Зарядно-пусковий пристрій-автомат для автомобільного акумулятора 12В

1. Режими роботи
2. схема
3. Особливості роботи в трьох режимах
4. Режим "ЗАРЯД"
5. Режим "ТРЕНУВАННЯ"
6. Режим "ПУСК"
7. Налаштування схеми
8. деталі

Пускові пристрої промислового виготовлення нерідко мають малу потужність і недостатньо надійні в експлуатації. Найпростіші самостійно виготовлені схеми автомобільних пускових пристроїв, що складаються тільки з трансформатора і силових випрямних діодів, також мають ряд недоліків.

По-перше, при випадковому короткому замиканні вихідних проводів можна легко пошкодити дорогі випрямні діоди. У разі неправильної полярності підключення такої схеми до акумулятора можна пошкодити бортову електроніку або сам акумулятор.

Крім того, при виготовленні найпростішого пускового пристрою потрібно грамотно вибирати параметри трансформатора (співвідношення числа витків первинної І вторинної обмоток для конкретного типу муздрамтеатру), щоб він забезпечував струм в навантаження не менше 100 А при осіданні напруги не нижче 10 В.

Усунути всі ці недоліки дозволяє описується нижче пристрій. Його можна також використовувати для підзарядки або тренування акумулятора, а автоматика не допустить перевищення напруги на акумуляторі вище допустимої величини в усіх режимах роботи.

Електрична схема забезпечує стабілізацію вихідної напруги і захист по струму від короткого замикання. А при неправильній полярності підключення акумулятора до вихідних клем пристрою не дозволить включити його в роботу.

Для роботи пуско-зарядного пристрою в різних режимах підключення акумулятора виконується до одних і тих же вихідних клем, що дуже зручно при експлуатації. При цьому забезпечується контроль роботи схеми і стану акумулятора за допомогою вольтметра і амперметра. Регуляторами можна в широких межах змінювати вихідна напруга "U" (R44) і струм обмеження "I" (R49).

Режими роботи

Пристрій може працювати в трьох режимах, які вибираються перемикачем SA1 ( "РЕЖИМ"):

1. "ЗАРЯД" - забезпечується зарядка акумуляторної батареї (АБ) стабільним струмом до моменту, коли напруга на акумуляторі зросте до величини 14,8 В. При цьому струм зарядки може бути встановлений будь-яким в діапазоні 1 - 10А.
2. "ТРЕНУВАННЯ" - використовується для запобігання сульфатации пластин акумулятора при його тривалому зберіганні з залитим електролітом, наприклад в зимовий період. Пристрій дозволяє циклічно виконувати процес заряд-розряд в автоматичному режимі. Струм заряду може встановлюватися від 1 - 10А, розряду - 0,8 А. Кількість циклів не обмежена.
3. "ПУСК" - режим використовується для запуску двигуна автомобіля. При цьому пристрій підключається паралельно з акумулятором і забезпечує струм до 100 А в безперервному режимі. Що дозволяє полегшити запуск двигуна в зимовий період або при зниженій ємності акумулятора в результаті старіння.

схема

Електрична схема зарядно-пускового пристрою складається з наступних частин:

• силового трансформатора Т1 потужністю близько 1 кВт з випрямлячем, виконаним на тиристорах VS 1, VS2;
• джерела живлення для схеми управління на трансформаторі Т2 і стабілізаторах DA 1, РА2;
• схеми автоматичного управління (DA3, DA6, Т3);
• схеми контролю режимів (РV1, підсилювача DA4 для вимірювання струму, РА1, HL1, HL2);
• блоку включення і захисту (К2, КЗ, DA5).

Так як при зарядці автомобільної акумуляторної батареї рекомендують підтримувати середній зарядний струм постійним, як регулюючий елемент використовуються тиристори. Вони одночасно працюють як керовані випрямлячі.

Для зручності виготовлення схема управління живиться від окремого трансформатора Т2. З нього ж знімається і сигнал для синхронізації роботи схеми з частотою мережі (ланцюг з елементів VD4, R12, R14). Напруги "+15 В" і "-15 В", які використовуються для живлення схеми управління, стабілізовані на мікросхемах DA1 і DA2.

Блок автоматичного керування працює наступним чином. Сигнал зворотного зв'язку по напрузі (Uoc) з вихідних клем (X1, Х2) через резистори R62, R69 надходить на вхід інтегратора DA6.1. Вихідна посилене напруга сумується з напругою, встановленим резистором R44, і надходить на вхід 15 DA3.

Мікросхема DA3 (КР1114ЕУ4) призначена спеціально для побудови імпульсних схем управління, що дозволяє значно спростити пристрій. Вона містить повний набір функціональних вузлів для виконання широтно-імпульсного управління і всередині має: прецизійний джерело опорного напруги "+ 5В" (ІОН); підсилювачі помилки (1 і 2), компаратори (3 і 4), схеми управління вихідним каскадом на транзисторах і генератором пилоподібного напруги.

Частота генератора здасться зовнішнім резистором R27 і конденсатором С10. Робота автогенератора синхронізується з частотою мережі за допомогою транзистора VT4, сигнал на відкривання якого надходить з випрямляча VD4.

Рис. 1. Структурна схема мікросхеми КР1114ЕУ4

На виході 8 мікросхеми DA3 формується імпульс напруги, ширина якого залежить від положення регуляторів R44, R49. Так як для відкривання тиристорів досить коротких імпульсів, для їх отримання використовується диференціюються ланцюг С9, R17. Ці імпульси посилюються транзисторами VTЗ, VT1 і через гальванічно розв'язує ланцюга імпульсний трансформатор (Т3) надходять на керуючі висновки тиристорів (VS1, VS2).

Рис. 2. Принципова схема зарядно-пускового пристрою.

Функція стабілізації струму виконується наступним чином. Сигнал зворотного зв'язку по струму (ІСС), що знімається з шунта R40ш, через резистор R63 надходить на вхід 7 інтегратора DA6. Інтегратор посилює напругу в 10 разів, а також згладжує пульсації. Сигнал з виходу 10 DA6 змішується з напругою, встановленим резистором R49.

Різниця цих напруг надходить на вхід 2 (DA3) струмообмежувального підсилювача. Усередині мікросхеми DA3 проводиться порівняння приходять на входи 4 і 2 сигналів і більший з них безпосередньо впливає на ширину імпульсів управління і, як наслідок, на момент відкривання тиристорів.

Контроль роботи схеми виконується за вольтметру PV1 і амперметра РА1.

Коли пристрій використовується в якості пускового, амперметр РА1 підключається до шунт перемикачем SA1 безпосередньо. При струмі 100 А напруга на шунт має бути 75 мВ і його цілком достатньо для відхилення стрілки приладу на повну шкалу.

У разі ж, коли робочий струм необхідний до 10 А (режим "Зарядка" або "ТРЕНУВАННЯ"), для його більш точного вимірювання встановлений підсилювач (DA4) з коефіцієнтом 10 і стрілка амперметра РА1 зможе також відхилятися на повну шкалу.

Індикація режиму роботи пристрою здійснюється світлодіодами: світіння світлодіода HL1 - "ЗАРЯД", HL2 - "РОЗРЯД", при цьому пристрій відключено і йде розряд акумулятора струмом 0,8 А (в режимі тренування).

Блок включення і захисту Починає працювати при правильній полярності підключення акумулятора до клем X1, Х2. В цьому випадку, якщо включений автомат А1, при натисканні кнопки SB1 за рахунок струму, що протікає від акумулятора через обмотку К2, резистор R24 і діод VD10, включиться реле К2 і своїми контактами (К2.1, К2.2) подасть харчування на трансформатор Т1 і схему управління, а також заблокує ланцюг кнопки контактами К2.3.

При неправильної полярності підключення акумулятора діод VD10 буде закритий і не дозволить включитися реле К2.

На мікросхемі DA5 зібраний компаратор напруги, який в залежності від обраного перемикачем SA1 режиму управляє алгоритмом роботи пристрою, не допускаючи перевищення напруги на акумуляторі вище заданого (резистором R59) рівня 14,8 В. Це діюче значення - амплітуда буде більше. Ланцюг з R57, VD 17 забезпечує гістерезис роботи компаратора.

Особливості роботи в трьох режимах

Розглянемо тепер більш детально особливості роботи зарядно-пускового пристрою в різних режимах.

Табл. 1. Живильні напруги на мікросхемах.

Номер і тип мікросхеми

Напруга на висновках, В

2

4

6

7

9

11

12

13

DA3 КРШ4ЕУ4

ОП

+15

DA4 К157УД1

-15

+15

DA5 К554САЗБ

ОП

-15

+15

ОП

DA6 КР140УД20А

-15

+15

+15

Рис. 3. Форма напруги в контрольних точках: а - на виході 5 DA3; б - на клемах X1, Х2 при налаштуванні; в - на клемах X1, Х2 при підключеному акумуляторі; г - на виході 8 DA3; д - імпульси в первинній обмотці Т3.

Режим "ЗАРЯД"

Необхідний струм заряду в режимі стабілізації струму встановлюється резистором R49 при положенні регулятора напруги R44 на максимум.

Контроль зарядного струму виконується по амперметрі Рл1.

Для здійснення заряду акумуляторну батарею підключають до клем "+" (XI) і "-" (Х2) пристрої, дотримуючись полярності. При натисканні на кнопку SB1 схема почне працювати.

Як тільки вихідна напруга, встановлене резистором R44, перевищить рівень, наявний на акумуляторі, в ланцюзі його заряду від трансформатора (Т1) починає протікати струм через шунт (R40ш), створюючи на ньому напруга. Ця напруга потрапляє на вхід підсилювача-інтегратора зворотного зв'язку по струму DA6.1. Воно буде змінюватися до тих пір, поки не компенсує опорна напруга, встановлене на вході 2 DA3 (це напруження в свою чергу визначає момент відкривання тиристорів, а значить і струм в силовому ланцюзі).

Таким чином, стабілізація струму або напруги в цьому та інших режимах роботи пристрою являє собою процес установки такого моменту відкривання тиристорів, при якому напруга на виході пристрою через ланцюга зворотного зв'язку компенсує опорна напруга в певній точці.

Якщо схема працює в режимі стабілізації струму, то в міру заряду акумулятора напруга на ньому буде зростати. Як тільки воно досягне рівня 14,8 В, компаратор DA5 спрацьовує і сигнал, що надходить з його виходу на вхід 4 DA3, припиняє формування керуючих відкриванням тиристорів імпульсів.

Режим "ТРЕНУВАННЯ"

Процес тренування в основному аналогічний процесу зарядки за винятком того, що коли перемикач SA1 встановлений в відповідний режим - компаратор DA5 стежить за рівнем напруги на акумуляторі і при його перевищенні величини 14,8 В подає сигнал замикання на вхід 4 DA3. Що призводить до зникнення імпульсів (8 висновок DA3), керуючих відкриванням тиристорів.

При цьому також відкриється транзистор VT2 і спрацює реле К1. Воно своїми контактами К1.1 підключить навантаження (R64) для розряду акумулятора. Резистор R64 забезпечує розрядний струм 0,8 А.

Розряд відбуватиметься до тих пір, поки напруга на акумуляторі не знизиться до величини 10,5 В. Як тільки це станеться, на виході компаратора DA5 знову з'явиться нульовий рівень, що вимкне реле К1 і схема перейде в режим зарядки акумуляторної батареї. Цей процес заряд-розряд буде періодично повторюватися, а кількість циклів не обмежена.

Режим "ПУСК"

У цьому режимі не тільки обмежується вихідний струм пристрою для того, щоб захистити його від пошкодження, а й рівень вихідної напруги до безпечної для акумулятора і бортової мережі величини.

Для роботи в цьому режимі регулятор струму R49 встановлюється на максимум, а резистором R44 встановлюємо по приладу РV1 напруга 13-14 В.

Тепер можна вставити ключ в замок запалювання автомобіля і провести запуск двигуна. При цьому в залежності від умов пуску стрілка РА1 може займати різні положення на шкалі, а його максимальне значення буде відповідати 100 А. Стрілка вольтметра РV1 може відхилятися в сторону зменшення.

Налаштування схеми

Для настройки необхідні осцилограф, цифровий вольтметр, еквівалентна навантаження R2н (дротяний резистор опором 1 - 1,2 Ом і потужністю не менше 100 Вт, наприклад підійде нихромовая дріт діаметром 0.5 - 1 мм), а також зовнішній стрілочний амперметр (РА2) на струм до 10 А, див. рис. 4.

Рис. 4. Схема підключення пристрою під час налаштування схеми.

При налаштуванні елементи, відмічені на електричній схемі (рис. 3.7) зірочкою можуть зажадати підбору.

Додатковий резистор R24 в ланцюзі реле підбирається такої величини, щоб якір реле К2 після спрацьовування відпускався при напрузі живлення менше 10 В (краще це зробити до того, як резистор і реле будуть встановлені на плату).

Попереднє налаштування схеми виконується в наступній послідовності. Потрібно тимчасово заблокувати перемичками контакти реле К2.1 і К2.2, а також отпаять R65. Перемикач SA1 встановити в положення "ТРЕНУВАННЯ", а резистори R44 і R49 вивести на максимум.

Включивши мережеве харчування (А1) за допомогою осцилографа, проконтролювати форму пилкоподібної напруги на виводі 5 DA3 - воно не повинно мати великий сходинки на нульовому рівні, див. Рис. 3-а (для цього може знадобитися підбір резистора R12). Після чого осциллографом і цифровим вольтметром контролюємо напруга на клемах X1 і Х2.

Форма напруги на виході повинна відповідати показаної на рис. 1.3 б і регулюватися резисторами R22 і R44. Якщо це не так, то слід перевірити наявність імпульсів на виході 8 DA3 і правильність монтажу.

Підстроєні резистором R22 встановлюємо момент відкривання тиристорів (Uоткр = 15,5 В). Це необхідно для того, щоб у всіх режимах роботи пристрою амплітудне значення напруги на виході перевищувало напруга на акумуляторі (інакше тиристори НЕ будуть відкриватися).

Вимкнувши пристрій, підпоюємо на місце R65. Після цього при включеній схемою регулятором R44 виставляємо чинне напруга на виході пристрою 14,8 В і підбором резистора R65 добиваємося того, щоб при досягненні на виході цієї напруги компаратор DA5 переключався - на виводі 9 DA5 з'явиться +15 В (світлодіод HL1 буде світитися).

Після цього регулятором R44 встановлюємо на виході пристрою напруга 10,5 В і підстроюванням резистором R59 добиваємося, щоб при досягненні на клемах X1, Х2 цієї напруги у компаратора з'являлося нульове напруга на виході 9 DA5 (резистор R59 задає величину гістерезису для компаратора).

Для того, щоб регуляторами, встановленими на передній панелі, було зручно користуватися, т. Е. Діапазон регулювання вихідної напруги резистором R19 залишався в інтервалі 10 - 15 В - необхідно підібрати додаткові резистори

R43 і R45. Аналогічно підбираються і резистори R48 і R50 для діапазону регулювання резистором R49 рівня стабілізації струму в діапазоні 1 - 10 А. У цьому випадку допустимі режими для акумулятора не будуть перевищені.

Резистор R44 використовується для регулювання напруги на клемах X1, Х2 в режимі "ПУСК", в інших же режимах він встановлюється на максимальну вихідну напругу, так як схема в цих режимах повинна працювати як стабілізатор струму (вихідна напруга буде залежати від величини струму) і по міру заряду акумулятора напруга на ньому буде зростати, але не перевищить допустимого значення.

Для калібрування показань амперметра РА1 в режимах "ЗАРЯД" і "ТРЕНУВАННЯ" необхідно резистором R21 встановити стрілку приладу на "0". Після чого підключаємо навантаження R2h (вмикачем SA2) і зовнішній стрілочний амперметр РА2, (рис. 3.9). Резистором R49 (при положенні R44 на максимумі) виставити по зовнішньому амперметрі РА2 ток 10 А, а резистором R29 треба встановити таке ж значення показань струму на РА1.

Цю операцію слід повторити кілька разів, підлаштовуючи R21 і R29 до тих пір, поки стрілка РА1 при "0" і при струмі 10А буде відповідати показаннями зовнішнього амперметра.

Тепер необхідно перевірити роботу схеми в режимі стабілізації струму. Для цього на момент включення пристрою блокуємо контакти К2.1, К2.2. Перемикач SA1 встановити в положення "ПУСК", регулятор струму "I" в середнє положення, a "U" на максимум.

До вихідних клем X1, Х2 підключаємо навантаження R1н опором близько 0,2 Ом (по потужності вона повинна бути розрахована на протікає струм до 100 А). При цьому показання приладів повинні бути: РА1 - 50 А, РV1 - 10 В. Регулятором "I" можна змінювати вихідний струм - в цьому випадку буде змінюватися і вихідна напруга, що відповідає режиму стабілізації струму. А при зміні опору навантаження в невеликих межах струм не повинен змінюватися.

На цьому попередню регулювання можна вважати закінченою, а остаточна перевірка виконується на реальному акумуляторі.

деталі

Тиристори VS1 і VS2 встановлюються на радіатори площею близько 1000 см2 (стандартні радіатори для цих тиристорів мають саме таку площу поверхні).

Монтаж силової частини (від трансформатора Т1 до тиристорів і клем XI, Х2) виконується гнучким багатожильним проводом перерізом не менше 8 мм 2, наприклад марки ПВЗ.

У пристрої мікросхеми можуть бути замінені імпортними аналогами: DA6 - цА747С; DAI - 78L15; DA2 - 79L15; DA3 - TL494L; DA5 - LM211N; DA4 - не має аналогів.

Діоди типу КД521, встановлені на входах мікросхем, запобігають їх випадкове пошкодження в процесі настройки схеми і можуть бути замінені будь-якими малопотужними імпульсними: КД522, КД510, КД503 та ін.

Підлаштування резистори (R21, R22, R29, R59) застосовані багатооборотні типу СП5-3, регулювальні R44, R49 типу СП3-4а-0,25 Вт з лінійною характеристикою (А) зміни опору, інші можуть бути будь-якого типу, наприклад МЛТ -відповідність потужності.

З'єднувальні дроти до регуляторів R14 і R19 повинні бути в екрані.

Полярні конденсатори С5 - С8 і С21 типу К50-35;

Полярні конденсатори С2, СЗ типу К42У-2 на 0,015 мкФ на 630 В; інші з серії КІО або КМ-6.

В якості вимірювальних приладів вікорістані стрілочний вольтметр Р? 1 і амперметр РА1 одного и того ж типу М42301. Так як амперметр має Внутрішній шунт - нужно Розкрити корпус и его ВИДАЛИТИ. Адже в схемі для вимірювання струму 100 А використовується зовнішній шунт (R40ui).

Шунт R40ui узятий стандартний типу 75ШСМ-100-0,5.

Вмикач А1 (струмовий автомат) - типу АЕ10-31 на струм 10 А, перемикач SA1 типу ПГ3 (ПГ2), кнопка SB 1 підійде будь-яка.

Реле К2 типу KP460DC на 12 В (польського виробництва) або аналогічне з трьома групами перемикаючих контактів, розрахованих на струм до 5 А. Реле К1 і КЗ типу РЕС47 паспорт РС4.500.407-01 (РС4.500.407-03).

Для виготовлення Т1 використано трансформаторне залізо з перетином в місці розташування обмотки Sct = 35 см ^ 2 (вікно має площу Sok = 72 см ^ 2). Первинна обмотка містить 240 витків проводом ПЕТВ перетином 2,5 мм 2 (діаметр 1,8 мм), вторинна 22 + 22 витка проводом ПШВ-3 перетином 10 мм 2.

Трансформатор Т2 будь-який малопотужний (Р = 5 Вт) з напругою у вторинних обмотках 3-5 - 18 + 18В, ав 6-8 - 10 + 10В, але краще, якщо його конструкція буде передбачати установку на друковану плату.

Імпульсний трансформатор Т3 виконується на каркасі всередині броньових чашок типорозміру Б28 з фериту марки М2000НМ. Обмотки містять 1,2 - 80 витків, 3,4-40 витків проводом ПЕЛШО діаметром 0,35 мм.

Малюнок монтажної плати пристрою наведено в книзі: Н. А. Єлагін, А. В. Ростов. Серія "СОЛОН-Р - Радіоаматорам". Випуск 5.