Автоматическое зарядное устройство с защитой

Давно собирался сделать зарядное устройство (ЗУ) для зарядки аккумулятора (АКБ) своих «Жигулей», которое ненужно контролировать в процессе заряда. До этого пользовался обычным лабораторным блоком питания, но носить АКБ для зарядки из гаража домой и обратно довольно тяжело. Все это послужило толчком для изготовления ЗУ из недорогих и доступных комплектующих.

Было пересмотрено множество схем ЗУ из различных источников, но ни одна из них не соответствовала требованиям или возможностям автора. Поэтому было решено собрать простое ЗУ, без всяких наворотов, из деталей, которые имелись в наличии, и небольшого количества недорогих современных комплектующих.

Введение в ЗУ автоматики отключения позволяет предотвратить его возгорание при перенапряжении в сети при зарядке АКБ. Автор решил также дополнить ЗК автомобильными электрическими часами. Для чего? Эти часы позволяют получить информацию о реальном времени зарядки АКБ в случае пропадания сети, что в нашем гаражном кооперативе возникает с завидной регулярностью. Без часов это определить нельзя. Естественно, напряжение питания часов должно формироваться из напряжения питающей сети.1В итоге рассматриваемое зарядное устройство имеет следующие сети.

  1. Автоматический заряд – разряд АКБ без контроля этого процесса. Причем заряд производится положительной полуволной напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора ЗУ, а при отрицательной полуволне, при необходимости, можно производить частичный разряд, что необходимо для обеспечения десульфатиции пластин АКБ.
  2. Автоматическое включение ЗУ при подключении к нему АКБ, т автоматическое отключение ЗУ от сети при достижении напряжением на АКБ значения 14,4 В.
  3. При саморазряде АКБ до 12,6 В и ниже, что может произойти при длительном (например, зимнем) хранении АКБ, которая подключена к ЗУ, происходит автоматическое включение ее на заряд.
  4. При саморазряде АКБ, когда надо быстро зарядить ее, следует включить тумблер «Постоянно» и отключить режим (тумблер) «Десульфатация».
  5. В ЗУ применена схема контроля за превышением напряжения сети, которая отключает его при напряжении сети более 235…240 В на все время превышения. Кроме того, ЗУ содержит реле времени, которое блокирует включение ЗУ на 1.. 3 млн, если перегрузка была кратковременной (импульсной).
  6. Для принудительного охлаждения ЗУ использован вентилятор на 220 В.

Принципиальная схема ЗУ показана на рисунке, внешний вид – на фото 1 и 2, а номиналы и типы деталей устройства приведены в таблице.

За основу конструкции взята схема из [1].

При включении вилки ЗУ в сеть загорается светодиод – индикатор сети VD4 током через нормально – замкнутые контакты контактной группы К2. 1 и ограничивающий резистор R4.

ЗУ включается тумблером S1. В начале каждого полупериода сетевого напряжения симистор VS2, подключающий первичную обмотку Т1, открывается током от сети через ограничивающий резистор R1 и тумблер S2 (в режиме «Постоянно») или через диодный мост VD11 и оптотиристор VU1 (в режиме «Автомат»). Закрывается VS2 при уменьшении напряжения сети до нуля в конце каждого полупериода.

При зарядке АКБ напряжение на ее клеммах растет. Когда в режиме «Автомат» оно достигнет значения 14,4 В, триггер Шмитта на транзисторах VT1, VT2 перейдет в закрытое состояние. При этом оптотиристор VU1 выключится, и мост становится «непроводящим» для отпирающего тока управляющего электрода симистора VS2.2

Этот режим не позволяет перезарядиться АКБ при отсутствии оператора и защищает АКБ от выкипания электролита.

Триггер Шмитта на VT1, VT2 имеет гистерезис приблизительно 1,8… 2,4 В. Поэтому при длительном хранении АКБ, подключенной к ЗУ, когда напряжение на АКБ уменьшится до 12,6 В, триггер переключится в отрытое состояние, и VU1 «перемкнет» вертикальную диагональ моста VD11. Это, в свою очередь, обеспечит переведение ЗУ в режим зарядки АКБ. Узел, работа которого рассмотрена выше, принято называть Автоматом зарядки АКБ.3

Вторичная цепь ЗУ представляет собой однополупериодный выпрямитель на диоде VD19. Подбором сопротивления мощного ограничивающего резистора R23 задается оптимальный ток заряда АКБ.

Диод VD24 защищает вольтметр от переполюсовки при подключении АКБ к ЗУ.

Мощный резистор R25 используется, как нагрузка при разряде АКБ в режиме «Дисульфатация».

Схема защиты ЗУ от скачков напряжения сети

Прототипом этой схемы является устройство, описанное в [2].

Эта схема содержит:

  • реле К2;
  • выпрямительный диод VD3;
  • ограничивающий резистор и R3;
  • тиристор VS1;
  • пороговое устройство VD9, VD10;
  • выпрямительный диод VD8, который входит в состав делителя с регулятором R9.

В исходной схеме из [2] в качестве порогового устройства используется стабилитрон в классическом (обратном) включении, но автору удалось нормально запустить работу этой схемы только при использовании в пороговом устройстве двух стабилитронов VD9, VD10 в прямом включении ( в качестве стабисторов).

При превышении напряжением сети значения 235…240 В, через пороговое устройство VD10, VD9 открывается тиристор VS1 и включается реле К2. Его контакты К2. 1 включают индикатор VD6 «Превышение напряжения сети», контактная группа К2. 2 отключает ЗУ от сети, К2. 4 включает напряжение питания на реле времени.

Реле времени собрано на транзисторе VT3, реле К3 и времязадающей цепочке С4R16R17. При появлении напряжения питания конденсатор С4 быстро заряжается. Напряжение с этого конденсатора открывает VT3, который включает реле К3. Контактная группа К3. 2 размыкается. Конденсатор С4 разряжается 1…3 мин, поддерживая VT3 в открытом состоянии, длительность которого устанавливается резистором R16. Контактная группа К3. 3 дублирует отключение ЗУ от сети.

Реле К1 включено постоянно и своими контактами разрывает цепь АКБ – ЗУ при пропадании напряжения сети,  предотвращая разряд АКБ.

В ЗУ использован трансформатор мощностью 250 Вт, изготовленный на базе тенточного сердечника (50х32мм) и каркfса от промышленного трансформатора типа ОСМ1 – 025УЗ (ТУ16 – 717.137 – 83). Первичная обмотка содержит 530витоков провода ПЭВ -2 диаметром 0,85 мм, а вторичная – 53 витка медного провода диаметром 1,92 мм в хлорчатобумажной изоляции. После намотки каждого слоя первичной обмотки проложен слой тонкой трансформаторной бумагой, который покрыт лаком КФ287.

Ограничивающий резистор R23 самодельный. Его сопротивлением определяется максимальное значение зарядного тока. Для АКБ 6СТ60 и 6СТ55 резистор R23должен иметь сопротивление 1,5 Ом. Он содержит 15 витков манганинового провода диаметром 1,0 мм и намотан на каркасе катушки из ВЧ керамики диаметром 20 мм.

Большая часть деталей ЗУ размещена на двух печатных платах, которые изготавливались под имевшийся в наличии корпус. Остальным деталям найдено более рациональное место в корпусе. Корпус подходящих размеров был использован от старого прибора. Внешние размеры этого корпуса :195х285мм.

Особенности настройки узлов ЗУ

1. Автомат зарядки АКБ

Настройка этого автомата производится в следующей последовательности:

  • отпаять правый по схеме вывод резистора R19, включить ЗУ в сеть 220 В;
  • потенциометр R14 установить в среднее положение;
  • плавно подавая с лабораторного БП напряжение от 12 до 15 В на правый вывод R19, проверить, при каком напряжении происходит выключение ЗУ;
  • потенциометром R14 добиться того,чтобы выключение происходило при напряжении 15 В;
  • восстановить пайку R19;
  • уточнить напряжение отключения зарядки при подключенной АКБ.

2. Схема защиты от ЗУ скачков напряжения сети

  • сопоротивление), R9 – в нижнее по схеме положение, R16 – в левое положение (максимальное установить движок резистора R7 в верхнее по схеме положение (минимальное сопротивление);
  • включить ЗУ в сеть через ЛАТР и выставить на выходе ЛАТРа напряжение 238 В;
  • регулировкой потенциометра R9 добиться срабатывания реле К2;
  • меняя напряжение на выходе ЛАТРа, проверить, при каком напряжении срабатывает реле К2 и при каком отпускает;
  • при необходимости, переменным резистором R7 добиться оптимального гистерезиса срабатывания – отпускания реле К2;
  • проверить с помощью ЛАТРа и окончательно откорректировать работу К2 резисторами R9 и R7.

3. Реле времени

  • подать с ЛАТр а на ЗУ напряжение, при котором срабатывает реле схемы защиты ЗУ от скачков напряжения сети К2 и, вращая движок R16 в сторону уменьшения сопротивления, добиться срабатывания К3.0

Литература

  1. Сорокин А. Зарядно-десульфатирующий автомат для автомобильных аккумуляторов // Радио. – 1996. - №10. – С.48 - 49.

Источник: Радиоаматор №9, 2014
Автор: Александр Хмуренко, г.Киев

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/22195

Добавить комментарий