Автоматические устройства для зарядки аккумуляторов

Описываемые устройства предназначены дли зарядки батарей аккумуляторов емкостью до 100 А.ч. Известно, что зарядка аккумуляторов большими токами снижает срок их службы, уменьшает емкость. Зарядка же малыми токами вреда не приносит, но занимает много времени. Заряжая кислотные аккумуляторы, особое внимание следует уделять своевременности окончания процесса зарядки.

При эксплуатации аккумуляторных батарей иногда стараются передать им двух-трехкратный заряд по сравнению с номинальным путем увеличения длительности зарядки. Но это, как показала практика, увеличивает толщину активного слоя на положительных пластинах и ускоряет их разрушение. Нормальным принято считать передачу аккумулятору при зарядке 115-120% израсходованного заряда. Признаками окончания процесса зарядки являются газовыделение на обоих электродах, установление постоянного напряжение 2,5 В на одном элементе и постоянной плотности электролита.

Зарядное устройство, принципиальная схема которого показана на рис. 1, позволяет в широких пределах плавно регулировать зарядный ток, что дает возможность заряжать аккумуляторные батареи самых различных типов. Оно работает в двух режимах - ручном "Руч." и автоматическом "Авт.". Нужный режим работы устанавливают переключателем SA1.


В ручном режиме работы узел автоматического выключения обесточен контактами переключателя SA1. Второй парой контактов этого переключателя соединена цепь питания фазоимпульсного узла управления тринистором, собранного на транзисторах VT1 и VT2. Плавное регулирование фазы открывания тринистора, а соответственно и зарядного тока осуществляют переменным резистором R3.

В автоматическом режиме устройство самостоятельно выключается по окончании зарядки батареи аккумуляторов. Узел автоматического выключения собран на транзисторах VT3, VT4, стабилитроне VD11 и реле К1. Перед началом зарядки аккумулятора переменным резистором R11 необходимо установить напряжение, при котором устройство должно выключаться после зарядки аккумулятора. Для этого при отключенном аккумуляторе устройство включают в сеть и в автоматическом режиме работы нажимают на кнопку SB1, предварительно установив подвижный контакт переменного резистора R11 в нижнее (по схеме) положение. Переключатель SA2 устанавливают в положение измерения напряжения "U" и вращением ручки переменного резистора R3 повышают выходное напряжение до величины заряженного аккумулятора. Затем медленно вращают ручку переменного резистора R11 до положения, при котором устройство выключается. После этого подключают аккумуляторную батарею в соответствии с указанной полярностью, включают зарядное устройство нажатием на кнопку SB1 и устанавливают нужный ток зарядки ручкой резистора R3.

Для предотвращения перегрева обмотки реле при повышенном вторичном напряжении в узле автоматического выключения использован резистор R7 и диод VD12, которые образуют отрицательную обратную связь по току, способствующую поддержанию постоянного значения напряжения на обмотке реле. Стабилизация напряжения происходит, если падение напряжения на резисторе R7 достигает 1,2 В. При этом открывается диод VD12 и образуется дополнительная цепь тока через базовую цепь транзистора VT4, который приоткрывается, а транзистор VT3 призакрывается, поддерживая заданное напряжение на реле К1. Если падение напряжения на резисторе R7 меньше 1,2 В, диод VD12 и транзистор VT4 закрыты, а транзистор VT3 полностью открыт. В этом случае вторичное напряжение полностью прикладывается к обмотке реле.

Для зарядного устройства можно использовать промышленный накальный трансформатор, например ТН-61 127/220-50, соединив три вторичные обмотки последовательно, или изготовить его из трансформатора питания телевизора мощностью 180-230 Вт. Для переделки трансформатора необходимо смотать все вторичные обмотки, оставив только первичную и намотать вторичную обмотку проводом ПЭВ-2 диаметром 2,5 мм. Вторичная обмотка должна содержать 8% витков от числа витков сетевой обмотки. Если число витков первичной обмотки неизвестно, его можно рассчитать следующим способом. На первичную обмотку наматывают 30 витков провода диаметром 0,2-0,3 мм. Собирают магнитопровод, трансформатор включают в сеть, и измеряют напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора. Число витков первичной обмотки рассчитывают по формуле: W1=30U1/U2, где W1- число витков первичной обмотки; U1 - напряжение на первичной обмотке; U2 - напряжение на вторичной обмотке. Для расчета указанное число витков и диаметр провод выбраны из соображения уменьшения погрешности измерения из-за падения напряжения на вторичной обмотке.

Транзистор VT1 кремниевый из серии КТ315, КТ312; VT2 - из серии КТ361, КТ203; VT4 -из серии КТ815, КТ817, КТ801. Транзистор VT3 необходимо расположить на небольшом радиаторе. Диоды VD1-VD4 на прямой ток не менее 1 А и обратное напряжение не менее 400 В, диоды VD6-VD9 на прямой ток не менее 10 A, VD10, VD12 - любые кремниевые малой мощности. Диоды VD6-VD9 нужно установить на радиаторы, позволяющие рассеивать мощность 5-7 Вт каждый. Резистор R9 служит токовым шунтом для микроамперметра. Его изготовляют из манганиновой или стальной проволоки диаметром 2... 2,5 мм. Реле К1 на рабочее напряжение 12 В, например РЭС32, паспорт РФ4.500.341 или РЭС-10, паспорт РС4.524.303. Измерительный прибор РАVI рассчитан на ток полного отклонения стрелки не более 1 мА. При использовании измерительного прибора на больший ток сопротивление резистора R9 может значительно отличаться от указанного. Шкала тока в измеритель ном приборе проградуирована на 10 А, шкала напряжения - на 20 В.

Налаживание устройства начинают с фазоимпульсного узла управления: тринистором. Для плавной регулировки зарядного тока подбирают режим транзистора VT2 резистором R2. Диапазон регулирования зарядного тока устанавливают подбором сопротивления резистора R3. В узле автоматического выключения нужно подобрать резистор R7, чтобы при повышении вторичного напряжения ток через реле не превышал номинального. Резистор R9 подбирают по показаниям прибора PAV1 и последовательно включенного с батареей аккумуляторов амперметра постоянного тока с пределом измерения 10 А.

К недостаткам описанного зарядного устройства следует отнести импульсный режим работы трансформатора, что понижает его КПД, а также неудобство установки напряжения автоматического выключения. Этих недостатков не имеет зарядное устройство, принципиальная схема которого изображена на рис. 2. Оно имеет такие же технические характеристики, как и предыдущий прибор. Кроме того, выключенное устройство не пропускает ток от аккумуляторной батареи при случайном подключении ее обратной полярностью.

Прибор состоит из понижающего трансформатора Т1, выпрямителя зарядного тока на диодах VD1, VD2, выпрямителя питания узла управления, фазоимпульсного узла управления тринистором на транзисторах VTl, VT2, тринистора VS1, узла автоматического выключения зарядного тока на транзисторах VT3, VT4 и диодах VD6-VD12 и измерительного узла напряжения и тока на переключателе SA2 и измерительном приборе PAV1.

Регулирование зарядного тока осуществляют переменным резистором R4, который включен в фазосдвигающую цепь узла управления тринистором. В начале каждого полупериода сетевого напряжении конденсатор С1 разряжен, транзисторы VTl, VT2 закрыты, а зарядный ток через батарею аккумуляторов не протекает. В каждом полупериоде напряжении конденсатор С1 заряжается через резисторы Rl, R2, R4 до напряжения, которое поступает на базу транзистора VT1 с делителя R3, R5. При достижении этого напряжения через базовую цепь транзистора VT1 начинает протекать ток, который приводит к. открыванию транзисторов VT1 и VT2. Импульс разрядки конденсатора С1 про ходит по цепи управления тринистора и открывает его, пропуская ток зарядки через батарею аккумуляторов. Тринистор в каждом полупериоде закрывается, как только напряжение на батарее аккумуляторов оказывается большим напряжения, поступающего от трансформатора.

Узел автоматического выключения зарядного тока начинает работать, когда напряжение на батарее аккумуляторов достигает значения, установленного переключателями SA3, SA4. Напряжение срабатывании определяется обратным падением напряжения на стабилитронах VD11, VD12 (около 14 В) и прямым падением напряжения на диодах VD6-VD10 (около 0,6 В на каждом диоде). При достижении напряжения, установленного переключателями SA3, SA4, начинает протекать ток через резистор R12 и приоткрывает транзистор VT4. Это приводит к открыванию транзистора VT3 и шунтированию фазосдвигающего конденсатора С1. При этом зарядный ток уменьшается до значения тока саморазрядки батареи аккумуляторов и напряжение на ней не повышается.

Измерительный прибор PAV1 в положении "I" переключателем SA2 подключается к резистору R6, являющимся шунтом при измерении зарядного тока. В положении "U" прибор подключается параллельно батарее аккумуляторов через добавочный резистор R7 и измеряет напряжение на ней.

При исполнении зарядного устройства на рис. 2 первичная обмотка трансформатора не выключается из сети после окончании зарядки и через трансформатор протекает ток холостого хода. Зарядное устройство также можно выполнить и с выключением трансформатора после окончания зарядки. Для этого необходимо узел автоматического выключения собрать по схеме на рис 3 и подключить его к указанным точкам на схеме на рис. 2. Транзистор VT3 и резисторы R9, R10 (рис. 2) при этом не используются.

После включения выключателя SA1 напряжение с вторичной обмотки трансформатора поступает на узел автоматического выключения (рис. 3). В связи с тем что транзистор VT2 закрыт, VT1 открывается, реле К1 срабатывает и контакты К1.1 блокируют контакты переключателя SA1. После этого для автоматического выключения прибора после зарядки батареи аккумуляторов выключатель SA1 необходимо установить в выключенное положение.

Устройство выключается из сети при достижении на батарее аккумуляторов напряжения, установленного переключателями SA3, SA4. При этом открываются транзисторы VT4 (рис. 2), VT2 (рис. 3) и закрывается VT1 (рис. 3). Реле К1 отпускает якорь, и контакты К1-1 размыкают цепь первичной обмотки трансформатора. Для уменьшения времени выключения реле использованы контакты К1.2 и резистор R2 (рис. 3). При размыкании кон тактов К1.2 ток базы транзистора VT1 скачкообразно уменьшается, что приводит к большему закрыванию транзистора и быстрому отпусканию якоря реле. Конденсатор С2 является фильтром пульсаций управляющего тока и устраняет дребезг якоря реле в момент выключения. Диод VD1 исключает поступление постоянного напряжения на узел управления тринистором, диод VD2 шунтирует опасные выбросы напряжения на коллекторе транзистора VT1, которые образуются на обмотке реле К1 при закрывании транзистора.

В зарядном устройстве можно применить диоды VD1, VD2 (рис. 2) любого типа на прямой максимальный ток не менее 5А; VD3, VD4 для второго варианта устройства на прямой максимальный ток не менее 300 мА, остальные диоды-кремниевые слаботочные любого типа. Транзисторы КТ315Б можно заменить транзисторами КТ312Б, транзисторы КТ361Б - транзисторами КТ352Б, транзистор КТ608Б - транзистором КТ603Б. Транзисторы из этих серий можно применить с любым буквенным индексом. Тринистор из серии КУ202 на максимальное пробивное напряжение не менее 50 В. Диоды VD1, VD2 (рис. 2) и тринистор необходимо расположить на радиаторах, мощность рассеивания которых: для каждого диода - не менее 5 Вт; для тринистора - не менее 10 Вт. Измерительный прибор на ток полного отклонения стрелки не более 1 мА. Переключатели SA1, SA2, SA4 - тумблер типа ТП1-2, 8 A3- галетный на одно направление и не менее семи положений. Реле на номинальное напряжение обмотки 24 В, и ток не более 100 мА, например РВМ-2С. Контакты реле должны быть рассчитаны на коммутацию тока не менее 1 А при напряжении 220 В. Резистор R6 изготовлен из стальной проволоки диаметром 1,5-2 мм. Трансформатор Т1 мощностью 200-220 Вт, площадь поперечного сечения магнитопровода 18-20 см2. Первичная обмотка содержит 600 витков провода ПЭВ-2 0,8 мм, вторичная обмотка -2X50 витков провода ПЭВ-2 2,5 мм. Трансформатор можно использовать от блока питания старого телевизора. Его переделка описана в предыдущем варианте устройства.

При налаживании устройства следует подобрать резистор R2, чтобы в режиме максимального тока зарядки не происходил срыв плавного регулирования. Резистор R6 подбирают изменением длины проволоки. Для градуировки шкалы амперметра PAV1 в цепь зарядного тока включают образцовый амперметр, и показания приборов сличают. Резистор R7 подбирают при подгонке показания вольтметра PAV1 соответственно показанию образцового вольтметра, включенного на выходные клеммы устройства. Стабилитроны VD11 и VD12 следует подобрать на напряжение стабилизации 7 В.

Подобное зарядное устройство с такими же техническими параметрами можно изготовить по схеме на рис. 4. В отличие от предыдущего, в нем использован трансформатор с вторичной обмоткой без отвода и диодный выпрямительный мост VD1, VD4-VD6 для зарядного тока. Кроме того, управление тринистором VS1 осуществляется от импульсного трансформатора Т2.

Выбор элементов и налаживание для этого варианта устройства аналогичны предыдущему. Трансформатор Т2 изготовляют на ферритовом кольце с площадью поперечного сечения магнитопровода не менее 15 мм2. Его каждая обмотка содержит по 30 витков провода ПЭВ-2 0,2. Трансформатор Т1 имеет такие же данные, как в первом варианте зарядного устройства.

Другие страницы сайта