Информационно-познавательный сайт     Радиоэлектроника 

Зарядные устройства

Автоматическое зарядное устройство с лампами накаливания


 

Меню разделов:
Биология
Радиоэлектроника
Фармация

 

 

 

На рис. 2.122 показана схема автоматического зарядного устройства с лампами накаливания. Устройство имеет защиту от перегрузок, не выдают ток на выход, если батарея подключена не правильно или её совсем нет и выдают импульсы тока после проверки напряжения батареи (если это напряжение ниже нормы).

 

Принципиальная схема автоматического зарядного устройства с лампами накаливания

Рис. 2.122. Принципиальная схема автоматического зарядного устройства с лампами накаливания.

 

В устройстве, лампа HL1 ограничивает потребляемый из сети ток. HL2 и HL3 -лампы, ограничивающие ток подзаряда и заряда, а также сигнализирующие о прохождении этих токов.

Плата автоматики - соединяется двумя проводниками "+" и "корпус" с батареей и выдает сигнал управления по третьему проводнику

Напряжение батареи при правильной полярности её подсоединения через VD3 подводится к блоку автоматики. На резисторах R3 и R5, R6 собран делитель напряжения. Этот делитель питает цепь стабилитрона VD4. При малом напряжении на делителе (низкое напряжение батареи) прецизионный стабилитрон не проводит ток, и транзистор VT2 закрыт (резистор R4 убирает микротоки из цепи коллектора и стабилитрона). Через резистор R2 питается эмиттер транзистора VT1, база которого соединена с корпусом схемы. Этот транзистор включен по не совсем обычной схеме, поэтому рассмотрим его работу детально. При отсутствии минуса на коллекторе этого транзистора эмиттерный ток идет через базовый вывод на "корпус" (батарея через вторичную обмотку Т1 подает на катод тиристора VS1 плюсовое напряжение, которое закрывает по силовой части цепи диод VD1, а по цепи управляющего электрода - диод VD2, таким образом коллектор VT1 не запитывается батареей, а тиристор VS1 включен встречно напряжению батареи). Если в такой ситуации подсоединить устройство к электросети - на вторичной обмотке трансформатора Т1 появится эффективное напряжение около 20 В (максимальное около 30 В). При полярности верхнего вывода "+" на нижнем выводе обмотки будет "—". Пока мгновенное значение напряжения обмотки ниже напряжения батареи относительно общего провода "—", на нижнем выводе обмотки нет отрицательного напряжения. В момент превышения мгновенного напряжения вторичной обмотки напряжения батареи через управляющий электрод VS1 и диод VD2 сложная цепь коллектора VT1 запитывается отрицательным потенциалом - эмиттерный ток VT1 проходит в цепь коллектора. Этот ток, попадая на управляющий электрод тиристора VS2, открывает его, и лампа HL4 оказывается соединенной с корпусом - через эту лампу питается управляющий электрод VS1.

Устанавливается лампа HL4 в этом месте по нескольким соображениям:

- трудно подобрать резистор вместо HL4 так, чтобы тока хватало для запуска мощного тиристора, но VS2 не выходил из строя при обрыве цепей мощного тока через VS1,VD1;

- при нормальной работе лампа HL4 запитывает тиристор VS1 импульсами, после пробоя VS1 напряжение на лампе резко снижается;

- в случае невключения VS1 лампа HL4 ярко светится, её сопротивление повышается, и в цепи тиристора VS2 проходит небольшой ток (детали в аварийном режиме не выходят из строя);

- в случае невключения тиристора VS2 коллекторный ток VT1, который определяется током резистора R2, имеет небольшую величину, поэтому мощность коллекторного тока не может перегреть транзистор;

- при неисправности (пробое) VT1 или ошибки в монтаже его цепей и обрыве силовых цепей VS1 его управляющий электрод не будет выведен из строя - возросшее сопротивление спирали HL4 ограничит ток через управляющий электрод.

После снижения мгновенного напряжения на вторичной обмотке трансформатора ниже напряжения батареи импульс тока прекращается, тиристоры закрываются. Противоположная полуволна напряжения вторичной обмотки прибавляет к напряжению батареи положительный потенциал, поэтому выходные цепи блока автоматически не запитаны, управление тиристорами не осуществляется.

При повторном приходе отрицательной полуволны из вторичной обмотки на цепи тиристоров (выход автоматики) разрешение на прохождение тока будет выдано после проверки величины напряжения батареи. Если напряжение батареи окажется достаточным для открывания стабилитрона VD4, цепь базы транзистора VT2 будет запитана током стабилитрона, транзистор VT2 сможет войти в режим насыщения (для этого выбран транзистор с большим усилением, обеспечен сравнительно большой ток на базу и сравнительно большое сопротивление нагрузки R2). В режиме насыщения коллекторное напряжение VT2 очень маленькое, поэтому эмиттер транзистора VT1 не пропускает ток. В цепи коллектора VT1 проходит только обратный (тепловой) ток. Тиристор VS2 довольно чувствительный, поэтому можно уменьшить сопротивление резистора R1, шунтирующего цепь управляющего электрода, чтобы не было ложных включений.

Проверяют на ложные включения в режиме подзаряда при неправильно подключённой батарее. Если в момент подсоединения к батарее светится HL2, необходимо уменьшить R1 (проверить при подсоединённой сети и при отключённой).

Резистор R5 подбирают для максимального выходного напряжения (режим "ДОЗАРЯДА"), резистор R6 - для обеспечения низшего выходного напряжения (около 13,5 В). Если нужного номинала не окажется в наличии, можно к переменному резистору большего номинала присоединить в параллель постоянный резистор необходимой величины. Радиолюбители, обладающие опытом, могут, установив R6 имеющегося номинала, подобрать R3 и R5 с помощью переменных резисторов

 

Примечание. Сопротивление резистора R3 не должно быть ниже 1 кОм для защиты VD4 и VT2 от перегрузки, поэтому к постоянному резистору R3 = 1 кОм можно добавить при, наладке последовательно включенный переменный резистор сопротивлением 470 Ом. После подбора резисторов и регулировки выходного напряжения в пределах 13,5 ÷ 16 В нужно замерить сопротивления переменных резисторов и заменить их постоянными. Современные цифровые приборы обеспечивают необходимую точность измерений.

Переменный резистор R6 требует особого внимания при монтаже. Во избежание поломок при вращении он должен быть прочным, крупногабаритным, иметь ручку управления малого диаметра. При обрыве этого резистора устройство станет "занижать" выходное напряжение, это можно обнаружить по показаниям вольтметра.

Цепь состоящая из диода VD5 и светодиода HL5 вместе с резистором R7 обеспечивает индикацию обратного подсоединения батареи ("АВАРИЯ").

Такая схема ЗУ должна быть собрана вместе с вольтметром, схема которого будет приведена ниже.

Данная схема использует для заряда одну полуволну переменного тока, что способствует качеству пластин.

Для повышения зарядного тока можно изменить схему согласно рис. 2.123. При этом более эффективно используется мощность силового трансформатора.

Блок автоматики можно применять как тот, что изображён на рис. 2.123, так и тот, что использовался в схеме на рис. 2.122 (изначально его разрабатывали для обеспечения и такого варианта).

 

Принципиальная схема автоматического зарядного устройства

Рис. 2.123. Принципиальная схема автоматического зарядного устройства.

 

Мощные тиристор VS2 и диод VD3 аналогичны деталям второго плеча. Добавленный в выход цепи управления диод VD4 обеспечивает вместе с имеющимся VD2 питание цепи управления того тиристора (или VS1 или VS2), потенциал катода которого ниже.

Правильным является именно такое построение схемы, поскольку нередко в литературе публикуются схемы с управлением двух тиристоров по одному проводу (управляющие электроды соединены в параллель, катоды тоже), причем тиристоры присоединены к выходной обмотке силового трансформатора.

Для повышения надежности схемы последовательно с силовыми тиристорами включают мощные выпрямительные диоды VD1 и VD3. На диодах падает меньшее напряжение, чем на тиристорах, поэтому мощность рассеяния и температура у них оказываются ниже, чем у тиристоров. Тиристор - более сложное устройство, у него меньше надёжность и возможен его пробой.

В инструкции по зарядному устройству обязательно записывают, что заряд производится только под наблюдением владельца. А вот в режиме подзаряда даже при пробое тиристора соединенный с ним диод обеспечивает выпрямление переменного тока. Лампу HL2 "ПОДЗАРЯД" подбирают такой мощности, чтобы за пару недель не произошло заметного перезаряда батареи.

Таким образом, чтобы изготовить долговечное ЗУ, нужно обязательно учитывать и возможности выхода деталей из строя.

В режиме "ПОДЗАРЯД" может светится лампа HL2, которая подпитывает батарею короткими импульсами и не светится, когда все в порядке.

Обратив внимание на вольтметр, можно оценить, что именно неправильно:

- при сниженном напряжении - возрос ток саморазряда батареи либо в гаражах было пропадание сетевого напряжения (нужно зарядить батарею большим током и оценить её дальнейшее поведение);

- при завышенном напряжении следует выяснить конкретнее ситуацию и устранить нарушение.

Напомним, что в данном ЗУ, заменой HL1 можно ограничить максимальный ток заряда. Поэтому и не обязателен амперметр и внимательное слежение за током заряда. Записав на табличке примерные значения токов заряда для ламп HL1 различных мощностей, мы легко можем регулировать процесс заряда, если коммутация переключателями ЗУ нам покажется недостаточной.

В схеме применены лампы ограничения токов заряда HL3, HL4 различных мощностей. Это сделано для того, чтобы можно было выбирать ток заряда несколькими ступенями. Все же нежелательно включение обеих ветвей выпрямления - такая схема имеет меньшую защиту от включения при переполюсовке батареи (при работе двух плеч выпрямления один раз включенный тиристор VS2 не сможет закрыться и батарея будет разряжаться). Исходя из этого соображения желательно в тиристорных схемах выпрямителя ЗУ предусмотреть отключение одного плеча.

На рис. 2.123 приведена схема блока автоматики с улучшенными потребительскими свойствами - в схему включены элементы индикации режима работы - светодиоды HL6, HL8, сигнализирующие о низком напряжении и необходимости заряда (HL6 - "ЗАРЯД") и о достаточном напряжении и прекращении заряда (HL8 - "НОРМА").

Теперь остановимся на вновь введенных элементах.

Для надёжного закрывания транзистора VT1 введены элементы R2, VD5 - это вызвано тем, что напряжения на светодиодах различного цвета свечения неодинаковы, и соединение HL6 и HL8 не равнозначно "прямому" соединению транзисторов VT1, VT2 между собой. На диоде VD5 напряжение составляет доли вольта, а для его лучшей работы (увеличения падения напряжения) введен резистор R2.

Транзистор VT2 применён с большим усилением - это уменьшает требования к резисторам R5, R6, R7 и способствует более точной работе автоматики.

Цепочку делителя напряжения, в которой использован имеющийся переменный резистор R6, настраивают поиному:

- в нижнем положении движка R6 подбираем R5 до срабатывания переключения схемы из одного состояния в другое) при напряжении около 13,5 В;

- в верхнем положении движка R6 подбираем R7 до срабатывания схемы при напряжении 15,5 ÷ 16 В.

Этим диапазоном напряжений ограничивается напряжение заряда батареи: 13,5 В летом - нормальный заряд и до 16 В зимой - " ДОЗАРЯД" аккумулятора.

Схема регулирования подключена к зажимам батареи без диода, здесь использовано свойство включенных встречно светодиодов защищать друг друга от обратного напряжения. При свечении жёлтого или зелёного светодиода напряжение на красном ненамного выше 2 В, при свечении красного (переполюсовка) напряжение на жёлтом и зелёном небольшое, транзисторы не запитаны.

В цепи резисторов делителя напряжения стоит диод VD7. Можно было бы его не использовать (прецизионный стабилитрон содержит внутри корпуса такой диод), но при применении вместо него обычного стабилитрона (Д814Б), транзистор VT2 будет пробит обратным напряжением при переполюсовке аккумуляторной батареи.

Светодиоды для индикации режимов работы ЗУ следует применять лучше с повышенной отдачей света (отечественные не всегда заметны при небольших токах). Увеличивать ток через светодиоды нежелательно - именно этот ток отбирается у батареи при отсутствии напряжения в электросети. С отбором тока от батареи связано и требование присматривать за подзарядом батареи не реже, чем раз в две недели - за такой срок ЗУ не разрядит батарею заметно.

Подобные зарядные устройства с тиристорным выходом обладают неоспоримым преимуществом перед другими схемами - экономичностью и простотой.

Действительно, после подачи открывающего импульса на управляющий электрод тиристора происходит передача импульса тока в нагрузку при малом падении напряжения на полупроводниковом нелинейном элементе. По окончании импульса тока тиристор закрывается. В дальнейшем импульс тока в нагрузку пойдет после команды от блока автоматики.

Однако, нарушение контактов между зажимом "крокодил" зарядного устройства и клеммой батареи может вызвать включение тиристорного ключа, даже если регулятор тока установлен в нулевое положение (это заметно в момент присоединения ЗУ к батарее). А ведь совсем нежелательно давать на выход импульсы в тот момент, когда этого не требуется.

На рис. 2.124 приведена схема зарядного устройства с транзисторным выходом.

Блок автоматики может использоваться тот же, что и на рис. 2.122 и 2.123.

Схему блока вольтметра применённого в этом зарядном устройстве, рекомендуется применять и двух устройствах описанных выше. Таким образом, кроме выбора схем ЗУ предлагаются также варианты соединения фрагментов схем.

Назначение ламп накаливания в схеме рис. 2.124 следующее:

HL1 - 220 В, 60 ÷ 200 Вт - ограничение отбираемого из сети общего тока (как в режиме заряда, так и в случаях превышения сетевым напряжением нормы или КЗ в обмотке трансформатора);

HL2 - 26 В (ток около 0,12 А - подобрать) - лампа перезаряда батареи. Ток HL5 минует регулирующий транзистор и идет к АБ всегда, даже в случае переполюсовки клемм. Ток этой лампы при неверном подсоединении батареи способен её разрядить.

HL3 - 26 В, 5 ÷ 10 Вт - ограничение тока подзаряда, из приведенных значений большая мощность соответствует более мощному или "плохому" аккумулятору, который обладает большим током саморазряда;

HL4 - 12 В, 25 Вт или 24 В, 40 Вт - заряд аккумуляторов мотоциклов, мотороллеров. При большом напряжении вторичной обмотки трансформатора возможно перегорание низковольтной лампы малой мощности, поэтому используется лампа подзаряда с большим напряжением;

HL5 -12 В, 100 Вт - заряд автомобильной батареи. В данном месте низковольтная лампа не перегорит, так как имеет большую мощность рассеяния и массивную спираль - быстрее прогреется HL1 и ограничит величину тока;

 

Принципиальная схема автоматического зарядного устройства

Рис. 2.124. Принципиальная схема автоматического зарядного устройства.

 

Мощность готового силового трансформатора должна быть около 200 Вт (можно применить трансформатор от лампового черно-белого или цветного телевизора с перемотанными вторичными обмотками).

При необходимости заряда (батарея включена правильно, но её напряжение ниже нормы) блок автоматики шунтирует выходную клемму на корпус, отбирая с выхода "минус" (на базу транзистора VT1 подается положительное напряжение). Диод VD4 защищает базу транзистора от обратных напряжений в период наладки и аварийных нарушений схемы.

Резистор R2 необходим для замыкания обратных токов VT1, поскольку транзистор может заметно греться. Для удобства и обеспечения хорошего охлаждения корпус VT1 "посажен" на "массу" устройства, лучшие условия охлаждения будут при его установке на вертикальную стенку ЗУ из цветного металла.

Резистор R1 смягчает импульсы тока через лампы и транзистор и служит для повышения долговечности работы схемы. Желательно, изменив ток нагрузки при включении всех ламп, рассчитать номинал этого резистора так, чтобы он рассеивал почти номинальную мощность. При таком его подборе даже при нарушениях в монтаже перегорание этого резистора может обесточить схему.

Диоды VD2, VD3 служат для выпрямления переменного тока вторичной обмотки трансформатора Т1. Эти диоды подключены не прямо к обмотке, а через лампы накаливания, что уменьшает вероятность перегрузки обмоток в период монтажа или наладки.

При пользовании ЗУ подавать на батарею большой ток можно только под наблюдением владельца. Лучшие результаты получаются при заряде одной полуволной тока (неодинаковые положения SA1 и SA2), паузы в процессе заряда улучшают качество пластин.

Выпрямительные диоды необходимо установить на общем радиаторе для снижения их температуры. Схема подобрана так, чтобы их корпуса были в одной точке. Так как нагрузка диодов неодинакова, установка их на одном общем радиаторе, облегчает режим приборов, особенно при работе одного диода.

Данное устройство (рис. 2.124), несмотря на простоту схемы, на самом деле не очень просто, поэтому в его состав включён независимый вольтметр. При таком выполнении схемы автолюбитель может протестировать устройство в течение нескольких минут. Достаточно в режимах "подзаряд" и "заряд" включить мощные потребители тока (фары) и понаблюдать за работой ЗУ по свечению ламп, а также за изменением в работе устройства и величиной напряжения после отключения мощных потребителей. Если работа устройства согласована с напряжением - все в порядке. Небольшой зарядный ток (слабое свечение ламп) при низком напряжении батареи и сравнительно быстрый заряд могут указывать на неполадки с электролитом или пластинами батареи.

Схема вольтметра, включённого в схему (рис. 2.124), обладает различными возможностями (его можно подключить к ЗУ с самыми разнообразными схемами).

Вольтметр состоит из трех блоков;

- триггерного сигнализатора-разрядника батареи;

- светодиодного сигнализатора неоконченности заряда;

- вольтметра с расширенной шкалой.

Триггерная схема включается при большем напряжении, нагружает батарею током сигнальной лампы и выключается при низком напряжении так, чтобы не "садить" батарею.

Делитель R9, R11 подобран так, чтобы перед завершением процесса заряда (при напряжении на батарее около 14 В) происходило открывание стабилитрона VD7, при этом на базу VT4 поступает открывающий ток. Коллекторный (усиленный) ток VT4 поступает на базу VT5. В результате процесса усиления через лампу HL7 и резистор R14 начинает проходить некоторый ток. Падение напряжения на R14 повышает потенциал средней точки делителя R9, R11 и ток через стабилитрон VD7 увеличивается -оба транзистора входят в насыщение. При этом мощность рассеяния VT4 ограничена резистором R13, а мощность рассеяния VT5 ограничена лампой HL7 (необходимо проверить, что во всём диапазоне напряжений падение напряжения на VT5 не превышает более 2 В).

Подготовленные радиолюбители могут подбором R14 выставить напряжение "закрывания" триггерной схемы. При снижении напряжения на батарее ниже порога включения транзисторы начнут выходить из насыщения, и падение напряжения на R14 уменьшится. В результате этого подводимое к стабилитрону напряжение тоже снизится, и база VT4 получит меньший входной ток (лавинный процесс). Без диода VD8 триггерный эффект проявляется более сильно и требуется тщательный подбор R14 для установки напряжения включения схемы на уровне 12,5 ÷ 13 В. При наличии диода VD8 начальное возрастание тока в цепи транзисторов и R14 вызывает резкое открывание схемы (сопротивление R14 сравнительно велико), а в дальнейшем, независимо от номинала R14 напряжение на нём не может превысить 0,6 ÷ 0,8 В.

Учитывая соотношение плеч делителя напряжения R9, R11, такая "прибавка" напряжения соответствует диапазону изменения напряжения батареи около 1 вольта.

Если последовательно диоду VD8 установить дополнительный диод, это увеличит интервал напряжений включения/выключения триггера ещё на 1 вольт.

Интервал напряжений выбирают из следующих соображений:

1. Включение триггерной схемы сигнализации разряда должно происходить немного ранее, чем завершится процесс заряда батареи, чтобы в моменты пауз зарядного тока нагружать батарею, отбирая от нее некоторый ток (в схеме указаны варианты установки ламп для батарей различной емкости);

2. Выключение схемы сигнализации разряда преследует цель не разрядить батарею при отключении сети или нарушениях в схеме ЗУ. Ясно, что процесс десуль-фатации неплохо бы проводить и при низких напряжениях батареи, но в случае неправильных действий владельца (включение устройства в режим "подзаряд" и монтаж в схеме вольтметра мощной лампы HL7) батарея может быть разряжена до низкого напряжения.

Если порог включения схемы соответствует не слишком низкому напряжению, то в зависимости от режима зарядного устройства и величины разрядного тока вольтметра возможны различные варианты процесса заряда:

- при мощном ЗУ и небольшой мощности разрядной лампы вольтметра при некотором напряжении включится триггерная схема вольтметра, и процесс заряда продолжится в режиме десульфатации (работают ЗУ и вольтметр). Так как устройство более мощное, процесс заряда завершится. Но вольтметр будет продолжать разрядку батареи, поэтому зарядному устройству придется периодически "добавлять" импульсы тока в батарею. В таком режиме батарея будет оставаться заряженной, происходит её тренировка.

- при маломощном ЗУ (режим "подзаряд") при некотором напряжении включится триггерная схема вольтметра, которая нагрузит батарею сравнительно большим током, напряжение батареи начнет снижаться. При достижении напряжением батареи порога включения триггера разряд прекращается (вольтметр не допускает сильного падения напряжения), а заряд небольшим током продолжается, поэтому напряжение батареи начинает снова возрастать. При таком соотношении токов заряда и разряда тренировочные циклы становятся более чёткими, но готовность батареи не всегда одинакова.

Вольтметр с расширенной шкалой собран на базе микроамперметра PV1 и подборочного резистора R10. В связи с тем что диапазон шкалы ограничен сверху, настраивать вольтметр необходимо не по верхнему пределу, а по напряжению на участке линейной шкалы. Сначала нужно тестером установить напряжение, до которого на зажимах батареи потенциал средней точки делителя растет без включения триггера (триггерная схема уже настроена ранее), а после этого подобрать R10 так, чтобы 12 или 13 В на шкале вольтметра соответствовали такому же напряжению батареи. При работе триггера шкала нашего вольтметра будет неточно отображать напряжение, но лампа HL7 ярким свечением "подскажет", что напряжение сравнительно большое.

При выключенном триггере светится светодиод HL8 жёлтого цвета, сигнализирующий о необходимости ждать завершения заряда (подобно сигналу светофора). Поскольку в любом случае имеется световая сигнализация, то в данном вольтметре отсутствует лампа переполюсовки батареи.

Лампа HL7 имеет следующие параметры:

- 24 В 10 Вт, при включении зарядного устройства в режим "ЗАРЯД АВТО";

- 24 В 0,12 А, при включении зарядного устройства в режим "ЗАРЯД МОТО".

 

Предыдущая страница Следующая страница

 

 


© Сайт защищён авторскими правами.

 

Рейтинг@Mail.ru