Рассмотренное в этой статье устройство может выполнять две функции: зарядку автомобильных и иных аккумуляторных батарей и запуск стартеров двигателей внутреннего сгорания в холодное время года при разряженной аккумуляторной батарее (АКБ). Устройство собрано на доступной элементной базе и может быть повторено даже начинающим радиолюбителем.
Принципиальная схема пуско-зарядного устройства (ПЗУ) показана на рис.1. Устройство состоит из:
- силового понижающего трансформатора Т1;
- двуполупериодного выпрямителя со средней точкой на диодах VD1 и VD2 для запуска двигателей;
- однополупериодного управляемого выпрямителя на тиристоре VS1 для зарядки АКБ;
- схемы широтно-импульсного управления включением тиристора на однопереходном транзисторе ѴТ3;
- схемы автоматического выключения режима заряда АКБ на транзисторах ѴТ1, ѴТ2, ѴТ4. Устройство имеет несколько режимов работы.
Режимов заряда АКБ два: «Ручной» и «Автомат». Переключение этих режимов осуществляется тумблером SA1. Для включения ручного режима тумблер замыкает участок коллектор-эмиттер транзистора ѴТ4. Для продления срока службы АКБ устройство имеет режим «Десульфатация», который включается тумблером SA2.
Особенности схемы и работы ПЗУ
Выпрямитель схемы запуска классический двухполупериодный со средней точкой.
В качестве каждого из выпрямительных диодов VD1 и VD2 автор использовал по три соединенных параллельно мощных диода Д246. Диоды каждого из составных диодов VD1 и VD2 установлены на радиаторах по три на одном, площадью не менее 140 см2. Если устройство собрано в металлическом корпусе, то радиаторы должны быть изолированы от этого корпуса.
Суммарное напряжение с обмоток, обозначенных на рис. 1 как 2А и 2Б, выпрямляется однополупериодным выпрямителем на тиристоре VS1 типа Т122-25-1. Причем он открывается только в положительные полупериоды напряжения на вторичной обмотке трансформатора («+» — внизу, «-» — вверху) импульсом со схемы широтно-импульсного управления, который поступает на управляющий электрод тиристора, а закрывается при уменьшении напряжения между анодом и катодом этого тиристора до нуля.
Рис. 1
Включение ПЗУ в режим заряда подключенного к нему аккумулятора осуществляется тумблером SA1 или транзисторным ключом ѴТ4.
Схема широтно-импульсного управления включением тиристора собрана на однопереходном транзисторе ѴТ3 типа КТ117Б и представляет собой генератор-формирователь запускающих импульсов, формирующий их из положительных полупериодов напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Длительность этих импульсов, а главное, момент появления их положительных фронтов можно изменять переменным резистором R2 времязадающей цепи. Во времязадающую цепь этого генератора кроме R2 входят R1 и С1. Положительный фронт этих импульсов управляет моментом отпирания тиристора в каждом положительном полупериоде напряжения сети. Напомню, что тиристор запирается в конце каждого положительного полупериода, когда напряжение на нем становится близким к 0 В.
Схема автоматического выключения процесса зарядки АКБ по окончании ее заряда в режиме «Автомат», состоит из порогового устройства на стабилитроне VD6 и транзисторах ѴТ1, ѴТ2 и транзисторного ключа ѴТ4. При заряде АКБ в режиме «Автомат», пока напряжение на АКБ менее порогового значения 14,5 В, VD6 закрыт, ѴТ2 заперт, ѴТ1 и ѴТ4 открыты. Схема срабатывает, когда в этом режиме напряжение на АКБ достигнет 14,5 В. При этом открывается стабилитрон VD6, и через этот стабилитрон и R7 начинает протекать ток базы ѴТ2, открывает его, что приводит к запиранию ѴТ1 и ключа ѴТ4. Заряд закончен. Порог срабатывания схемы устанавливается потенциометром R9.
Для обеспечения режима работы «Десульфатации» электродов кислотных АКБ в ПЗУ используется однополупериодный управляемый выпрямитель, т.е. заряд АКБ происходит в каждый период по времени не более полупериода, а в оставшееся время АКБ можно разряжать, подключив внешнюю нагрузку. В качестве такой нагрузки можно использовать мощный резистор R11 или автомобильную лампочку накаливания мощностью 21 Вт на 24 В которая включается SA2.
Особенности конструкции и детали
Устройство собрано автором в металлическом корпусе от старого прибора. На передней панели, кроме амперметра, размещены: индикаторная лампа, регулятор тока заряда R2, переключатели режимов SA1 и SA2, предохранители и клеммы.
Внутри ПЗУ на корпусе расположен тиристор VS1 и на отдельных радиаторах VD1 и VD2, каждый составленный из трех Д246. Большая часть остальных деталей размещена на односторонней печатной плате размерами 70×50 мм. Чертеж этой платы показан на рис.2, а расположение деталей — на рис.3.
Рис. 2
Рис. 3
Силовой трансформатор
В качестве основы для изготовления силового трансформатора этого ПЗУ можно использовать силовой трансформатор от любого старого отечественного унифицированного лампово-полупроводникового телевизора УЛПЦТ(И) типов ТС или ТСА мощностью 270…310 Вт. Этот трансформатор собран на броневом П-образном сердечнике из высококачественной ленточной трансформаторной стали и имеет две катушки, на которых намотаны полуобмотки первичной и всех вторичных обмоток.
Перемотка силового трансформатора — это самая трудоемкая часть работы при изготовлении ПЗУ.
Все вторичные обмотки трансформатора будет необходимо смотать и намотать новые, оставив нетронутой первичную обмотку.
На большинстве трансформаторов ТС/ТСА указаны не только номера выводов полуобмоток, но и напряжение на них, количество их витков и диаметр проводов.
По этим данным несложно рассчитать количество витков на вольт:
N = w/U, где w — количество витков одной из обмоток трансформатора, a U — напряжение на ней.
Для начала трансформатор надо правильно разобрать. Перед разборкой следует пометить одну из сторон каждой половинки магнитопровода краской. Для разборки необходимо снять крепежную арматуру и попытаться вытянуть П-образные половинки магнитопровода из каркасов катушек. В старых трансформаторах это иногда удается. Если это не удалось, то, значит, половинки магнитопровода хорошо склеены внутри каркасов катушек, и клей не рассохся. Клей можно разбить, постукивая деревянным молотком (киянкой) по выступающим частям магнитопровода, в крайнем случае, закрепив трансформатор за магнитопровод в тисках через картонные или деревянные (фанерные) прокладки.
Полуобмотки первичной обмотки остаются без изменений, а двухсекционные полуобмотки вторичной обмотки надо снять и намотать новые, которые обозначены как 2А, 2Б, 2В и 2Г.
Зная количество витков на вольт (N) несложно рассчитать количества витков вторичных обмоток, используя формулу:
w = NU.
Для обмоток 2А и 2Б wАБ = 10N, а для 2В и 2Г wВГ = 7N.
Обмотки мотаются медным изолированным проводом или шиной сечением 6…8 мм2. Обмотки можно мотать и в два провода, главное, чтобы суммарное сечение проводов соответствовало указанному выше. Между вторичными обмотками и первичной, а также между слоями вторичных обмоток должны быть проложены изолирующие прокладки. Можно использовать их от этого же трансформатора. Поэтому советую разбирать ТС аккуратно. Соответствующие полуобмотки на разных катушках должны мотаться одинаково, строго соблюдая количество их витков. Половинки сердечника следует вставить в соответствии с проставленными на них метками и плотно стянуть.
После сборки трансформатора, переменное напряжение на «холостом ходу» (без нагрузки) на каждой из полуобмоток 2А и 2Б равно 10 В, а на 2В и 2Г-7 В.
В качестве амперметра РА в ПЗУ можно использовать любой переменного тока с пределом измерения 10, 15 или 20 А, но можно изготовить его самостоятельно из микроамперметра на 50…100 мкА, подобрав и включив параллельно ему шунт R12.
Примечание: Если в наличии стрелочного амперметра или микроамперметра для его изготовления нет, целесообразно приобрести цифровой амперметр, многие из которых в настоящее время дешевле стрелочных приборов, удобней и точнее.
Регулировка ПЗУ
Перед регулировкой ПЗУ следует тщательно проверить монтаж и исправность устройства. Установить «движок» R2 в крайнее верхнее (по схеме) положение, что соответствует минимальному току заряда, a R7 — приблизительно в среднее положение. Установить SA1 в положение «Ручной» (замкнутое состояние). Включить ПЗУ в сеть и подключить к нему заряженный на 100% кислотный 12-вольтовый аккумулятор и вольтметр постоянного тока (можно — мультиметр). Следя за величиной напряжения на АКБ, потенциометром R2 установить на АКБ 14,5 В.
Далее надо включить режим «Автомат» (разомкнутое состояние). Если напряжение на АКБ не изменилось, то плавно вращая «движок» R9, следует добиться срабатывания порогового устройства. При этом напряжение на АКБ скачкообразно уменьшится.
Если же в момент включения режима «Автомат» пороговое устройство срабатывает сразу, то надо включить режим «Ручной». Затем подстроенным резистором R9 «поймать» момент срабатывания автоматики, определяя его по напряжению на С2, и оставить «движок» R9 в этом положении.
В некоторых случаях настройку следует повторить несколько раз.
Автор: Борис Данилин, г. Новояворовск, Львовская обл.
Источник: Радиоаматор №4/2016
