Дотримання режиму експлуатації акумуляторних батарей, зокрема режиму заряджання, гарантує їх безвідмовну роботу протягом усього терміну служби. Заряджання акумуляторних батарей роблять струмом, значення якого можна визначити за формулою
де I – середній зарядний струм, А., а Q – паспортна електрична ємність акумуляторної батареї, А-ч.
Класичний зарядний пристрій автомобільного акумулятора складається з понижуючого трансформатора, випрямляча і регулятора струму зарядки. Як регулятори струму застосовують дротяні реостати (див. рис. 1) і транзисторні стабілізатори струму.
В обох випадках на цих елементах виділяється значна теплова потужність, що знижує ККД зарядного пристрою та збільшує ймовірність виходу його з ладу.
Для регулювання зарядного струму можна використовувати магазин конденсаторів, що включаються послідовно з первинною (мережевою) обмоткою трансформатора і виконують функцію реактивних опорів, що гасять надмірну напругу мережі. Спрощена такого пристрою наведена на рис. 2.
У цій схемі теплова (активна) потужність виділяється лише на діодах VD1-VD4 випрямного мосту та трансформаторі, тому нагрівання пристрою незначне.
Недоліком на Мал. 2 є необхідність забезпечити напругу на вторинній обмотці трансформатора у півтора рази більше, ніж Номінальну напругунавантаження (~ 18÷20В).
Схема зарядного пристрою, що забезпечує заряджання 12-вольтових акумуляторних батарей струмом до 15 А, причому струм зарядки можна змінювати від 1 до 15 А ступенями через 1 А, наведена на Мал. 3.
Передбачена можливість автоматичного вимкнення пристрою, коли батарея повністю зарядиться. Воно не боїться короткочасних коротких замиканьв ланцюзі навантаження та обривів у ній.
Вимикачами Q1 - Q4 можна підключати різні комбінації конденсаторів і цим регулювати струм зарядки.
Змінним резистором R4 встановлюють поріг спрацьовування К2, яке повинне спрацьовувати при напрузі на затискачах акумулятора, що дорівнює напрузі повністю зарядженої батареї.
Рис. 4 представлена ще одного зарядного пристрою, в якому струм заряджання плавно регулюється від нуля до максимального значення.
Зміна струму в навантаженні досягається регулюванням кута відкривання тріністора VS1. Вузол регулювання виконаний на перехідному транзисторі VT1. Значення цього струму визначається положенням движка змінного резистора R5. Максимальний струм заряду акумулятора 10А встановлюється амперметром. пристрою забезпечено з боку мережі та навантаження запобіжниками F1 та F2.
Варіант друкованої плати зарядного пристрою (див. рис. 4) розміром 60х75 мм наведено на наступному малюнку:
У схемі на рис. 4 вторинна обмотка трансформатора повинна бути розрахована на струм, втричі більший зарядного струму, і відповідно потужність трансформатора також повинна бути втричі більша за потужність, що споживається акумулятором.
Ця обставина є істотним недоліком зарядних пристроїв з регулятором струму триністором (тиристором).
Примітка:
Діоди випрямного містка VD1-VD4 та тиристор VS1 необхідно встановити на радіатори.
Значно знизити втрати потужності в триністорі, а отже, підвищити ККД зарядного пристрою можна, регулюючий елемент перенести з ланцюга вторинної обмотки трансформатора ланцюг первинної обмотки. такого пристрою показано на рис. 5.
У схемі Мал. 5 регулюючий вузол аналогічний застосованому в попередньому варіанті пристрою. Триністор VS1 включений у діагональ випрямного мосту VD1 – VD4. Оскільки струм первинної обмотки трансформатора приблизно в 10 разів менший заряду струму, на діодах VD1-VD4 і триністорі VS1 виділяється відносно невелика теплова потужність і вони не вимагають установки на радіатори. Крім того, застосування тріністора в ланцюзі первинної обмотки трансформатора дозволило дещо покращити форму кривої зарядного струму і знизити значення коефіцієнта форми кривої струму (що також призводить до підвищення ККД зарядного пристрою). До нестачі цього зарядного пристрою слід віднести гальванічну зв'язок з мережею елементів вузла регулювання, що необхідно враховувати при розробці конструктивного виконання (наприклад, використовувати резистор змінний з пластмасовою віссю).
Варіант друкованої плати зарядного пристрою на малюнку 5, розміром 60х75 мм наведено на малюнку нижче:
Примітка:
Діоди випрямного містка VD5-VD8 необхідно встановити на радіатори.
У зарядному пристрої на малюнку 5 діодний місток VD1-VD4 типу КЦ402 або КЦ405 з літерами А, Б, В. Стабілітрон VD3 типу КС518, КС522, КС524, або складений з двох однакових стабілітронів із сумарною напругою стабілізації 18К4 , КС510 та ін.). Транзистор VT1 одноперехідний, типу КТ117А, Б, В, Г. Діодний місток VD5-VD8 складається з діодів, з робочим струмом не менше 10 ампер(Д242÷Д247 та ін.). Діоди встановлюються на радіатори площею не менше 200 кв.см, а радіатори сильно нагріватимуться, в корпус зарядного пристрою можна встановити вентилятор для обдування.
Рано чи пізно, але зарядний пристрій для акумуляторів починає потрібно кожному автолюбителю. З приходом морозів я теж задумався про неї. Акумулятори старі стали, заряд тримати погано почали, а позичати зарядку у знайомих набридло. Покатався містом, подивився що пропонується з неавтоматичного з можливістю регулювання зарядного струму до 10А. Подивився, обдурів від цін і вирішив як завжди сам зачарувати цей пристрій.
Для реалізації вибрав схему зарядного тиристорного пристрою. Просто, надійно, перевірено купою народу. Впевнений, що пристрої зібрані за цією схемою вже бували в цій спільноті.
Ось мій варіант виконання.
На роль корпусу і силового трансформатора друг, який працює сисадміном, підігнав безперебійник, що віджив своє століття, від комп'ютера на 24-х вольтових акумуляторах. Як вимикач та за сумісництвом запобіжника поставив мережевий автомат на 6А
Трансформатор залишився без будь-яких переробок, на штатному місці. Тиристор поставив на радіатор, який прикрутив через ізолюючі прокладки до корпусу.
Плату управління тиристором зробив із фольгованого бакеліту, напаяв детальки та прикрутив на штатні бобишки, на яких раніше була плата безперебійника. Встала як рідна
Як випрямляча використана діодна збірка KBPC5010. Вибрана за компактність та зручність монтажу при більш ніж відповідних характеристиках. Змонтував її прямо на корпус через термопасту.
Амперметр та змінний резистор врізав у передню пластикову кришку
У передній кришці було 5 світлодіодів. Викидати їх я не став і вирішив увімкнути їх у ланцюг. Для живлення використав середній висновок трансформатора, тобто живлю їх від джерела змінної напруги. Для захисту їх від зворотного струму один зі світлодіодів підключив паралельно до інших, але зі зворотною полярністю. Коротше якось так:
Фото з мережі
Як дроти до клем використовував кабель КГ 2х1,5. Два такі кабелі пройшли в отвір від вимикача безперебійника врівень
Клеми використовував звичайні, латунні. Польові випробування показали, що тиристор та діодний міст майже не гріються, за відчуттям градусів 42-45 максимум. Тому сьогодні все остаточно зібрав, підключив і відправив у повноцінну експлуатацію
Підсумок:
Загальні видатки виготовлення цього пристрою становлять близько 900-970 рублів. У цю ціну входять купівля комплектуючих (деяких у кількості більшій, ніж потрібно) і розхідників, які я завжди беру із запасом. Фактична ж собівартість перебуває у районі 480-520 рублів. Для порівняння, пристрої, що продаються з подібними характеристиками і можливостями у нас в місті коштують від 1800 р. і вище. Тож економія вийшла непогана, як мені здається. До того ж відчуття, коли щось зроблене своїми руками починає працювати – безцінно.
Пристрій з електронним керуванням зарядним струмом, виконаний на основі тиристорного фазоімпульсного регулятора потужності. Воно не містить дефіцитних деталей, при свідомо справних елементах не потребує налагодження.
Зарядний пристрійдозволяє заряджати автомобільні акумуляторні батареї струмом від 0 до 10 А, а також може бути регульованим джерелом живлення для потужного низьковольтного паяльника, вулканізатора, переносної лампи. Зарядний струм формою близький до імпульсному, який, як вважається, сприяє продовженню терміну служби батареї. Пристрій працездатний при температурі навколишнього середовища - від 35 °С до + 35 °С.
Схема пристрою показано на рис. 2.60.
Зарядний пристрій є тиристорним регулятором потужності з фазоімпульсним управлінням, що живиться від обмотки II понижуючого трансформатора Т1 через діодний moctVDI + VD4.
Вузол керування тиристором виконаний на аналогу одноперехідного транзистора VT1, VT2 Час, протягом якого конденсатор С2 заряджається до перемикання одноперехідного транзистора, можна регулювати змінним резистором R1. При крайньому правому за схемою положенні його двигуна зарядний струм буде максимальним, і навпаки.
Діод VD5 захищає керуючий ланцюг тиристора VS1 від зворотної напруги, що виникає при включенні тиристора.
Зарядний пристрій надалі можна доповнити різними автоматичними вузлами (відключення після закінчення зарядки, підтримання нормальної напруги батареї при тривалому її зберіганні, сигналізації про правильну полярність підключення батареї, захист від замикань виходу тощо).
До недоліків пристрою можна віднести коливання зарядного струму при нестабільному напрузі електроосвітлювальної мережі.
Як і всі подібні тиристорні фазоімпульсні регулятори, пристрій створює перешкоди радіоприйому. Для боротьби з ними слід передбачити мережевий LC-фільтр, аналогічний застосовуваному імпульсних мережевих блоках живлення.
Конденсатор С2 – К73-11, ємністю від 0,47 до 1 мкФ, або. К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А замінимо на КТ361Б - КТ361Е, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж - KT50IK, а КТ315Л - на КТ315Б + КТ315Д КТ310Б КТ3Д00 КТ310Б КТ3Д00 Д226 з будь-яким буквеним індексом.
Змінний резистор R1 – СП-1, СПЗ-30а або СПО-1.
Амперметр РА1 - будь-який постійного струмузі шкалою на 10 А. Його можна виготовити самостійно з будь-якого міліамперметра, підібравши шунт за зразковим амперметром.
Запобіжник F1 – плавкий, але зручно використовувати і мережевий автомат на 10 А або автомобільний біметалічний на такий самий струм.
Діоди VD1 + VP4 можуть бути будь-якими на прямий струм 10 А та зворотну напругу не менше 50 В (серії Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).
Діоди випрямляча і тиристор встановлюють на тепловідведення, кожен корисною площею близько 100 см2. Для покращення теплового контакту приладів із тепловідведеннями бажано використовувати теплопровідні пасти.
Замість тиристора. КУ202В підійдуть КУ202Г – КУ202Е; перевірено практично, що пристрій нормально працює з більш потужними тиристорами Т-160, Т-250.
Слід зазначити, що як тепловідведення тиристора можна використовувати безпосередньо металеву стінку кожуха. Тоді, щоправда, на корпусі буде мінусовий висновок пристрою, що взагалі небажано через небезпеку випадкових замикань вихідного плюсового дроту на корпус. Якщо кріпити тиристор через прокладку, небезпеки замикання не буде, але погіршиться віддача тепла від нього.
У пристрої може бути використаний готовий мережевий трансформатор, що понижує необхідної потужності з напругою вторинної обмотки від 18 до 22 В.
Якщо у трансформатора напруга на вторинній обмотці більше 18, резистор R5 слід замінити іншим, більшого опору (наприклад, при 24...26 В опір резистора слід збільшити до 200 Ом).
У випадку, коли вторинна обмотка трансформатора має відведення від середини, або є дві однакові обмотки і напруга кожної знаходиться в зазначених межах, то випрямляч краще виконати за стандартною схемою двонапівперіодної на двох діодах.
При напрузі вторинної обмотки 28...36 можна взагалі відмовитися від випрямляча - його роль одночасно гратиме тиристор VS1 (випрямлення - однополуперіодне). Для такого варіанта блоку живлення необхідно між резистором R5 і плюсовим проводом включити діод діод КД105Б або Д226 з будь-яким буквеним індексом (катодом до резистора R5). Вибір тиристора в такій схемі буде обмежений - підійдуть лише ті, які допускають роботу під зворотною напругою (наприклад, КУ202Е).
:Зазвичай підзарядка акумулятора в транспортному засобівідбувається під час роботи генератора. Однак, при тривалому простої автомобіля, на морозі або при наявності несправностей батарея може розрядитися настільки, що стає не здатною забезпечити струм, необхідний для запуску двигуна. І тут на допомогу приходить зарядний пристрій автомобільного акумулятора. Однак вартість зарядного пристрою сильно "б'є" по кишені, тому я вирішив сам зібрати зарядний пристрій. Воно дозволяє заряджати акумуляторні батареї струмом від 0 до 10А, а також може служити регульованим джерелом живлення для потужного низьковольтного паяльника, вулканізатора, переносної лампи, пристрої для різання пінопласту, автомобільного насоса-компресора для підкачування коліс. Пристрій не містить дефіцитних деталей та при справних елементах не потребує налагодження. Для даної схеми використаний мережевий понижувальний трансформатор ТС270-1 (видертий зі старого лампового телевізора) з напругою вторинної обмотки 17В. Без внесення змін підійде будь-якийз напругою на вторинній обмотці від 17 до 22В. Корпус використаний від блоку керування станції катодного захисту газопроводу КСС-600 (охолодження у корпусі природне). У цьому зарядному пристрої є можливість, за необхідності, встановити схему для зарядки малогабаритних акумуляторів (типу Д-0.55С та ін). При цьому контроль зарядного струму здійснюється встановленим міліамперметром.
Принципову схему пристрою показано на фото нижче.
Принципова схема пристрою
Вона є традиційним триністорним регулятором потужності з фазоімпульсним управлінням, що живиться від обмотки II понижуючого трансформатора Т1 через діодний міст VD1-4. Вузол керування триністором виконаний на аналогу одноперехідного транзистора VT1, VT2. Час, протягом якого конденсатор С1 заряджається до перемикання, можна регулювати змінним резистором R1. При крайньому правому за схемою положенні його двигуна зарядний струм буде максимальним, і навпаки. Діод VD5 захищає керуючий ланцюг тріністора від зворотної напруги, що виникає при включенні тріністора VS1. Друкована плата пристрою та монтажна плата на фото нижче.
Друкована плата
Монтажна плата
Якщо у готового трансформатора, що використовується, на вторинній обмотці більше 17В, резистор R5 слід замінити іншим, більшого опору (наприклад, при 24...26В до 200Ом). У випадку, коли вторинна обмотка має відведення від середини, або є дві однакові обмотки і напруга кожної знаходиться в зазначених межах, то випрямляч краще виконати за стандартною двонапівперіодною схемою на двох діодах.
А при складанні випрямляча точно за схемою підійдуть такі деталі:
С1 – К73-11, ємністю від 0,47 до 1мкФ, а також К73-16, К42У-2, МБГП.
Діоди VD1 - VD4 можуть бути будь-якими на прямий струм 10А і зворотну напругу не менше 50В (це серії Д242, КД203, КД210, КД213).
Замість тріністора Т10-25 підійдуть КУ202В – КУ202Е; перевірено практично, що пристрій нормально працює і з потужнішими триністорами Т-160, Т-250 (У разі це Т10-25).
Транзистор КТ361А замінимо на КТ361Б - КТ361Е, КТ3107, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж - КТ501К, а КТ315А - КТ315Б - КТ315Д, КТ312Б, КТ31
Замість діода КД105Б підійдуть діоди КД105В, КД105 чи Д226 з будь-яким буквеним індексом.
Змінний резистор R1 – СП-1, СП3-30а або СПО-1.
Амперметр РА1 - будь-якого постійного струму зі шкалою на 10А або виготовити самому з будь-якого міліамперметра, підібравши до нього шунт.
Вольтметр РV1 - будь-який постійний струм зі шкалою на 16Вольт.
Запобіжник FU1 – плавкий на 3А, FU2 – плавкий на 10А.
Діоди та триністор необхідно встановити на тепловідведення, кожен корисною площею близько 100см². Для покращення теплового контакту даних деталей із тепловідведеннями бажано використовувати теплопровідні пасти.
Більше фото можна переглянути в моєму блозі
Більш сучасна конструкція дещо простіше у виготовленні та налаштуванні та містить доступний силовий трансформатор з однією вторинною обмоткою, А регулювальні характеристики вищі, ніж у попередньої схеми.
Пропонований пристрій має стабільне плавне регулювання діючого значення вихідного струму в межах 0,1...6А, що дозволяє заряджати будь-які акумулятори, а не лише автомобільні. При зарядці малопотужних акумуляторів бажано послідовно до ланцюга включити баластовий резистор опором кілька Ом або дросель, т.к. пікове значення зарядного струму може бути досить великим через особливості роботи тиристорних регуляторів. З метою зменшення пікового значення струму зарядки у таких схемах зазвичай застосовують силові трансформаториз обмеженою потужністю, що не перевищує 80 - 100 Вт і м'якою характеристикою навантаження, що дозволяє обійтися без додаткового баластового опору або дроселя. Особливістю запропонованої схеми є незвичайне використання широко розповсюдженої мікросхеми TL494 (KIA494, К1114УЕ4). Генератор мікросхеми, що задає, працює на низькій частоті і синхронізований з напівхвилями мережевої напругиза допомогою вузла на оптроні U1 та транзисторі VT1, що дозволило використовувати мікросхему TL494 для фазового регулювання вихідного струму. Мікросхема містить два компаратори, один з яких використовується для регулювання вихідного струму, а другий використовується для обмеження вихідної напруги, що дозволяє відключити зарядний струм після досягнення на акумуляторі напруги повної зарядки (для автомобільних акумуляторів Uмах = 14,8 В). На ОУ DA2 зібрано вузол підсилювача напруги шунта для регулювання струму зарядки. При використанні шунта R14 з іншим опором буде потрібно підбір резистора R15. Опір має бути таким, щоб за максимального вихідного струму не спостерігалося насичення вихідного каскаду ОУ. Чим більший опір R15, тим менший мінімальний вихідний струм, але зменшується і максимальний струмрахунок насичення ОУ. Резистором R10 обмежують верхню межу вихідного струму. Основна частина схеми зібрана на друкованій платі розміром 85 х 30 мм (див. рисунок).
Конденсатор С7 напаяний прямо на друкарські провідники. Креслення друкованої плати в натуральну величину.
Як вимірювальний прилад використаний мікроамперметр з саморобною шкалою, калібрування показань якого проводиться резисторами R16 і R19. Можна використовувати цифровий вимірювач струму та напруги, як показано у схемі зарядного з цифровою індикацією. Слід мати на увазі, що вимірювання вихідного струму таким приладом проводиться з великою похибкою через його імпульсний характер, але в більшості випадків це несуттєво. У схемі можна використовувати будь-які доступні транзисторні оптрони, наприклад АОТ127, АОТ128. Операційний підсилювач DA2 можна замінити практично будь-яким доступним ОУ, а конденсатор С6 може бути виключений, якщо ОУ має внутрішню частотну корекцію. Транзистор VT1 можна замінити на КТ315 або на будь-який малопотужний. Як VT2 можна використовувати транзистори КТ814, Г; КТ817В, Г та інші. Як тиристор VS1 може використовуватися будь-який доступний з відповідними технічними характеристикаминаприклад, вітчизняний КУ202, імпортні 2N6504...09, C122(A1) та інші. Діодний міст VD7 можна зібрати з доступних силових діодів з відповідними характеристиками.
На другому малюнку показано схему зовнішніх підключень друкованої плати. Налагодження пристрою зводиться до підбору опору R15 під конкретний шунт, в якості якого можна застосувати будь-які дротяні резистори опором 0,02 ... 0,2 Ом, потужність яких достатня для тривалого струму до 6 А. Після налаштування схеми підбирають R16, R19 під конкретний вимірювальний прилад та шкалу.