УЗА УСТРОЙСТВО ЗАРЯДНОЕ АВТОМАТ Существует большое количество

УЗА
УСТРОЙСТВО ЗАРЯДНОЕ АВТОМАТ
Существует большое количество зарядных устройств, как промышленного производства,
так и разработанных радиолюбителями. В подавляющем большинстве все они (ЗУ) берут
энергию от сети 220В 50Гц. В конструкцию обязательно входят понижающий
трансформатор и выпрямитель мостовой или двухполупериодный со средней точкой во
вторичной обмотке трансформатора. На выходе выпрямителя присутствует
выпрямленное напряжение в виде пульсации с частотой 100Гц. Этим пульсирующим
напряжением и заряжают автомобильные кислотные стартерные аккумуляторы
напряжением 12В и ёмкостью (55 – 60)А.ч Зарядный ток в аккумуляторе появляется тогда
и только тогда, когда напряжение пульсации превысит напряжение самого аккумулятора.
В результате заряд АКБ происходит не постоянным током, как считают многие
автолюбители, а импульсным током. Длительность импульса в зависимости от тока
заряда находится в пределах (3 – 5)ms. Длительность одного полупериода, как известно,
равна 10ms. Следовательно, за час нахождения под зарядкой АКБ получает зарядный ток
лишь в течение 20 – 30 минут. Это один недостаток зарядки АКБ импульсным током.
Второй недостаток заключается в следующим. Был проведён небольшой эксперимент.
Последовательно с АКБ включили резистор величиной 0,1ом и с помощью осциллографа
измерили величину падения напряжения на этом резисторе при прохождении импульса
зарядного тока. Ток заряда (средний, по мультиметру) установили в 1А. Максимальное
напряжение оказалось 0,3В. В соответствии с законом Ома максимальное значение тока в
импульсе было равно 3А! При среднем токе заряда 5А – (12 – 14)А. Длительная зарядка
завышенным током приводит к осыпанию активной массы у положительных пластин в
АКБ. Это сокращает срок службы АКБ. Третий недостаток заключается в том, что
трансформатор из-за импульсного и длительного режима работы с большим током, при
зарядном токе 5А, перегревается и необходимо принимать меры к его охлаждению.
На основании вышеизложенного мною была разработана схема ЗУ лишённая первых
двух недостатков.
Схема УЗА состоит из трёх модулей. Это даёт возможность, в зависимости от
потребности, скомпоновать 4 варианта блока.
Модуль 1. СТАБИЛИЗАТОР ТОКА и ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ON/OFF
СТАБИЛИЗАТОР ТОКА ЗАРЯДА
Стабилизатор тока собран на компараторе К554СА3 (DA1). На инверсный вход (4н)
подано стабилизированное напряжение снимаемое с потенциометров R3,R4,R5. В
зависимости от выбранного тока заряда, ко входу DA1 подключён один из
потенциометров R3,R4,R5. На прямой вход (3н) подаётся напряжение, снимаемое с
измерительного резистора R12. При подаче питания на DA1 компаратор включается. На
9н(выход) – низкое напряжение, т.к. на 3н напряжение меньше, чем на 4н. Ток заряда АКБ
создаёт падение напряжения на последовательно включённом с АКБ измерительном
резисторе R12. Когда это напряжение (3н) станет больше, чем на 4н, компаратор
выключится. На выходе DA1 (9н) – высокое напряжение. К выходу DA1 (9н) через резистор
R6 подключена база транзистора VT1. Когда на 9н DA1 низкое напряжение, резистор R6
подключён к шине С (-18В). На базе VT1, относительно эмиттера, появляется
отрицательное напряжение. Транзистор VT1 открывается. От шины +18В через открытый
транзистор VT1 на АКБ подается напряжение, которое создает зарядный ток в АКБ. Когда
падение напряжение на R12 (3н) превысит напряжение на 4н (разница в 10мВ),
компаратор выключится. На 9н – высокое напряжение. Транзистор VT1 начнёт
закрываться. Полностью VT1 закроется тогда, когда напряжение на конденсаторе С1
сравняется с напряжением на эмиттере VT1. Полностью транзистор VT1 не закрывается, т.
к. уменьшение тока заряда приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе
R12, что в свою очередь вызывает включение компаратора. Транзистор VT1 снова
открывается. Длительность импульса заряда АКБ составляет 0,3ms. Частота следования
импульсов заряда АКБ – 3кГц. Максимальный ток в импульсе заряда практически равен
среднему току заряда. Точность поддержания установленного зарядного тока +/-0,01А.
Установленное значение зарядного тока сохраняется на протяжении всего цикла заряда.
Поскольку паузы между импульсами зарядного тока отсутствуют, зарядный ток
присутствует во всё время заряда.
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ON/OFF
Переключатель ON/OFF необходим для автоматического вкл./откл. УЗА. При
подключении УЗА к АКБ включается светодиод HL3-“Аккумулятор подключён”. При
неправильной полярности подключения сгорает предохранитель F2 (диод VD9 КД213).
При включении тумблера SA1- “СЕТЬ” включается светодиод HL1- “СЕТЬ” и реле Р1,
которое своими контактами Р1.1 – Р1.3 подает напряжение от АКБ на компаратор DA2
(К554СА3). При включении напряжения, происходит заряд конденсатора С8 через
резисторы R13,R11,R17. Поэтому сразу после подачи напряжения от АКБ на прямом входе
(3н) напряжение будет меньше, чем на инверсном входе (4н). На инверсном входе (4н)
стабилизированное напряжение +8В.
Компаратор DA2 включен (9н – низкое
напряжение).Светодиод HL2- “ЗАРЯД” (зелёный) включён. Реле Р2 включается и своим
контактом Р2.2 подключает инверсный вход (3н) к потенциометру R14. Напряжение на
движке R14 установлено меньше +8В. Компаратор DA2 остаётся включённым. Реле Р2
своим контактом Р2.1 подключает сеть 220В к ИБП. Напряжение +18В от ИБП поступает на
эмиттер VT1 и происходит процесс заряда АКБ. При достижении напряжения на АКБ
+14,5В напряжение на прямом входе (3н) станет больше, чем на инверсном входе (4н).
Разница напряжений – 10мВ. Компаратор выключается. На 9н – высокое напряжение.
Реле Р2 отключается. ИБП отключается от сети 220В (контакт P2.1). Контакт Р2.2
подключает движок R11 (U>8В) к инверсному входу (3н). Когда напряжение на АКБ
снизится от саморазряда до напряжения +12,5В компаратор включается и происходит
процесс подзарядки. В процессе полного заряда, начиная с напряжения +14,5В и выше,
происходит “кипение” электролита в АКБ. Поэтому окончание подзарядки выбрано на
уровне +14,5В. Включение на подзарядку +12,5В – величина субъективная. Возможны
другие варианты. В режиме “ХРАНЕНИЕ” (зимой, если машина не используется)
напряжение включения можно снизить до (12.0-12.2)В с целью сокращения количества
циклов заряда.
Модуль 1 работает в двух режимах:
1. Хранение – ток заряда 2А, включение (12,0 -12,5)В, отключение 14,5В
2. Подзарядка – ток заряда 3А, включение 12,5В, отключение 14,5В
МОДУЛЬ 2. ПОЛНЫЙ ЗАРЯД
Для нормальной работы АКБ необходимо 1-2 раза в год производить полный заряд
АКБ до напряжения +16,2В. [1]
МОДУЛЬ 2 является дополнением к МОДУЛЬ 1. Самостоятельно он работать не
может. Полный заряд происходит в два этапа. Первая ступень - заряд током 3А до
напряжения 14,6В. Вторая ступень - заряд током 5А до напряжения 16,2В
Полный заряд производится следующим образом. Подключить УЗА к АКБ, соблюдая
полярность. Включается HL3 (зелёный)-“АККУМУЛЯТОР ПОДКЛЮЧЁН”. Поставить тумблер
SA2- “УСТАНОВКА ЗАРЯДНОГО ТОКА” в положение “3А”. Включить тумблер SA1- “СЕТЬ”.
Включается HL1 (зелёный)- ”СЕТЬ” и HL2 (зелёный)- “ЗАРЯД”. Если после включения сети
светодиод HL2 не включится, нажать кнопку SA3- “ON”. Это бывает тогда, когда в
конденсаторе остался заряд от предыдущего включения. Нажать кнопку SA6- “ПОЛНЫЙ
ЗАРЯД”, что приводит к включению тиристора VS1. Включается светодиод HL5“16.2B”(жёлтый) и подключается цепочка R35,R36, VD14 к шине “B”, что приводит к
понижению напряжения на движке потенциометра R14. Потенциометром R36
устанавливается напряжение окончания заряда 16.2B. Производится заряд АКБ током 3А
до напряжения 14,6В. При достижении напряжения 14,6В компаратор DA3 (К554СА3)
включается. На выходе DA3 (9н)- низкое напряжение. Загорается светодиод HL4 (жёлтый) “ЗАРЯДНЫЙ ТОК 5А”. Включается реле Р3, самоблокируется (контакт РЗ.2). Реле Р3 своим
контактом Р3.1 подключает к инверсному входу DA1 (4н) движок потенциометра R5 (5A).
Контактами Р3.3 и Р3.4 подключает резисторы R12.1 и R12.2 в цепь заряда. Производится
заряд АКБ током 5А до достижении напряжения на АКБ- 16,2В. При напряжении 16,2В
компаратор DA2 выключается и реле Р2 своим контактом Р2.1 отключает УЗА от сети 220В.
Отключается тиристор VS1. Если тумблер SA1- “СЕТЬ” не отключать, то при саморазряде
АКБ до напряжения 12,5В, УЗА включится в режиме “ПОДЗАРЯДКА”. АКБ будет
заряжаться током 3А до достижении напряжения 14,5В с последующим отключением.
Ускоренный заряд током 5А происходит при нажатии кнопки SA5- “УСКОРЕННЫЙ
ЗАРЯД” при включённом светодиоде HL2 (зелёный)- “ЗАРЯД”, что приводит к включению
реле Р3. Реле Р3 самоблокируется и см. выше. Поскольку тиристор VS1 отключен, заряд
будет происходить до напряжения 14,5В. При достижении напряжения 14,5В, УЗА
отключится. Последующее включение УЗА и заряд АКБ будет производиться током (2-3)А,
в зависимости от положения тумблера SA2, до напряжения 14,5В.
МОДУЛЬ 3. ЗАРЯД АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ
Никто ещё научно не доказал, что заряд асимметричным током абсолютно полезен или
вреден. Автор считает, что такой режим заряда способствует устранению сульфатации
пластин в начальной стадии. Каждый сам решает, в каком режиме производить заряд
АКБ. Выбор есть.
На микросхеме КР1006ВИ1 (NE555) - DA4 собран генератор импульсной
последовательности. Схема классическая, неоднократно описана в техн. литературе. На
выходе DA4 (3н), после подачи питающего напряжения, возникает импульсная
последовательность. Положительный импульс длительностью – 6 сек., отрицательный
(ноль напряжения) – 2 сек. Временные интервалы определяются величинами резисторов
R40, R41 и ёмкостью конденсатора С18. Тумблер SA7 –“ЗАРЯД АС. ТОКОМ” включен, т. е.
его контакт разомкнут. Импульсы с 3н. DA4 поступают на базу транзистора VT2 (КТ503),
который установлен в МОДУЛЬ 1. При положительном импульсе на базе VT2, транзистор
открыт до насыщения и подключает 2,6н. DA1 к шине С (-18В). Происходит заряд АКБ
установленным током. Транзистор VT3 (КТ972А) находится в запертом состоянии, т. к. его
база через диод VD15 (КД521) и открытый транзистор VT2 подключена к минусовой шине
С. При появлении отрицательного импульса с 3н. DA4 транзистор VT2 запирается, заряд
АКБ прекращается, диод VD15 – заперт положительным напряжением с коллектора VT2,
транзистор VT3 – открыт т.к. через замкнутый контакт реле Р2 Р2.3 и резистор R45 на его
базу подано положительное напряжение. Загорается светодиод HL6 (жёлтый) - “РАЗРЯД”.
Через открытый транзистор VT3, нагрузочный резистор R47 подключается к АКБ и
происходит разряд АКБ током 0,2А. Во время заряда АКБ, ток через резистор R47 не
протекает т.к. транзистор VT3 заперт. Величина разрядного тока, время заряд-разряд –
субъективны, возможны варианты.
При отключении режима “ЗАРЯД АС. ТОКОМ”, тумблер SA7 своим замкнутым контактом
через резистор R43 подаёт положительное напряжение на базу транзистора VT2,
открывая его. Если горит светодиод HL2- “ЗАРЯД”, то происходит заряд АКБ
установленным током. Если не предполагается использовать режим заряда
асимметричным током и МОДУЛЬ 3 не установлен в УЗА, то, вместо транзистора VT2 в
МОДУЛЬ 1, поставить перемычку К-Э. Т. е. подключить 2,6н DA1 к минусовой шине С (18B).
НАЛАДКА УЗА
Для наладки УЗА необходим регулируемый источник питания с напряжением от +10В
до +20В, мультиметр, АКБ. УЗА в сеть 220В не включать, АКБ не подключать.
НАСТРОЙКА МОДУЛЬ 1
После тщательной проверки правильности монтажа и отсутствия ненужных замыканий,
подать напряжение от источника питания +13В на шину “А”, минус 13В на шину “B”.
Проверить напряжение на DA2/11н и DA2/4н. Установить макс. напряжение на движке
R11, минимальное напряжение на движке R14. Установить напряжение на шине “A”
равным 12.5В и уменьшая напряжение на движке R11 добиться включения реле Р2. HL2
(зелёный) “ЗАРЯД” –горит. Повысить напряжение на шине “A” до 14,5В и увеличивая
напряжение на движке R14 добиться отключения реле Р2. HL2 –откл. Изменяя
напряжение источника питания, проверить вкл./откл. реле Р2. При необходимости
подкорректировать потенциометрами R11 и R14.
НАСТРОЙКА МОДУЛЬ 2
Если в УЗА присутствует МОДУЛЬ 2, то установить на потенциометре R36 минимальное
сопротивление. На движке потенциометра R27 установить минимальное напряжение.
Временной перемычкой соединить точки “A”и “+18B”. Установить на источнике питания
напряжение 14.0B. Кнопкой SA3 включить УЗА в режим “ЗАРЯД”. HL2 –горит. Нажать
кнопку SA6 “16.2B”. Горит HL5 “жёлтый” – “16.2B вкл.” Установить напряжение источника
питания равным 14,6В. Увеличивая напряжение на движке потенциометра R27, добиться
включения реле Р3. Горит HL4 (жёлтый) – “ЗАРЯДНЫЙ ТОК 5А”. Установить на источнике
питания напряжение 16,2В. Потенциометром R36 добиться отключения реле Р2. При
напряжении 13В нажать кнопку SA3 (ON). Реле Р2 должно включиться. Нажать кнопку SA4
(OFF) – реле Р2 отключается. Снять перемычку “A” – “+18B”, отключить источник питания
от УЗА.
НАСТРОЙКА МОДУЛЬ 3
Если в УЗА присутствует МОДУЛЬ 3, то тумблер SA7 поставить в положение “ЗАРЯД АС.
ТОКОМ”отключен. Установить движки потенциометров R3,R4,R5 в нижнее по схеме
положение. Мультиметр в режиме “Амперметр” предел измерений (10-20)A
последовательно с АКБ подключить к УЗА. HL3 – горит. Вилку в розетку, включить тумблер
SA1 –“СЕТЬ”. HL1 – горит. Нажать кнопку SA3 “ON” – горит HL2 (зелёный). Тумблер SA2 в
положение “2A”. Регулировкой R3 получить ток по мультиметру равный 2А. Поставить
тумблер SA2 в положение “3A”. Потенциометром R4 установить ток заряда равным 3А.
Нажать кнопку SA5- “УСКОРЕННЫЙ ЗАРЯД”. Горит HL4 ”жёлтый”. Реле Р3 включено.
Потенциометром R5 установить ток заряда – 5А.
Включить тумблер SA7. “ЗАРЯД АС. ТОКОМ”. Контакт тумблера SA7 –разомкнут. Нажать
кнопку SA3 –“ON”. Проверить время заряд – разряд. Если есть необходимость, то
подбором резисторов R40,R41 получить необходимые временные интервалы. Во время
разряда горит светодиод HL6 –“РАЗРЯД” и “проседает” напряжение на АКБ. Ток разряда
определяется резистором R47.
УЗА готово к работе.
Если нет импульсного блока питания, то можно использовать классическую схему с
трансформатором 50Гц и выпрямителем. Обязательно наличие конденсатора
электролитического ёмкостью не менее 30 000мк. В этом случае, при напряжении сети
220В АС ниже 185В будет снижение зарядного тока. Схема на рис. №2.
Измерительный резистор R12 (3 резистора) приклеить эпоксидным клеем к шасси УЗА.
Это необходимо для уменьшения влияния температуры резистора на величину зарядного
тока.
Для изготовления вольтметра с растянутой шкалой необходимо подобрать стабилитрон
у которого начало пропускания тока - “пробой” соответствует напряжению 10,0В.
Закоротить добавочный резистор в корпусе вольтметра. Подбором резистора R24
добиться, при подаче напряжения 16,0В, показаний прибора “16.0B”. Такой вольтметр, изза нелинейности стабилитрона, строго говоря, не является измерительным прибором, а
выполняет демонстрационные функции.
При заряде АКБ током 5А с трансформатора снимается импульсный ток большой
величины, что приводит к сильному разогреву трансформатора. Для охлаждения
используется вентилятор от компьютера 50х50 12В.
На фотографии УЗА с МОДУЛЬ 1 и МОДУЛЬ 3.
В. ДОЛГОДРОВ г.МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ