Устройство для автоматической тренировки аккумуляторов 12В, 40-100Ач
Описываемый прибор предназначен для обслуживания кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12 В и ёмкостью от 40 до 100 Ач. Прибор питается от сети переменного тока напряжением 220 В и потребляет не более 25 Вт при отсутствии зарядки и не более 180 Вт при максимальном зарядном токе.
В предлагаемом приборе использован псевдокомбинированный способ, при котором производится разрядка до напряжения на каждом аккумуляторе 1,7-1,8В, а затем последующая зарядка циклами. Критерием, используемым при управлении процессом зарядки, является напряжение на аккумуляторной батарее, функционально связанное со степенью её заряженности. Зарядка в каждом цикле заканчивается при достижении на клеммах батареи напряжения 14,8 - 15 В, а возобновляется при снижении его до 12,8-13 В.
Для автоматической тренировки аккумулятора, прибор проводит разрядку батареи до напряжения 10,5 - 10,8 В, автоматически переключается на режим зарядки и осуществляет ее циклами, как указано выше.
Прибор может работать в одном из трех режимов:
- в первом режиме «Щ» возможны два варианта: либо зарядка циклами, либо разрядка до напряжения 10,5 - 10,8В, а затем зарядка циклами;
- во втором режиме «NЦ» происходит многократный переход от зарядки к разрядке при достижении на клеммах аккумуляторной батареи напряжения 14,8 - 15В и от разрядки к зарядке при напряжении на клеммах 10,5 - 10,8В;
- ручной режим «РЗ» соответствует работе обычного зарядного устройства без автоматики.
Разряжается батарея током 2 - 1,7А, а заряжается током 2 или 5А (в первом случае он изменяется от 2 до 1,5А, во втором - от 5,8 до 4,5А).
Работа узлов прибора
Понижающий трансформатор Т1 обеспечивает на вторичной обмотке переменное напряжение около 19 В. С помощью диодов VD1 - VD4 получается пульсирующее напряжение амплитудой около 27 В, а после диода VD6 на конденсаторе С1 образуется постоянное напряжение около 26 В, необходимое для питания узла автоматики. Пульсирующее напряжение подается на анод тиристора VS1. Если на управляющий электрод тиристора подать соответствующее напряжение, тиристор откроется и пропустит ток для зарядки аккумуляторной батареи через лампы HL2 - HL6 и выключатель SA3.
Ток зарядки ограничивается лампами накаливания HL2 (в режиме «2А») или HL2 - HL4 (в режиме «5А»). Разряжается батарея через транзистор VT13 и резисторы R25, R26.
Управляются тиристор и транзистор VT13 узлом автоматики. Он содержит источник образцового напряжения (резистор R17, стабилитроны VD10, VD11), пороговый выключатель разрядки (транзисторы VT6, VT7, резисторы R19 - R21), усилитель сигнала разрядного тока (транзисторы VT9, VT11, VT12), пороговый переключатель зарядки (транзисторы VT2 + VT5 с соответствующими резисторами, включая R12, R16), усилитель сигнала зарядного тока (транзисторы VT1, VT8) и элементы запрета сигнала зарядки (диод VD12, транзистор VT10).
Пороговый переключатель разрядки подключен к выходным зажимам прибора X1 и Х2, предназначенным для подключения аккумуляторной батареи. Имеющееся на них напряжение является одновременно и питающим и контролируемым напряжением выключателя.
Радиолюбителям известен аналог тиристора, состоящий из двух транзисторов разной структуры. Аналог способен по внешнему сигналу переходить в открытое состояние и сохранять его, пока хотя бы один из транзисторов находится в насыщении. Выключение наступает при снижений тока до порогового значения, когда оба транзистора выходят из насыщения.
Пороговый выключатель выполнен с аналогичными связями, но не непосредственными, а через резисторы, причем эмиттер одного из транзисторов подключен к образцовому напряжению, а база - к делителю напряжения. Благодаря этому пороговый выключатель обладает температурной стабильностью напряжения порога выключения. Настраивают выключатель на пороговое напряжение 10,5-10,8В подстроечным резистором R19.
Усилитель сигнала разрядного тока состоит из цепочки транзисторов с чередующейся структурой. Транзисторы работают в ключевом режиме. Работа одного из них (VT11) поставлена в зависимость от наличия напряжения 26 В. Это сделано для прекращения разрядки, батареи в случае аварийного выключения сетевого напряжения.
Пороговый переключатель зарядки состоит из транзисторного усилителя (VT5), триггера Шмитта (VT2, VTЗ) и ключевого транзистора (VT4). Последний предназначен для устранения влияния нижнего порога переключения (резистор R12) на верхний (резистор R16).
Усилитель зарядного тока, как и разрядного, состоит из цепочки транзисторов разной структуры, работающих в ключевом режиме. При этом коллекторный ток транзистора VT1 может протекать через базовую цепь транзистора VT8, когда закрыт транзистор VT10 (т. е. нет разрядки).
Диод VD12 повышает надежность закрывания транзистора VT8 при открывании транзистора VT10 (когда идет разрядка батареи и ток через управляющий электрод тиристора не должен протекать). Диод VD7 защищает управляющий электрод тиристора от обратного тока, который мог бы быть при выключении сети и подключенной аккумуляторной батарее.
Цепочка С2, R15, VD9 нужна для случая зарядки глубоко разряженной или сульфатированной батареи, когда на ее клеммах может возникнуть пульсирующее напряжение. Благодаря диоду VD9 на конденсаторе С2 оказывается сглаженное напряжение, Без этой цепочки выбросы напряжения могли бы раньше времени вывести пороговый выключатель из режима зарядки.
Рис. 1. Принципиальная схема прибора для автоматической тренировки аккумуляторов.
Конденсатор С3 играет роль своеобразного аккумулятора и используется для контроля исправности прибора. В положении «КОНТРОЛЬ» выключателя SA3 он может заряжаться только через диод VD12 и резистор R34, а разряжаться через узел автоматики. Поскольку в режимах «1Ц» и «NЦ» процессы зарядки и разрядки происходят с периодом повторения около 1 секунды, то на вольтметре РV1 будут наблюдаются колебания стрелки, отражающие напряжения порогов переключения и управляемость всех цепей зарядки и порогового выключателя.
Клеммы Х3 и Х4 с напряжением 12,6 В предназначены для подключения вулканизатора, лампы подсветки, малогабаритного паяльника и другой нагрузки мощностью до 100 Вт.
Рассмотрим более подробно работу прибора в различных режимах при установке выключателя SA3 в положение «КОНТРОЛЬ» (аккумуляторная батарея не подключена).
В режиме «1Ц» после подачи на блок сетевого напряжения на конденсаторе С3 напряжение не повышается, потому что отсутствует ток базы транзистора VT1. Чтобы обеспечить начальные условия работы, переключателем SA4 кратковременно устанавливают режим «Р3» и возвращают в положение «1Ц». После этого пороговый переключатель начинает работать, запрещая зарядку при повышении напряжения на конденсаторе выше установленного максимума (14,8-15В) и разрешая, если оно стало ниже установленного минимума(12,8-13В).
При переводе переключателя SA4 в режим «NЦ» на коллектор транзистора VT7 подается через диод VD8 напряжение, и пороговый выключатель срабатывает, разрешая разрядку. При этом открытый транзистор VT10 запрещает зарядку, и конденсатор С3 разряжается через узел автоматики до напряжения 10,5 4- 10,8 В.
После опрокидывания порогового выключателя транзистор VT10 закрывается, коллекторный ток транзистора VT1 протекает через диод VD12 и базовую цепь транзистора VT8. Этот транзистор, а вслед за ним и тиристор открываются. Через конденсатор С3 протекает зарядный ток, и напряжение на конденсаторе повышается до 14.8-15В.
Во время указанного контроля остаются непроверенными элементы разрядки, поскольку такие дефекты, как обрыв в цепях транзисторов VT11 - VT13, никак не отразятся на показаниях вольтметра PV1. Для контроля работы этих элементов выключатель SA3 устанавливают в положение «ЗАРЯД» - тогда в режиме «NЦ» конденсатор С3 будет разряжаться в основном через транзистор VT13. В результате начнет мигать лампа HL7 «РАЗРЯД», свидетельствуя об исправности цепей разрядки.
Аналогично работает прибор с подключенной аккумуляторной батареей. В режиме «1Ц» сразу начинается зарядка циклами (имеется в виду, что напряжение батареи не превышает порогового напряжения 12,8-13В).
Лампа HL6 горит при зарядном токе 2 А или HL5 при токе 5А. Нажатием кнопочного выключателя SB1 «РАЗРЯД» на запускающий вход порогового выключателя подается напряжение, в результате чего он срабатывает. Разрядка индицируется лампой HL7.
В режиме «NЦ» при подключении аккумуляторной батареи работа может начаться как с зарядки, так и с разрядки - в зависимости от того, в каком режиме в момент включения находился пороговый выключатель. При желании установить какой-то конкретный режим, переключатель SA1 сначала устанавливают в положение «1Ц», а после этого - в положение «NЦ».
В режиме ручной зарядки «Р3» контакты переключателя блокируют пороговый выключатель, и тиристор управляется непосредственно от источника постоянного тока.
Настройка устройства
Для налаживания прибора понадобятся регулируемый источник постоянного тока с максимальным напряжением 15 В и током нагрузки не менее 0,2 А, контрольный вольтметр или сигнальная лампа на напряжение 27 В.
Перед налаживанием движки подстроечных резисторов устанавливают в положение максимального сопротивления, контрольный вольтметр или сигнальную лампу подключают между коллектором VT8 и общим проводом (зажим Х2), а источник питания подключают (с соблюдением полярности) к выходным зажимам прибора. Переключатель SA4 устанавливают в положение «1Ц», выключатель SA3 - в положение «КОНТРОЛЬ». Выходное напряжение источника постоянного тока должно быть 14.8 - 15В.
После включения прибора в сеть на контрольном вольтметре должно быть напряжение около 26 В. Плавно перемещая движок подстроечного резистора R16, добиться, чтобы контрольное напряжение упало скачком до нуля.
Устанавливают на источнике напряжение 12,8 - 13В и плавно перемещают движок резистора R12 до появления на контрольном вольтметре скачком напряжения 26 В. Нажимают кнопку SB1 - контролируемое напряжение вновь должно упасть до нуля. Установив на источнике напряжение 10,5-10,8В, перемещают движок резистора R21 до появления на контрольном вольтметре напряжения 26В.
После этого следует проверить и при необходимости подобрать точнее уровни срабатывания автомата при изменении напряжения источника питания.
Установка верхнего порога 15 В не вызывает выкипания электролита после полной зарядки батареи, потому что батарея в этом случае включается автоматом на зарядку на 8 - 10 минут и отключается примерно на 2 часа. Наблюдения показали, что при работе в таком режиме даже в течение нескольких месяцев уровень электролита в банках аккумуляторов не понижается.
Детали
Постоянные резисторы: R33 - остеклованное проволочное типа ПЭВ-20 или два резистора (включенных параллельно) по 15 Ом (типа ПЭВ-10), остальные - МЛТ указанной на схеме мощности, подстроечные резисторы R12, R16, R21 - типа ППЗ или другие.
Кроме указанных на схеме, транзисторы VT1 VT5 VT6, VT9 могут быть П307, П307В, П309: VT8 - ГТ403А, ГТ403В - ГТ403Ю; VT2, VTЗ, VT7, VT10, VT11 - МП20, МП20А, МП20Б, МП21, МП21А - МП21Е; VT4, VT12 - КТ603А, КТ608А, КТ608Б; VT13 - любой из серий П214 - П217.
Диоды VD1 - VD4 могут быть, кроме указанных на схеме, Д242, Д243, Д243А, Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247; VD5, VD7, VD9 - Д226В + Д226Д, Д206 - Д211; VD6 - КД202Б КД202С; VD8, VD12 - Д223А, Д223Б, Д219А, Д220. Вместо стабилитронов Д808 подойдут Д809 -к Д813, Д814А -г Д814Д.
Тиристор может быть КУ202А -к КУ202Н. Конденсаторы С1, С3 - К50-6; С2 - К50-15. Лампы HL1 т HL3, HL7 - СМ28, HL4 HL6 - автомобильные на напряжение 12 В и мощность 50+40 Вт (используется нить на 50 Вт).
Выключатель SA1 - тумблер ТВ (ТП), выключатели SA2, SA3 - тумблеры ВБТ, кнопочный выключатель SB 1 - КМ-1, переключатель SА - типа ПКГ (ЗПЗН). Трансформатор Т1 - готовый, ТН-61 -220/127-50 (номинальная мощность 190 Вт). Вольтметр постоянного тока - типа М4200 со шкалой на 30 В.
Источник: Ходасевич А. Г, Ходасевич Т. И., Зарядные и пуско-зарядные устройства, Выпуск 2.