ; 2 — резисторы ; 3 – блок защиты транзистора ; 4 – первичная обмотка ; 5 – катушка зажигания ; 6 – вторичная обмотка ; 7 – свечи зажигания ; 8 — крышка ; 9 – ротор с электродом ; 10 – распределитель зажигания ; 11 – подвижный контакт ; 12 – неподвижный контакт ; 13 – кулачок прерывателя ; 14 – добавочные резисторы СЭ 117 ; 15 – выключатель добавочного резистора ; 16 — АКБ ; 17 – выключатель зажигания ; 18 — стабилитрон ; 19 — диод ; 20 – импульсный трансформатор ; 21 – германиевый транзистор ; К, Б, Э – электроды транзистора (коллектор, база, эмиттер).

Контактно транзисторная система ЗИЛ-130 состоит из транзисторного коммутатора1, катушки зажигания 5, свечей зажигания 7, распределителя 10, добавочных резисторов 14, выключателя 15 добавочного резистора, АКБ 16 и выключателя зажигания 17.

Катушка зажигания Б114 – маслонаполненная, выполнена по трансформаторной схеме, т.е. ее первичная и вторичная обмотки не соединены между собой и между ними существует только магнитная связь. Первичная обмотка катушки зажигания имеет два вывода, расположенные на карболитовой крышке. Один вывод обозначен буквой К, другой не имеет обозначения. Один вывод вторичной обмотки присоединен к корпусу, а другой соединен с проводом высокого напряжения, укрепленным в центральном отверстии крышки катушки зажигания. При установке катушки зажигания ее надежно соединяют с массой так, чтобы не было зазоров.

Добавочные резисторы СЭ 107 , выполненные в виде двух спиралей, установлены в отдельном кожухе и имеют три вывода : ВК-Б, ВК и К. Спирали изготовлены из константановой проволоки, сопротивление которой при нагреве не изменяется, и в первичной обмотке катушки зажигания поддерживается постоянное напряжение.

Транзисторный коммутатор ТК 102 состоит из транзистора 21, импульсного трансформатора 20 и блока 3 защиты транзистора. В блок защиты входят резисторы 2, диод 19, стабилитрон 18 и конденсатор.

Все приборы коммутатора размещены в алюминиевом корпусе, имеющем ребра для лучшего отвода теплоты. У транзисторного коммутатора есть четыре вывода, обозначенные М, К, Р, и один без обозначения. Вывод М надежно соединяют с массой автомобиля многожильным неизолированным проводом, вывод К с концом первичной обмотки катушки зажигания, вывод без обозначения – со вторым концом первичной обмотки катушки зажигания, Р с подвижным контактом прерывателя.

Как работает контактно-транзисторная система зажигания?

Если выключатель зажигания 17 включен, а контакты прерывателя разомкнуты, то транзистор 21 заперт, так как нет тока в его цепи управления, т.е. в переходе эмиттер – база. Ток не проходит и между эмиттером и коллектором на массу, так как сопротивление этого перехода очень большое. При замыкании контактов прерывателя в цепи управления транзистора (эмиттер-база) проходит ток, в результате транзистор открывается. Сила тока управления невелика около (0,8 А) и уменьшается до 0,3 А с увеличением частоты вращения кулачка прерывателя. В контактно-транзисторной системе зажигания имеются две цепи низкого напряжения : цепь управления транзистора и цепь рабочего тока.

Цепь управления транзистора : положительный вывод АКБ 16 – выключатель зажигания 17 – выводы ВК-Б и К добавочных резисторов 14 – первичная обмотка 4 катушки зажигания 5 – вывод транзисторного коммутатора 1 – электроды перехода эмиттер – база транзистора 21 – первичная обмотка импульсного трансформатора 20 – вывод Р – контакты 11 и 12 прерывателя – масса – отрицательный вывод АКБ. При прохождении тока управления транзистора через переход эмиттер-база значительно уменьшается сопротивление эмиттер-коллектор, и транзистор открывается, включая цепь рабочего тока (7-8 А).

Цепь рабочего тока низкого напряжения

Положительный вывод АКБ 16 – выключатель зажигания 17 – выводы ВК-Б и К добавочных резисторов 14 – первичная обмотка 4 катушки зажигания 5 – вывод транзисторного коммутатора 1 – электроды перехода эмиттер-коллектор транзистора 21 – вывод М – масса – отрицательный вывод АКБ. При размыкании контактов прерывателя прекращается ток в цепи управления транзистора и значительно возрастает его сопротивление. Транзистор закрывается, выключая цепь рабочего тока низкого напряжения. Магнитный поток изменяющегося поля пересекает витки катушки зажигания, индуктируя во вторичной обмотке ЭДС, в результате чего возникает высокое напряжение (около 30000 В), а в первичной обмотке ЭДС самоиндукции (около 80-100 В).

Читайте также:  Ремонт кровли состав работ

Цепь высокого напряжения

Вторичная обмотка 6 катушки зажигания 5 ротор 9 распределителя 10 – свечи зажигания 7 ( в соответствии с порядком работы двигателя) – масса – вторичная обмотка 6 катушки зажигания 5.

Импульсный трансформатор необходим для быстрого запирания транзистора. При размыкании контактов прерывателя во вторичной обмотке импульсного трансформатора индуктируется ЭДС самоиндукции, направление которой противоположно направлению рабочего тока на переходе база-эмиттер. Благодаря этому быстро исчезает магнитное поле и ток в первичной обмотке 4 катушки зажигания 5. Диод 19 и стабилитрон 18 в прямом направлении – мимо первичной обмотки катушки зажигания.

Необходимо помнить, что контакты прерывателя пропускают и прерывают только силу тока управления транзистора 0,3-0,8 А. Если на них попало масло, образовалась масляная пленка или слой окиси, то ток управления транзистора не сможет пройти через контакты. Поэтому контакты прерывателя промывают бензином и следят за тем, чтобы они всегда были чистыми.

Я в электронике что то среднее между овощем и нормальным понимающим человеком.
Собственно вопрос:
Имеются IGP30N60H3, 1 катушка бсз и 1 цилиндр, батарея 12v.
Вопрос в том, как это подключить и надо ли еще что нибудь?

Впрос исключительно по схеме, вопроса купи что то готовое не вариант и не обсуждается.
Катушка и транзюка уже куплены и лежат прямо перед лицом.

Смотрите также

Комментарии 70

Катушка бсз требует ограничения тока, делается это коммутатором. Иначе будет перегревается первичная обмотка. Либо фиксированное время коммутации. Транзистор зашунтировать диодом.

Если вопрос только в силовой части схемы, то верхняя будет самая простая и надёжная, добавить ваистор, для защиты транзистора и конденсатор на 400 вольт, 0,17-0.35 микрофарады, и подбери время задержки выключения геркона, это нужно для накопления энергии в системе колебательного контура катушка-конденсатор. всё должно за работать. По крайней мере на контактных трамблёрах работает.

Можешь пожалуйста между чем и чем стабилитрон вешать? И какой(на какие параметры обратить внимание при выборе)?

Варистор выбирается на треть меньше максимального импульсного напряжения транзистора, для того чтоб защитить его от выбросов ЭДС самоиндукции, конденсатор тоже для этого служит, плюс конденсатор необходим чтоб увеличить энергию искры, в паре с катушкой они образуют колебательный контур, что продлевает время горения искры… сейчас попробую найти тему где подробно расписано.

Кондер между + и минусом катушки? Не в разрыв параллельно транзюку?

Кондер между + и минусом катушки? Не в разрыв параллельно транзюку?

конденсатор параллельно катушке, а варистор параллельно эмиттеру и коллектору транзистора.

Опять же варистор будет принимать на себя напругу в пару киловольт, если не десятков киловольт, нормальное напряжение 12в, т.е. в принципе все что 24+ вольта должно работать как надо, но не жахнет ли стабилитрон? На какую силу тока брать?
en.tdk.eu/inf/70/db/var_1…/SIOV_Leaded_StandarD.pdf

конденсатор параллельно катушке, а варистор параллельно эмиттеру и коллектору транзистора.

И не проще ли поставить диод в обратной полярности в шунт транзистора?

Он будет съедать львиную долю энергии катушки, которая могла бы пойти на искру. Что на высоких(эт уже от твоей элементной базы зависит) будет давать слабую искру, пропуски и т.д.

При этом не забывай про перегрев катушки на малых оборотах, если долго будешь подавать на неё ток…

Стенд на фанерке собери, поиграйся. Посмотри как ведёт себя искра. Я лет так 18 назад на мотоцикл делал себе электронное зажигание на микроконтроллере. Пока зима была, на столе собирал и тестировал… искра была не мощной даже на вид, что я только не делал с обвязкой(диоды/резюки/кондёры), что не делал с алгоритмом… управлял полевиком в режиме ключа с контроллера.
На выходе херня получалась объективно.
Поставил вместо транзистора блок зажигания автомобильный и всё. искра была на 1см между проводниками и пару листов бумаги прожигала. А свой контроллер для управления моментом/фазой так и оставил перед коммутатором.

Смысла не понимаю изобретать велосипед, если есть специализированные детали(уж не бери ты вазовский коммутатор, но микросхему заиспользуй с обвязкой из даташита). Люди деньги не малые получили за разработку этой вещи и используют(-овали) её все автопроизводители не от лени своей, а по причине того, что это рабочий вариант.

Вот по сути схема готового коммутатора, за непосредственно катушку отвечает кусок из одного биполярника, остальное это обработка сигнала с датчика для микросхемы.
про что вы мне говорите?

Читайте также:  Нашивка своими руками мастер класс

Он будет съедать львиную долю энергии катушки, которая могла бы пойти на искру. Что на высоких(эт уже от твоей элементной базы зависит) будет давать слабую искру, пропуски и т.д.

При этом не забывай про перегрев катушки на малых оборотах, если долго будешь подавать на неё ток…

Стенд на фанерке собери, поиграйся. Посмотри как ведёт себя искра. Я лет так 18 назад на мотоцикл делал себе электронное зажигание на микроконтроллере. Пока зима была, на столе собирал и тестировал… искра была не мощной даже на вид, что я только не делал с обвязкой(диоды/резюки/кондёры), что не делал с алгоритмом… управлял полевиком в режиме ключа с контроллера.
На выходе херня получалась объективно.
Поставил вместо транзистора блок зажигания автомобильный и всё. искра была на 1см между проводниками и пару листов бумаги прожигала. А свой контроллер для управления моментом/фазой так и оставил перед коммутатором.

Смысла не понимаю изобретать велосипед, если есть специализированные детали(уж не бери ты вазовский коммутатор, но микросхему заиспользуй с обвязкой из даташита). Люди деньги не малые получили за разработку этой вещи и используют(-овали) её все автопроизводители не от лени своей, а по причине того, что это рабочий вариант.

И не проще ли поставить диод в обратной полярности в шунт транзистора?

ММожно и диод, но транзисторы IGBT, зачастую содержат встроенную защиту, а варистор, скорее как аварийный, в случае выхода из строя конденсатора. Напряжение ЭДС самоиндукции первичной обмотки, которое будет воздействовать на транзистор, будет около 500 вольт, и часть его будет гасит конденсатор. Ни о каких паре киловольт речи быть не может. И заметь, в стандартной схеме коммутатора в цепи транзистора стоит токоограничивающий резистор, именно он, ограничивает ток катушки.

Хмм, может менять тогда напряжение на катушку в зависимости от оборотов?

Кто-то ставил преобразователь напряжения, на катушку, увеличивал до 35 вольт, не помню сейчас, и найти пока не смог.

Не знаю как у Вас там все устроено по механике самого прерывателя, а в жигулях все работает так…
1. На один конец катушки все время подается "+".
2. В момент смыкания контактов прерывателя через этот самый прерыватель на второй конец катушки подается "-", и в КАТУШКЕ начинает накапливаться энергия (не в конденсаторе!).
3. В момент разрыва контактов прерывателя, вся энергия катушки выдается через вторичную обмотку на свечу.

Примечание. Конденсатор там исключительно чтобы погасить толи дребезг контактов толи искру между ними. (склоняюсь к дребезгу). В транзисторных коммутаторах тот же конденсатор но уже по другому подключенный используется для ограничения высоковольтного выброса по первичной обмотке катушки чтобы транзистор не пробило по напряжению.

Советую освоить программу LTSpice, очень классный симулятор для импульсных схем.

Юзаю multisim workbench на том же спайсе.

Не знаю как у Вас там все устроено по механике самого прерывателя, а в жигулях все работает так…
1. На один конец катушки все время подается "+".
2. В момент смыкания контактов прерывателя через этот самый прерыватель на второй конец катушки подается "-", и в КАТУШКЕ начинает накапливаться энергия (не в конденсаторе!).
3. В момент разрыва контактов прерывателя, вся энергия катушки выдается через вторичную обмотку на свечу.

Примечание. Конденсатор там исключительно чтобы погасить толи дребезг контактов толи искру между ними. (склоняюсь к дребезгу). В транзисторных коммутаторах тот же конденсатор но уже по другому подключенный используется для ограничения высоковольтного выброса по первичной обмотке катушки чтобы транзистор не пробило по напряжению.

Советую освоить программу LTSpice, очень классный симулятор для импульсных схем.

По сути как и в жигулях, но требуется уйти от распределителя зажигания.

Не знаю как у Вас там все устроено по механике самого прерывателя, а в жигулях все работает так…
1. На один конец катушки все время подается "+".
2. В момент смыкания контактов прерывателя через этот самый прерыватель на второй конец катушки подается "-", и в КАТУШКЕ начинает накапливаться энергия (не в конденсаторе!).
3. В момент разрыва контактов прерывателя, вся энергия катушки выдается через вторичную обмотку на свечу.

Примечание. Конденсатор там исключительно чтобы погасить толи дребезг контактов толи искру между ними. (склоняюсь к дребезгу). В транзисторных коммутаторах тот же конденсатор но уже по другому подключенный используется для ограничения высоковольтного выброса по первичной обмотке катушки чтобы транзистор не пробило по напряжению.

Советую освоить программу LTSpice, очень классный симулятор для импульсных схем.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *