Необходимость заряда машинного аккумулятора появляется у наших соотечественников регулярно. Кто-то делает это по причине разряда батареи, кто-то — в рамках технического обслуживания. В любом случае, наличие зарядного устройства (ЗУ) во многом облегчает эту задачу. Подробнее о том, что представляет собой тиристорное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора и как изготовить такой девайс по схеме — читайте ниже.
[ Скрыть ]
Описание тиристорного ЗУ
Тиристорное зарядное устройство являет собой девайс с электронным управлением зарядным током. Такие девайсы производятся на основе тиристорного регулятора мощности, который является фазоимпульсным. В устройстве ЗУ такого типа нет дефицитных компонентов, а если все его детали будут целыми, то его даже не придется настраивать после изготовления.
С помощью такого ЗУ можно заряжать аккумулятор транспортного средства током от нуля до десяти ампер. Помимо этого, оно может применяться в качестве регулируемого источника питания для тех или иных приборов, к примеру, паяльника, переносной лампы и т.д. По своей форме зарядный ток очень похож на импульсный, а последний, в свою очередь, позволяет продлить ресурс эксплуатации аккумулятора. Использование тиристорного ЗУ допускается в температурном диапазоне от -35 до +35 градусов.
Схема
Если вы решите соорудить тиристорное ЗУ своими руками, то можно применять множество различных схем. Рассмотрим описание на примере схемы 1. Тиристорное ЗУ в данном случае питается от обмотки 2 трансформаторного узла через диодный мост VDI+VD4. Элемент управления выполнен в виде аналога однопереходного транзистора. В данном случае, при помощи переменного резисторного элемента можно регулировать время, на протяжении которого будет осуществляться заряд конденсаторного компонента С2. Если положение этой детали будет крайним правым, то показатель зарядного тока будет наибольшим, и наоборот. Благодаря диоду VD5 осуществляется защита управляющей цепи тиристора VS1.
Плюсы и минусы
Основное преимущество такого прибора — это качественная зарядка током, которая позволит не разрушить, а увеличить ресурс эксплуатации аккумулятора в целом.
Если нужно, ЗУ может быть дополнено всевозможными автоматическими компонентами, предназначенными для таких опций:
- прибор сможет отключиться в автоматическом режиме, когда зарядка будет завершена;
- поддержание оптимального напряжения аккумулятора в случае его длительного хранения без эксплуатации;
- еще одна функция, которую можно расценивать как преимущество — тиристорное ЗУ может сообщать автовладельцу о том, правильно ли он подключил полярность АКБ, а это очень важно при зарядке;
- также в случае добавления дополнительных компонентов может быть реализовано еще одно преимущество — защита узла от замыканий выхода (автор видео — канал Blaze Electronics).
Что касается непосредственно недостатков, то к ним можно отнести колебания зарядного тока, если напряжение в бытовой сети будет нестабильно. Кроме того, как и другие тиристорные регуляторы, такое ЗУ может создавать определенные помехи для передачи сигнала. Чтобы не допустить этого, при изготовлении ЗУ необходимо дополнительно установить LC-фильтр. Такие фильтрующие элементы, например, используются в сетевых блоках питания.
Как сделать ЗУ самостоятельно?
Если говорить о производстве ЗУ своими руками, то этот процесс рассмотрим на примере схемы 2. В данном случае тиристорное управления осуществляется посредством сдвига фаз. Весь процесс мы описывать не будем, поскольку он индивидуален в каждом случае, в зависимости от добавления дополнительных компонентов в конструкцию. Ниже рассмотрим основные нюансы, которые следует учесть.
В нашем случае устройство собирается на обычном оргалите, в том числе и конденсатор:
- Диодные элементы, отмеченные на схеме как VD1 и VD 2, а также тиристоры VS1 и VS2, следует установить на теплоотводе, монтаж последних допускается на общем теплоотводе.
- Элементы сопротивления R2, а также R5, следует использовать не менее, чем по 2 ватта.
- Что касается трансформатора, то его можно приобрести в магазине либо взять из паяльной станции (качественные трансформаторы можно найти в старых советских паяльниках). Можно перемотать вторичный провод на новый сечением около 1.8 мм на 14 вольт. В принципе, можно использовать и более тонкие провода, поскольку этой мощности будет достаточно.
- Когда все элементы будут у вас на руках, всю конструкцию можно установить в один корпус. Например, для этого можно взять старый осциллограф. В этом случае мы не будем давать какие-либо рекомендации, поскольку корпус — это личное дело каждого.
- После того, как зарядный прибор будет готов, необходимо проверить его работоспособность. Если у вас есть сомнения касательно качества сборки, то мы бы порекомендовали произвести диагностику прибора на более старой АКБ, которую в случае чего не жалко будет выбросить. Но если вы все сделали правильно, в соответствии со схемой, то проблем в плане эксплуатации возникнуть не должно. Учтите и то, что изготовленное ЗУ не нуждается в настройке, оно изначально должно работать правильно.
Большой популярностью среди автолюбителей самодельщиков пользуются тиристорные автозарядки, в которых питание от мощного трансформатора поступает на АКБ через тиристор, управляемый открывающими его импульсами от генератора. В простейшем виде схема будет выглядеть вот так:
И нечего улыбаться — она реально рабочая и в своё время довольно долго успешно эксплуатировалась. Более сложный вариант, с отдельным генератором импульсов и контролем режимов заряда (напряжения на батарее) показан на следующей принципиальной схеме:
Но если опыт позволяет, луче собрать третье автоматическое зарядное тиристорное, которое кроме того что собрано многими людьми, имеет вполне неплохие параметры и возможности.
Схема и печатная плата ЗУ на SCR
Печатная плата нарисована вручную маркером. Вы можете сделать разводку самостоятельно, например на основании вот этого рисунка:
Параметры зарядного устройства
- Выходное напряжение 1 — 15 В
- Предельный ток до 8 А
- Защита от перезаряда аккумулятора.
- Защита от случайной короткого замыкания выхода
- Защиты против смены полярности
Функциональное описание схемы
Переменное напряжение от вторичной обмотки трансформатора (около 17 В) подается на управляемый тиристорно-диодный мост, далее в зависимости от импульсов управления, следующих от контроллера, оно подается на клеммы аккумулятора.
Контроллер состоит из отдельного сетевого трансформатора, его напряжение формируется стабилизатором LM7812, двойной мультивибратор CD4538 делает управляющие импульсы на тиристорах, и имеет цепи контроля напряжения аккумуляторной батареи, состоящие из оптрона CNY17 и источника опорного напряжения TL431, работающего в качестве компаратора.
Если напряжение на выходе TL431 (R) ниже 2,5 В (система делителя с PR2 с резисторами), ток не протекает через TL431 через LED2 и CNY17 из-за блокировки транзистора BC238, что приводит к высокому состоянию на входе сброса выв.13 микросхемы CD4538 и её нормальной работе (если управляющие импульсы направляются на затворы тиристора), если напряжение увеличивается (в результате зарядки батареи), тогда начинает действовать TL431, ток прекращает течь через LED2 и CNY17, BC238 срабатывает и низкое состояние подается на выв.13, генерация управляющих импульсов на затворе тиристора прекращается, и напряжение на аккумуляторе отключается. Напряжение отключения устанавливается PR4 на уровне 14,4 В. Светодиод LED1 во время зарядки становится все более и более частым и почти на финальной стадии.
Также использовались 2 датчика температуры 80 C. Один приклеен к радиатору, а другой — к вторичной обмотке сетевого трансформатора, датчики соединены последовательно. Активация датчика приводит к отключению напряжения на оптопаре и блокировке мультивибратора CD4538 и отсутствию сигналов управления затворами тиристора.
Вентилятор постоянно подключен к аккумуляторной батарее.
Схема имеет переключатель AUT / MAN в положении MAN, при этом автоматическая система контроля напряжения аккумулятора отключена, и аккумулятор можно заряжать вручную, контролируя напряжение.
Вот несколько вариантов схем подключения выпрямителей и тиристоров:
- Схема на рис. A . Наименее благоприятное включение, высокое падение напряжения и сильный нагрев моста плюс потери на тиристоре. Преимущества: можно использовать один радиатор, потому что выпрямительные мосты обычно изолированы от корпуса.
- Схема на рис. Б наиболее выгодна, потери только на тиристорах. Но два радиатора.
- Схема на рис. С умеренно выгодна. Три или один радиатор (с одним радиатором, одним двойным диодом Шоттки или двумя диодами с катодом на корпусе.
Это нормальные напряжения на выводах чипа CD4538:
1 — 0 В
2 — от 11,5 В до 6 В при повороте потенциометра P
3,16 — 12 В
4,6,11 — от 2 В до 12 В при повороте P
5 — приблизительно 10 В
10,12 — около 0,1 В
13 — около 11,5 В с выключенным LED1
14 — около 12 В
15 — 0
В коллекторе BD135 около 19,9 В. Для более детальной настройки понадобится осциллограф. Схема довольно проста и при правильной сборке должна запускаться сразу после подачи напряжения.
Фото процесса изготовления зарядки
Диодно-тиристорный мост размещен на отдельных платах и может проводить ток до 20 А, радиаторы изолированы друг от друга и корпуса. Вторичная обмотка трансформатора намотана проволокой диаметром около 2 мм, и при принудительном охлаждении она может дать долговременно около 8 А (достаточно для большинства нужд автолюбителей, заряжая батареи до 82 А/ч). Но ничего не мешает установить трансформатор с ещё большей мощностью.
Тут использованы отдельные измерительные провода, которые подключаются к токовым клеммам.
Зарядка АКБ : зарядный ток составляет 1/10 от емкости батареи, через некоторое время, в зависимости от степени разряда, LED1 начинает мигать и вскоре приближается к напряжению 14,4 В. Чаще всего зарядный ток тоже падает, в конце зарядки диод светит почти все время. Небольшой гистерезис вводится электролитическим конденсатором на R-выводе TL431.
Стоимость сборки самодельной ЗУ определяется основным трансформатором (160 Вт, 24 В) примерно 1000 руб., а также мощными диодами и тиристорами. Обычно этого добра в радиолюбительских закромах хватает (как и готовых корпусов от чего-то), так что в идеале оно не будет стоить ни копейки.
АВТОМОБИЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО
Очень популярной, является тема зарядных устройств для автоаккумуляторов, поэтому предлагаем вашему вниманию ещё одну проверенную и отлично себя зарекомендовавшую схему зарядки. Трансформатор в данном девайсе использовался заводского изготовления, на 36 вольт, в цепях управления. На его вторичке стоят две обмотки по 18 вольт, соединённые со средней точкой. Диоды на ток 30 А, добытые из генератора автомобиля (те, что были под рукой), установлены на общий радиатор с тиристором.
Сам тиристор от корпуса радиатора изолирован слюдяной прокладкой, а радиатор в свою очередь изолирован от корпуса. Получилось просто и компактно, и даже при максимальной нагрузке температура радиатора выше 40-45 градусов не поднималась.
Тиристоры пробовались разные, вся серия КУ202, но в итоге был поставлен Т25-ххх, надпись плохо видна, но знаю точно что это тиристор на ток 25 А.
Управление собрано на отдельной плате,
амперметр использовал на переменный ток, с полным отклонением 5 А, поэтому включен до диодов.
Естественно можно ставить в данную автомобильную зарядку стрелочный индикатор и на постоянный ток, и не обязательно амперметр, а даже вольтметр - с шунтом из низкоомного резистора.
Пределы регулировки зарядного тока 0,7-5 А, при слишком малом токе возможен срыв генерации, (все тонкости настройки цепей генератора, и подбора тиристора) - это кому хочется иметь зарядный ток с нуля.
На передней панели корпуса размещён тумблер включения питания, регулятор зарядного тока и амперметр для контроля процесса заряда аккумулятора. Сзади установлены на текстолитовой планке клеммы проводов для подключения аккумулятора. Вся коробка покрашена в чёрный цвет.
Устройство с электронным управлением зарядным током, выполнено на базе тиристорного фазоимпульсного регулятора мощности. Оно не содержит редкие радиокомпоненты, при заведомо рабочих деталях не требует налаживания. Зарядное устройство позволяет заряжать АКБ током от 0 до 10 ампер, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы и просто блока питания на все случаи жизни.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, кой, как считается, содействует продлению срока службы батареи.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от - 35 С до + 35 С.
Зарядное устройство представляет собой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный мост VDI...VD4.
Все радиокомпоненты устройства отечественные, но возможна их замена на аналогичные зарубежные.
Конденсатор С2 - К73-11, емкостью от 0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б -- КТ361Ё, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж - KT50IK, а КТ315Л - на КТ315Б + КТ315Д КТ312Б, КТ3102Л, КТ503В + КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 - СП-1, СПЗ-30а или СПО-1.
Амперметр РА1 - любой постоянного тока со шкалой на 10 ампер. Его можно сделать самостоятельно из любого миллиамперметра, подобрав шунт по образцовому амперметру.
Предохраннтель F1 - плавкий, но удобно применять и сетевой автомат на 10 ампер либо автомобильный биметаллический на такой же ток.
Диоды VD1...VP4 могут быть любыми на прямой ток 10 ампер и обратное напряжение не менее 50 вольт (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).
Диоды выпрямителя и тиристор ставят на алюминиевые радиаторы, площадью охлаждения от 120 кв.см. Для улучшения теплового контакта устройств с радиаторами обязательно смазать теплопроводные пасты.
Тиристор КУ202В заменим на КУ202Г - КУ202Е; проверено на практике, что устройство нормально действует и с более мощными тиристорами Т-160, Т-250.
В устройстве применен готовый сетевой понижающий трансформатор соответствующей мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22 вольт.
Если у трансформатора напряжение на вторичной обмотке выше чем 18 вольт, резистор R5 желательно сменить другим, наибольшего сопротивления (к примеру, при 24 - 26 вольт сопротивление резистора соответственно увеличить до 200 Ом).
В случае, когда вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от середины, или есть две однообразные обмотки и напряжение каждой находится в указанных пределах, то выпрямитель лучше исполнить по обычной двуполупериодной схеме на 2-ух диодах.
При напряжении вторичной обмотки 28 х 36 вольт можно вообще отказаться от выпрямителя - его роль станет одновременно играть тиристор VS1 (выпрямление - однополупериодное). Для такового варианта блока питания нужно между резистором R5 и плюсовым проводом подключить разделительный диод КД105Б либо Д226 с любым буквенным индексом (катодом к резистору R5). Выбор тиристора в таковой схеме станет ограничен - подходят только те, которые дозволяют работу под обратным напряжением (к примеру, КУ202Е).
Для описанного устройства подойдет унифицированный трансформатор ТН-61. 3 его вторичных обмотки необходимо соединить согласно последовательно, при этом они способны отдать ток до 8 ампер.
Тиристорный регулятор в зарядном устройстве.
Для более полного ознакомления с последуущим материалом, просмотрите предыдущие статьи: и .
♣ В этих статьях говориться о том, что существуют 2–х полупериодные схемы выпрямления с двумя вторичными обмотками, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение. Обмотки работают поочередно: одна на положительной полуволне, другая на отрицательной.
Используются два полупроводниковых выпрямительных диода.
♣ Предпочтительность такой схемы:
- — токовая нагрузка на каждую обмотку и каждый диод в два раза меньше, чем на схему с одной обмоткой;
- — сечение провода двух вторичных обмоток может быть в два раза меньше;
- — выпрямительные диоды могут быть выбраны на меньший максимально допустимый ток;
- — провода обмоток наиболее охватывают магнитопровод, магнитное поле рассеяния минимально;
- — полная симметричность — идентичность вторичных обмоток;
♣ Используем такую схему выпрямления на П – образном сердечнике для изготовления регулируемого зарядного устройства на тиристорах.
Двух — каркасная конструкция трансформатора позволяет это сделать наилучшим образом.
К тому же две полу-обмотки получаются совершенно одинаковыми.
♣ И так, наше задание
: построить устройство для зарядки аккумулятора с напряжением 6 – 12
вольт и плавным регулированием зарядного тока от 0 до 5 ампер
.
Мною уже предлагался для изготовления , но регулировка зарядного тока в нем проводится ступенчато.
Посмотрите в этой статье, как выполнялся расчет трансформатора на Ш – образном
сердечнике. Эти расчетные данные подходят и под П –образный
трансформатор той же мощности.
Расчетные данные из статьи таковы:
- — мощность трансформатора – 100 ватт ;
- — сечение сердечника – 12 см.кв. ;
- — выпрямленное напряжение - 18 вольт ;
- — ток — до 5 ампер ;
- — количество витков на 1 вольт – 4,2 .
Первичная обмотка:
- — количество витков – 924 ;
- — ток – 0,45 ампера;
- — диаметр провода – 0,54 мм.
Вторичная обмотка:
- — количество витков – 72 ;
- — ток – 5 ампер;
- — диаметр провода – 1,8 мм.
♣ Эти расчетные данные примем за основу построения трансформатора на П
– образном сердечнике.
С учетом рекомендаций выше указанных статей по изготовлению трансформатора на П
— образном сердечнике, построим выпрямитель для зарядки аккумулятора с плавной регулировкой зарядного тока
.
Схема выпрямителя изображена на рисунке. Она состоит из трансформатора ТР
, тиристоров Т1 и Т2
, схемы управления зарядным током, амперметра на 5 — 8
ампер, диодного моста Д4 — Д7
.
Тиристоры Т1 и Т2
одновременно выполняют роль выпрямительных диодов и роль регуляторов величины зарядного тока.
♣ Трансформатор Тр
состоит из магнитопровода и двух каркасов с обмотками.
Магнитопровод может быть набран как из стальных П
– образных пластин, так и из разрезанного О
– образного сердечника из навитой стальной ленты.
Первичная
обмотка (сетевая на 220 вольт — 924 витка)
делится пополам – 462 витка (а – а1)
на одном каркасе, 462 витка (б – б1)
на другом каркасе.
Вторичная
обмотка (на 17 вольт)
состоит из двух полуобмоток (по 72 витка)
мотается на первом (А — Б)
и на втором (А1 – Б1)
каркасе по 72 витка
. Всего 144
витка.
Третья
обмотка (с — с1 = 36 витков) +(d — d1 = 36 витков)
в сумме 8,5 В +8,5 В = 17 вольт
служит для питания схемы управления и состоит из 72
витков провода. На одном каркасе (с – с1) 36 витков и на другом каркасе (d — d1) 36 витков.
Первичная обмотка мотается проводом диаметром – 0,54 мм
.
Каждая вторичная полуобмотка мотается проводом диаметром 1,3 мм.
, рассчитанным на ток 2,5
ампера.
Третья обмотка мотается проводом диаметром 0,1 — 0,3 мм
, какой попадется, ток потребления здесь маленький.
♣ Плавная регулировка зарядного тока выпрямителя основана на свойстве тиристора переходить в открытое состояние по импульсу, поступающему на управляющий электрод. Регулируя время прихода управляющего импульса, можно управлять средней мощностью проходящей через тиристор за каждый период переменного электрического тока.
♣ Приведенная схема управления тиристорами работает по принципу фазо-импульсного метода
.
Схема управления состоит из аналога тиристора, собранного на транзисторах Тр1 и Тр2
, временной цепочки, состоящей из конденсатора С
и резисторов R2 и Ry
, стабилитрона Д7
и разделительных диодов Д1 и Д2
. Регулировка зарядного тока производится переменным резистором Ry
.
Переменное напряжение 17 вольт
снимается с третьей обмотки, выпрямляется диодным мостом Д3 – Д6
и имеет форму (точка №1) (в кружке №1).
Это, пульсирующее напряжение положительной полярности с частотой 100 герц
, меняющее свою величину от 0 до 17 вольт
. Через резистор R5
напряжение поступает на стабилитрон Д7 (Д814А, Д814Б
или любой другой на 8 – 12 вольт
). На стабилитроне напряжение ограничивается до 10 вольт
и имеет форму (точка №2
). Далее следует зарядно – разрядная цепочка (Ry, R2, C)
. При возрастании напряжения от 0 начинает заряжаться конденсатор С,
через резисторы Ry, и R2
.
♣ Сопротивление резисторов и емкость конденсатора (Ry, R2, C)
подобраны таким образом, чтобы конденсатор зарядился за время действия одного полупериода пульсирующего напряжения. Когда напряжение на конденсаторе достигнет максимальной величины (точка №3)
, с резисторов R3 и R4
на управляющий электрод аналога тиристора (транзисторы Тр1 и Тр2
) поступит напряжение для открытия. Аналог тиристора откроется и заряд электричества, накопленный в конденсаторе, выделится на резисторе R1
. Форма импульса на резисторе R1
показана в кружке №4
.
Через разделительные диоды Д1 и Д2
импульс запуска подается одновременно на оба управляющих электрода тиристоров Т1 и Т2
. Открывается тот тиристор, на который в данный момент поступила положительная полуволна переменного напряжения с вторичных обмоток выпрямителя (точка №5)
.
Изменяя сопротивление резистора Ry
, изменяем время за которое полностью зарядится конденсатор С
, то есть изменяем время включения тиристоров во время действия полуволны напряжения. В точке №6
показана форма напряжения на выходе выпрямителя.
Изменяется сопротивление Ry, изменяется время начала открывания тиристоров, изменяется форма заполнения полупериода действующим током (фигура №6). Заполнение полупериода может регулироваться от 0 до максимума. Весь процесс регулирования напряжения во времени показан на рисунке.
♣ Все показанные замеры формы напряжения в точках №1 — №6
проведены относительно плюсового вывода выпрямителя.
Детали выпрямителя:
— тиристоры Т1 и Т2 – КУ 202И-Н на 10 ампер
. Каждый тиристор устанавливать на радиатор площадью 35 – 40 см.кв.
;
— диоды Д1 – Д6 Д226
или любые на ток 0,3 ампера
и напряжение выше 50 вольт
;
— стабилитрон Д7 — Д814А — Д814Г
или любой другой на 8 – 12 вольт
;
— транзисторы Тр1 и Тр2
любые маломощные на напряжение свыше 50 вольт
.
Подбирать пару транзисторов необходимо с одинаковой мощностью, разными проводимостями и с равными коэффициентами усиления (не менее 35 — 50
).
Мною опробованы разные пары транзисторов: КТ814 – КТ815, КТ816 – КТ817; МП26 – КТ308, МП113 – МП114
.
Все варианты работали хорошо.
— Сонденсатор емкостью 0,15 микрофарады
;
— Резистор R5
ставить мощностью в 1 ватт
. Остальные резисторы мощностью 0,5 ватта
.
— Амперметр рассчитан на ток 5 – 8 ампер
♣ Необходимо с вниманием отнестись к монтажу трансформатора. Советую перечитать статью . Особенно то место, где приводятся рекомендации по фазировке включения первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать схему фазировки первичной обмотки приведенную ниже, как на рисунке.
♣ В цепь первичной обмотки последовательно включается электрическая лампочка на напряжение 220 вольт
и мощность 60 ватт
