Радіо Схеми - Зарядні пристрої для акумуляторів
Дотримання режиму експлуатації акумуляторних батарей, зокрема режиму заряджання, гарантує їх безвідмовну роботу протягом усього терміну служби. Зарядку акумуляторних батарей виробляють цілком певним струмом, значення якого можна визначити за формулою I = 0,1 Q для кислотних і I = 0,25 Q для лужних акумуляторних батарей, де Q - електрична паспортна ємність акумуляторної батареї, А-ч; I - середній зарядний струм А.
Закінчення зарядки кислотної акумуляторної батареї визначають за такими ознаками: напруга на кожному акумуляторі досягає 2,5. 2,6; густина електроліту досягає певного значення і більше не змінюється; відбувається рясна газовиділення - електроліт "кипить"; електрична ємність, повідомлена батареї, на 15. 20% більше від ємності, відданої в процесі розрядки.
Кислотні акумуляторні батареї чутливі до недозарядки та перезарядки, тому їх зарядку треба закінчувати своєчасно.
Лужні акумулятори менш критичні до режиму експлуатації. Їх закінчення зарядки характеризується встановленням кожному акумуляторі напруги 1,6. 1,7 і повідомленням батареї 150. 160% ємності, відданої нею в процесі розрядки. Зарядний пристрій зазвичай складається з понижуючого трансформатора, випрямляча та регулятора струму заряджання. Як регулятори струму зазвичай використовують дротяні реостати та транзисторні стабілізатори струму. В обох випадках на цих елементах виділяється значна теплова потужність, що знижує ККД
зарядного пристрою і збільшує ймовірність виходу його з ладу. Для регулювання зарядного струму можна використовувати магазин конденсаторів, що включаються послідовник з первинної (мережевий)обмоткою трансформатора і виконують функцію реактивних опорів, що гасять надмірну напругу мережі. Спрощена схема такого пристрою наведена на рис. 75. У ньому теплова (активна) потужність виділяється лише на діодах VD1-VD4 випрямного мосту та трансформаторі, тому нагрівання пристрою незначне. Струм заряджання акумулятора GB1 підтримується на певному рівні. У процесі заряджання напруга на батареї збільшується, а струм, що тече через неї, прагне зменшитися. Але при цьому зростає наведений опір первинної обмотки трансформатора Т1, напруга на ній збільшується, у результаті струм через батарею GB1 змінюється незначно.
Як показують розрахунки, найбільше значення струму через акумуляторну батарею при заданій ємності конденсатора С1 буде при рівні падіння напруги на цьому конденсаторі і первинній обмотці трансформатора. Первинну обміжку розраховують на повну напругу мережі для більшої надійності пристрою та можливості застосування готових понижуючих трансформаторів, вторинну обмотку - на напругу, в півтора рази більшу, ніж номінальна напруга навантаження.
Відповідно до цих рекомендацій та розрахунків було зібрано пристрій, що забезпечує зарядку 12-вольтових акумуляторних батарей струмом до 15 А, причому струм зарядки можна змінювати від 1 до 15 А ступенями через 1 А. Передбачена можливість автоматичного вимикання пристрою, коли батарея повністю зарядиться. Воно не боїться короткочасних коротких замикань у ланцюзі навантаження та урвищ у ній.
Схема цього пристрою наведено на рис. 76. Магазин конденсаторів складається з конденсаторів С1-С4 сумарна ємність яких становить 37,5 мкФ. Вимикачами Q1-Q4 можна підключати різні комбінації конденсаторів і цимрегулювати струм заряджання. Наприклад, для струму зарядки, що дорівнює 11 А, необхідно замкнути контакти вимикачів Ql, Q2 та Q4.
Розглянемо роботу пристрою. Припустимо, що до гнізда XS1 і XS2 підключена акумуляторна батарея і вимикачами Q1-Q4 встановлено необхідний зарядний струм. В цьому випадку при натисканні
кнопки SB1 "Пуск" спрацює реле К1, контактами К1.1 воно заблокує кнопку SB1, а контактами К1.2 підключить до батареї, що заряджається, ланцюг автоматичного відключення пристрою. Контакти До 1.2 необхідні для того, щоб батарея не розряджалася після відключення пристрою від мережі через діод VD6 та резистори R3-R5.
Змінним резистором R4 встановлюють поріг спрацьовування реле К2 (воно має спрацьовувати при напрузі на гніздах XS1 і XS2, що дорівнює напруги повністю зарядженої батареї). Коли напруга батареї досягне заданого значення, відкриються стабілітрон VD8 та транзистор VT2. Спрацює реле К2, яке контактами К2.1 знеструмить обмотку реле К1, а воно, відпускаючи, контактами К 1.1 розірве ланцюг живлення пристрою. При порушенні контакту в ланцюзі навантаження напруга на гніздах XS1 і XS2 різко зросте, через що спрацює реле К2 і відключить пристрій від мережі.
Аварійне відключення пристрою відбувається за будь-якого положення двигуна змінного резистора R4. Але такі випадки небажані так як протягом часу спрацьовування реле К2 і відпускання реле К1 конденсатори С1-С4 будуть перебувати під підвищеною напругою (що перевищує мережеве). Тому зарядний пристрій слід вмикати до мережі лише після того, як акумуляторна батарея під'єднана до вихідних гнізд. При короткому замиканні ланцюга навантаження струм через гнізда XS1 і XS2 дещо збільшується, але для пристрою це не небезпечно.
Усі постійні резистори пристрою – типу МЛТ-0,5;змінний резистор R4 – типу СП-1. Замість транзистора КТ801А (VT1) можна застосувати КТ603, КТ608, КТ815 з будь-якими літерними
індексами замість транзистора КТ315Б (VT2)-KT315, КТ312, КТ503, КТ601-КТ603 з будь-якими літерами. Вимірювальні прилади РА1 та PU1 - типу М5-2, розраховані відповідно на струм 30 А та напруга 30 В. Реле К1 - типу РС-13 (паспорт РС4.523.029), його контакти К 1.1 - паралельно з'єднані три групи контактів. Можливе застосування реле типу МКУ-48, розрахованого на змінну напругу 220 В. У цьому випадку потреба у діоді VD1 та конденсаторі С5 відпадає. Реле К2 – типу РЕМ-22 (паспорт РФ4.500.129). Діоди Д305 двонапівперіодного випрямляча встановлені на радіаторі з поверхнею охолодження 300 см, від радіатора вони електрично ізольовані слюдяними прокладками. Радіатор кріпиться до шасі з дюралюмінію, яке є продовженням радіатора.
Замість діодів Д305 можна застосувати Д214, Д242, але в цьому випадку в три-чотири рази зростає теплова потужність, що розсіюється на них, тому розміри радіатора доведеться збільшити. Конденсатори С1-С4 складені із паралельно з'єднаних конденсаторів КБГ-МН, МБГЧ, МБГО, МБГП, МБМ відповідних ємностей. Номінальна напруга конденсаторів КБГ-МН і МБГЧ, розрахованих на роботу в ланцюгах змінного струму, повинна бути не менше ніж 350 В, всіх інших типів конденсаторів - не менше ніж 600 В. Конденсатори С5-С7 - типів К50-3, К50-6, вимикачі Ql -Q4-THna ТВ2-1-2 або ТП1-2, кнопка SB1 – КП1, КМ1-1, П2К.
Мережевий трансформатор Т1 виконаний на магнітопроводі IUJI32x40. Обмотка I містить 670 витків дроту ПЕВ-1 0,9, обмотка II - 75 витків дроту ПЕВ-2 2,26. Намотування вторинної обмотки ведуть у два дроти. ,
Як корпус зарядного пристрою можна використовувати металеву коробкурозмірами 360х220х220 мм, просвердливши в її стінках отвори для вільної циркуляції повітря.
Налагодження змонтованого пристрою зводиться до підбору шунта амперметра РА1 на струм 30 А та добору ємностей конденсаторів С1-С4, що забезпечують необхідні зарядні струми.
При зарядці 12-вольтових акумуляторних батарей струмом 15 А ККД пристрою досягає 75%, а температура всередині корпусу після 10 год безперервної роботи не піднімається вище 40°С.
Такий пристрій можна застосовувати і для заряджання акумуляторних батарей з напругою менше 12 В, наприклад, 6-вольтових мотоциклетних. Але тоді написи у вимикачів Q1-Q4 не відповідатимуть фактичним значенням зарядних струмів. Фактичний зарядний струм у разі не повинен перевищувати 15 А.
Цей зарядний пристрій можна доповнити вимірювачем заряду, повідомленого акумулятором. Принцип роботи такого вимірника
заряду може бути заснований на перетворенні напруги на частоту (схеми перетворювачів "напруга-частота" нерідко наводяться в журналі "Радіо"). Напругу слід знімати з резистора невеликого опору (0,05…0,1 Ом) включеного в ланцюг зарядки акумулятора. За наявності цифрового лічильника заряду нескладно забезпечити автоматичне вимкнення пристрою від мережі при повідомленні батареї заданого заряду. Можна також доповнити зарядний пристрій реле часу, щоб вимкнення акумулятора забезпечувалося автоматично через заданий час. Тривалість заряджання при цьому розраховують виходячи з ємності, яку необхідно повідомити акумулятору, та значення струму заряджання. Особливо зручно використовувати заряд у тих випадках, коли акумулятор розряджений до напруги 10,5 В (для 12-вольтного акумулятора), при цьому вважається, що акумулятору слід повідомити в процесізарядки 105. 110% його номінальної ємності.
На рис. 77 представлена схема 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 VT2. Часовий конденсатор С1 заряджається колекторним струмом транзистора VT1. Значення цього струму визначається положенням движка змінного резистора R3. Чим більше струм, тим швидше заряджається конденсатор С1 до напруги відкриття транзистора VT2, тим раніше відкривається триністор VS1, тим більше середнє значення струму через акумуляторну батарею. Отже, зарядний струм регулюється поворотом двигуна змінного резистора R3. Напруга на цей резистор надходить від підключеної до гнізда XS1 акумуляторної батареї. Щоб виключити залежність зарядного
струму від напруги на акумуляторній батареї, напруга на змінному резистори R3 стабілізовано стабілітроном VD6.
Живлення бази транзистора VT1 частиною напруги акумуляторної батареї дозволило забезпечити ефективний захист зарядного пристрою від неправильної полярності підключення акумуляторної батареї до гнізд XS1, тобто від переполюсування. При перепо-совке діод VD7 виявиться включеним у зворотному напрямку, напруга на базі транзистора VT1 буде відсутня, конденсатор С1 не буде заряджатися і струм у навантаженні дорівнюватиме нулю. Аналогічне явище спостерігатиметься і в тому випадку, якщо до гнізд XS1 підключено навантаження, що не має власної ЕРС, а також акумулятор з напругою менше 4.5 В.
Для вимірювання сили зарядного струму використаний мікроамперметр РА1 із шунтом із резисторів R7, R8. Захист пристрою забезпечено з боку мережіта навантаження запобіжниками FU1 та FU2.
Налагодження зарядного пристрою нескладне. Підключивши акумуляторну батарею з номінальною напругою 12 В і подавши мережеву напругу вимикачем Q1, переміщають двигун змінного резистора R3 в нижнє за схемою положення і підбором резистора R2 встановлюють струм у навантаженні, що відповідає максимальному значенню (5). За допомогою резистора R8 встановлюють межу вимірювання струму приладом РА1 - повне відхилення стрілки приладу має відповідати струму 10 А.
На рис. 78 показані часові діаграми роботи обох описаних зарядних пристроїв. Струм заряду протікає через акуму