Автоматическое зарядное устройство для автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов

  Данная схема позволяет автоматически заряжать автомобильные аккумуляторы. Зарядный ток через батарею в зависимости от напряжения на ней (прикладываемого к Б-Э переходу VT1), регулируется транзистором VT1, коллекторным напряжением которого управляется индикатор заряда на светодиоде (по мере зарядки ток заряда уменьшается и светодиод постепенно гаснет) и мощный составной транзистор, содержащий VT2, VT3, VT4.

  Резистор R3 ограничивает максимальный зарядный ток, поэтому он должен быть достаточно мощным, не менее 10 Вт, наверное лучше проволочным. Момент полного заряда батареи (и уменьшение зарядного тока до нуля) определяет необходимое напряжение на ней - обычно достаточно 12,5 В. Этот порог устанавливается резистором R1, порог зависит от типа применяемых транзисторов. Исследование схемы при помощи EWB 5.0 показало, что при реальных транзисторах порог в 12,5 В получается при R1 = 3,9кОм.

Зарядное устройство 2

  Устройство в условиях хранения аккумулятора в зимнее время позволяет автоматически включать его на зарядку при снижении напряжения и также автоматически выключать зарядку при достижении напряжения, соответствующего полностью заряженному аккумулятору. Схема обеспечивает два режима работы — ручной и автоматический. В ручном режиме работы тумблер SA1 находится во включенном состоянии. После включения тумблера Q1 напряжение сети поступает на первичную обмотку трансформатора Т1 и загорается индикаторная лампочка HL1. Переключателем SA2 устанавливается необходимый ток зарядки, который контролируется амперметром РА1. Напряжение контролируется вольтметром PU1. Работа схемы автоматики на процесс зарядки в ручном режиме не влияет.

  В автоматическом режиме тумблер SA1 разомкнут. Если напряжение аккумуляторной батареи меньше 14,5 В, напряжение на выводах стабилитрона VD5 получается меньше, чем необходимо для его отпирания, и транзисторы VT1, VT2 заперты. Реле К1 обесточено и его контакты К1.1 и К1.2 замкнуты. Первичная обмотка трансформатора Т1 подключена к сети через контакты реле К1.1. Контакты реле К1.2 замыкают переменный резистор R3. Происходит зарядка аккумуляторной батареи. При достижении напряжения на аккумуляторе 14,5 В стабилитрон VD5 начинает проводить ток, что приводит к отпиранию транзистора VT1, а следовательно, и транзистора VT2. Срабатывает реле и контактами К1.1 выключает питание выпрямителя. Благодаря размыканию контактов К1.2 в цепь делителя напряжения включается дополнительный резистор R3. Это приводит к увеличению напряжения на стабилитроне, который теперь остается в проводящем состоянии даже после того, как напряжение на аккумуляторной батарее окажется меньше 14,5 В. Зарядка аккумулятора прекращается и наступает режим хранения, в процессе которого происходит медленный саморазряд. В этом режиме схема автоматики получает питание от аккумуляторной батареи. Стабилитрон VD5 перестанет пропускать ток только после того, как напряжение аккумуляторной батареи понизится до 12,9 В. Тогда вновь запрутся транзисторы VT1 и VT2, реле обесточится и контактами К1.1 включит питание выпрямителя. Вновь начнется зарядка аккумулятора. Контакты К1.2 также замкнутся, напряжение на стабилитроне дополнительно понизится, и он начнет пропускать ток только после того, как напряжение на аккумуляторе увеличится до 14,5 В, то есть когда аккумулятор будет полностью заряжен.

  Настройка узла автоматики зарядного устройства производится следующим образом. Соединитель ХР1 к сети не подключается. К соединителю ХР2 вместо аккумуляторной батареи присоединяется стабилизированный источник постоянного тока с регулируемым выходным напряжением, которое устанавливается по вольтметру, равным 14,5 В. Движок переменного резистора R3 устанавливается в нижнее по схеме положение, а движок переменного резистора R4 — верхнее по схеме положение. При этом транзисторы должны быть заперты, а реле обесточено. Медленно вращая ось переменного резистора R4, нужно добиться срабатывания реле. Затем на клеммах соединителя Х2 устанавливается напряжение 12,9 В и медленным вращением оси переменного резистора R3 нужно добиться отпускания реле. В связи с тем что при отпускании реле резистор R3 замыкается контактами К1.2, эти регулировки оказываются независимыми одна от другой. Сопротивления резисторов делителя напряжения R2—R5 рассчитаны таким образом, что срабатывание и отпускание реле должны происходить соответственно при напряжениях 14,5 и 12,9 В в средних положениях переменных резисторов R3 и R4. Если необходимы другие значения напряжений срабатывания и отпускания .реле, а пределов регулировки переменными резисторами окажется недостаточно, придется подобрать сопротивления постоянных резисторов R2 и R5. Реле - любого типа с двумя группами размыкающих или переключающих контактов, надежно работающее при напряжении 12 В. Можно, например, использовать реле РСМ-3 паспорт РФ4.500.035П1 или РЭС6 паспорт РФО.452.125Д.

Зарядное устройство 3

  Простейшее зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей, как правило, состоит из понижающего трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке двухполупериодного выпрямителя [1]. Последовательно с батареей включают мощный реостат для установки необходимого зарядного тока. Однако такая конструкция получается очень громоздкой и излишне энергоемкой, а другое способы регулирования зарядного тока обычно ее существенно усложняют.

  В промышленных зарядных устройствах для выпрямления зарядного тока и изменения его значения иногда применяют тринисторы КУ202Г. Здесь следует заметить, что прямое напряжение на включенных тринисторах при большом зарядном токе может достигать 1,5 В. Из-за этого они сильно нагреваются, а по паспорту температура корпуса тринистора не должна превышать +85°С. В таких устройствах приходится принимать меры по ограничению и температурной стабилизации зарядного тока, что приводит к дальнейшему их усложнению и удорожанию. Описываемое ниже сравнительно простое зарядное устройство имеет широкие пределы регулирования зарядного тока - практически от нуля до 10 А - и может быть использовано для зарядки различных стартерных батарей аккумуляторов на напряжение 12 В.

  В основу устройства (см. схему) положен симисторный регулятор, опубликованный в [2], с дополнительно введенными маломощным диодным мостом VD1 - VD4 и резисторами R3 и R5. После подключения устройства к сети при плюсовом ее полупериоде (плюс на верхнем по схеме проводе) начинает заряжаться конденсатор С2 через резистор R3, диод VD1 и последовательно соединенные резисторы R1 и R2. При минусовом полупериоде сети этот конденсатор заряжается через те же резисторы R2 и R1, диод VD2 и резистор R5. В обоих случаях конденсатор заряжается до одного и того же напряжения, меняется только полярность зарядки. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порога зажигания неоновой лампы HL1, она зажигается и конденсатор быстро разряжается через лампу и управляющий электрод сммистора VS1. При этом симистор открывается. В конце полупериода симистор закрывается. Описанный процесс повторяется в каждом полупериоде сети. Общеизвестно, например из [1], что управление тиристором посредством короткого импульса имеет тот недостаток, что при индуктивной или высокоомной активной нагрузке анодный ток прибора может не успеть достигнуть значения тока удержания за время действия управляющего импульса. Одной из мер по устранению этого недостатка является включение параллельно нагрузке резистора.

  В описываемом зарядном устройстве после включения симистора VS1 его основной ток протекает не только через первичную обмотку трансформатора Т1, но и через один из резисторов - R3 или R5, которые в зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения поочередно подключаются параллельно первичной обмотке трансформатора диодами VD4 и VD3 соответственно. Этой же цели служит и мощный резистор R6, являющийся нагрузкой выпрямителя VD5, VD6. Резистор R6, кроме того, формирует импульсы разрядного тока, которые, как утверждает [З], продлевают срок службы батареи.

  Основным узлом устройства является трансформатор Т1. Его можно изготовить на базе лабораторного трансформатора ЛАТР-2М, изолировав его обмотку (она будет первичной) тремя слоями лакоткани и намотав вторичную обмотку, состоящую из 80 витков изолированного медного провода сечением не менее 3 мм², с отводом от середины. Трансформатор и выпрямитель можно заимствовать также из источника питания, опубликованного в [4]. При самостоятельном изготовлении трансформатора можно воспользоваться методикой расчета, изложенной в [5]; в этом случае задаются напряжением на вторичной обмотке 20 В при токе 10 А.

  Конденсаторы С1 и С2 - МБМ или другие на напряжение не менее 400 и 160 В соответственно. Резисторы R1 и R2 -СП 1-1 и СПЗ-45 соответственно. Диоды VD1-VD4 - Д226, Д226Б или КД105Б. Неоновая лампа HL1 - ИН-3, ИН-ЗА; очень желательно применять лампу с одинаковыми по конструкции и размерам электродами - это обеспечит симметричность импульсов тока через первичную обмотку трансформатора. Диоды КД202А можно заменить на любые из этой серии, а также на Д242, Д242А или другие со средним прямим тоном не менее 5 А. Диод размещают на дюралюминиевой теплоотводящей пластине с полезной площадью поверхности. рассеяния не менее 120 см². Симистор также следует укрепить на тсплоотводящей пластине примерно вдвое меньшей площади поверхности. Резистор R6 - ПЭВ-10; его можно заменить пятью параллельно соединенными резисторами МЛТ-2 сопротивлением 110 Ом. Устройство собирают в прочной коробке из изоляционного материала (фанеры, текстолита и т.п.). В верхней ее стенке и в дне следует просверлить вентиляционные отверстия. Размещение деталей в коробке - произвольное. Резистор R1 ("Зарядный ток") монтируют на лицевой панели, к ручке прикрепляют небольшую стрелку, а под ней - шкалу. Цепи, несущие нагрузочный ток, необходимо выполнять проводом марки МГШВ сечением 2,5...3 мм².

  При налаживании устройства сначала устанавливают требуемый предел зарядного тока (но не более 10 А) резистором R2. Для этого к выходу устройства через амперметр на 10 А подключают батарею аккумуляторов, строго соблюдая полярность. Движок резистора R1 переводят в. крайнее верхнее по схеме положение, резистора R2 - в крайнее нижнее, и включают устройство в сеть. Перемещая движок резистора R2, устанавливают необходимое значение максимального зарядного тока. Заключительная операция - калибровка шкалы резистора R1 в амперах по образцовому амперметру.

  В процессе зарядки ток через батарею изменяется, уменьшаясь к концу примерно на 20%. Поэтому перед зарядкой устанавливают начальный ток батареи несколько большим номинального значения (примерно на 10%). Окончание зарядки оправляют по плотности электролита или вольтметром - напряжение отключенной батареи должно быть в пределах 13,8...14,2 В.

  Вместо резистора R6 можно установить лампу накаливания на напряжение 12 В мощностью около 10 Вт, разместив ее снаружи корпуса. Она индицировала бы подключение зарядного устройства к аккумуляторной батарее и одновременно, освещала бы рабочее место.

ЛИТЕРАТУРА
1. Энергетическая электроника. Справочное пособие под ред. В.А.Лабунцова - 1987. с.280. 281, 426,427
2. Фомин В. Симисториый регулятор мощности. - Радио, 1981, №7, с.63
3. Здрок А. Г. Выпрямительные устройства стабилизации напряжения и заряда аккумуляторов - М.: Энергоатомиздат, 1988
4. Гвоздицкий Г. Источник питания повышенной мощности.-Радио, 1992, №4, с.43-44
5. Николаев Ю. Самодельный блок питания? Нет ничто проще. - Радио, 1992, №4. с. 53,54