Автоматическое зарядное устройство для кислотных аккумуляторов

Описываемый ниже автомат предназначен для обслуживания двенадцативольтовых кислотных аккумуляторных батарей. Он может быть использован и как мощный источник переменного напряжения 12 В для питания вулканизаторов, переносных ламп и другого оборудования.

Основные характеристики автомата

• Ток зарядки на пределе 5 А 5,8 - 4,5;
• Ток зарядки на пределе 2 А 2 - 1,5;
• Ток разрядки, А 2 - 1,5;
• Мощность, потребляемая от сети переменного тока в режиме зарядки, Вт, не более 150;
• Ток, потребляемый автоматом от заряжаемой батареи по окончании цикла зарядки, мА, не более 17;
• Мощность, потребляемая нагрузкой с гнезда «12 В». Вт, не более 80.

Автомат может работать в одном из трех режимов: двух автоматических - «АП», «КТЦ» или ручном «РУЧН».

Режим автоматической подзарядки «АП» - предназначен для автоматической подзарядки батареи. В его основу положена функциональная зависимость напряжения на зажимах батареи от степени её заряженности. При достижении напряжения 14,6 -14.8 В автомат отключится от сети. Цикл зарядки повторится, если напряжение батареи станет ниже 12,8 - 13 В.

Режим «КТЦ» - контрольно-тренировочный цикл - предназначен для десульфатации пластин батареи. Он представляет собой многократное чередование режимов зарядки до напряжения 14,6 - 14,8 В и разрядки до 10,6 - 10,8 В.

В автоматических режимах устройство не боится замыкания выходной цепи при отключенной батарее.

В ручном режиме «РУЧН» автомат используют в качестве обычного зарядного устройства.

Принципиальная схема

Узел стабилизации и ограничения зарядного тока выполнен на нелинейных элементах - лампах накаливания HL1 - HL3, включенных последовательно с заряжаемой батареей. При увеличении, например, тока зарядки сопротивление нитей ламп увеличивается, препятствуя изменению тока. Требуемое значение зарядного тока выбирают тумблером SA3.

Напряжение на выводах батареи контролирует триггер Шмитта, выполненный на операционном усилителе DA1. С параметрического стабилизатора VD6, R5 на вход усилителя поступает образцовое напряжение, а с делителя R2, R3, R6 - напряжение, пропорциональное напряжению батареи.

Если тумблеры SA2 и SA4 установлены в положения, показанные на схеме, что соответствует режиму «АП». То при подключении аккумуляторной батареи её напряжение поступает на делитель R2, R3, R6. Если оно меньше 14,6 - 14,8 В, то на выходе операционного усилителя DA1 установится напряжение низкого уровня, которое откроет составной транзистор VT2, VTЗ.

Реле К1 сработает и своими контактами К1.1 и К 1.2 подключит трансформатор Т1 к сети. Батарея начнет заряжаться, о чём будет сигнализировать свечение лампы HL5 «ЗАРЯД».

При зарядке батареи до 14,6 - 14,8 В падение напряжения на делителе превысит порог срабатывания триггера, что приведет к его переключению и установлению на его выходе напряжения высокого уровня. Транзисторы VT2, VTЗ закроются и обесточат реле К1 - автомат отключится от сети и лампа HL5 погаснет. Когда напряжение на батарее уменьшится до 12,8 - 13В, цикл подзарядки повторится.

Для перехода в режим «КТЦ» переключают тумблер SA4. При этом цикл зарядки батареи происходит так же, как в режиме «АП». По окончании зарядки напряжение высокого уровня с выхода DA1 закрывает транзисторы VT2, VTЗ и открывает транзистор VT1, который входит в насыщение и вместе с резистором R4 шунтирует резистор R6 делителя напряжения.

В результате этого снижается порог переключения триггера Шмитта до 10 - 10,8 В. До этого порога батарея разряжается через резисторы R14, RI5, замкнутые контакты SA4.2 и К1.3. Свечение лампы HL4 «РАЗРЯД» сигнализирует о цикле разрядки.

При уменьшении напряжения на выводах батареи до 10,6 - 10.8 В напряжение низкого уровня с выхода DA1 закроет транзистор VT1 и откроет транзисторы VT2, VTЗ. Реле К1 сработает и цикл зарядки повторится.

Конденсатор С1 устраняет преждевременное отключение автомата из-за пульсаций напряжения, которые могут возникнуть при зарядке сильно сульфатированной батареи. Конденсатор С2 предотвращает ложное срабатывание автомата от действия помех. Параметрический стабилизатор VD5, R13 служит для защиты DA1 от пробоя напряжением самоиндукции вторичной обмотки трансформатора Т1.

Рис. 1. Принципиальная схема зарядного устройства.

Используя прибор в качестве источника переменного напряжения 12 В, следует отдать предпочтение режиму «РУЧН», так как во всех остальных автомат подключается к сети только в том случае, когда его выход соединен с батареей. Свечение лампы HL5 в этом режиме сигнализирует о включении устройства а сеть.

Настройка устройства

При налаживании автомата тумблеры SA2, SA4 сначала устанавливают в положение, соответствующее режиму «АП», движок резистора R3 - в верхнее по схеме положение. К автомату вместо батареи подключают регулируемый источник постоянного тока и плавно от нуля увеличивают напряжение. При напряжении 8 - 9,5 В должно сработать реле К1.

Далее увеличивают напряжение до 14,6 - 14,8 В и подстроенным резистором R4 добиваются выключения реле. Плавно уменьшая напряжение, убеждаются в срабатывании реле при напряжении 12,8 - 13 В (если реле не срабатывает, то подбирают резисторы R7, R9).

После этого переводят устройство в режим «КТЦ» и отпаивают цепь R14, R15, HL4. Плавно увеличивая напряжение источника от 5 - 7 В, убеждаются, что реле выключается при напряжении 14,6 - 14,8 В. Далее уменьшают напряжение до 10,6 -10,8 В и подстроечным резистором R4 добиваются срабатывания реле.

В заключение еще раз проверяют работу автомата в режимах «АП» и «КТЦ» и вновь подключают цепь R14, R15, HL4.

Следует отметить, что при эксплуатации автомата в режимах «АП» или «КТЦ» с батареями емкостью до 55 А ч предпочтительнее пользоваться пределом тока зарядки 2 А, что исключит чрезмерно частые переключения реле.

В режиме «РУЧН» нельзя допускать замыкания выходной цепи.

Детали

Трансформатор Т1 - серийный, ТН-6І-220/127-50 мощностью 190 Вт или любой другой, рассчитанный на мощность 190 - 250 Вт, с напряжением на вторичной обмотке 12 -19 В притоке 7 -8 А.

Вместо операционного усилителя К140УД6 в автомате применим К157УД1. Транзистор КТ315Г может быть заменен на КТ315Б, КТ315Е, а КТ361Д - на КТ361В, КТ361К. Вместо ГТ403В подойдут транзисторы ГТ403Г - ГТ403И, а также КТ814В,КТ814Г.

Диоды VD1 - VD4 - любые из серий Д242, Д243, Д245, ВЛ10; VD7 - любой из серий Д226, Д7, КД105. Вместо стабилитрона Д816А можно применить Д816Б. Диоды VD1 - VD4 установить на металлическом шасси через изолирующие прокладки.

В устройстве использовано реле ПЭ-ЗОУЗ. Оно должно срабатывать при напряжении 8 - 9 В и токе не более 100 мА, поэтому обмотка перемотана проводом ПЭВ-2 0,16 мм до заполнения каркаса. Возможно применение реле ПЭ-23УЗ или МКУ-48. обмотки которых придется перемотать, а сечение провода подобрать экспериментально. Контакты используемого реле должны быть рассчитаны на ток не менее 5 А.

Тумблеры SA1, SA3, SA4 - ТП1-2, SA2 - ТВ 1-4. Лампы накаливания HL1 - HL3 - автомобильные на 12 В мощностью 40 - 50 Вт, а HL4, HL5 - любые маломощные на 13,5 и 24 В соответственно.

Лампы HL1 - HL3 крепят на отдельной плате, которую вместе с резисторами R14, R15 размещают по возможности дальше от печатной платы, рядом с вентиляционными отверстиями в кожухе прибора. Подстроенные резисторы - многооборотные, из серии СП5. Резисторы R14, R15 -ПЭВ-10. Конденсатор Cl - К53-18, К 50-6 либо К50-16 на напряжение не менее 15 В. Конденсатор С2 - любой керамический. Соединяют автомат с батареей гибкими проводниками из меди, сечением не менее 2,5 мм2, с пружинными зажимами на концах.

Чертёж монтажной платы зарядного устройства можно посмотреть в журнале "Радио" за 1992,№ 12, С 11,12.