Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.
Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.
Как работает аккумулятор
Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:
1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;
2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.
В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.
Разряд аккумулятора
Одновременно работают две электрические цепочки:
1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;
2. внутренняя.
При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.
Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.
При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.
Заряд аккумулятора
Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.
На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.
Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.
Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.
Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.
Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.
Как работает зарядное устройство
Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.
Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов
Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.
Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.
Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.
Зарядные конструкции для автомобильных АКБ
Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.
Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.
Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.
Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.
Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:
контролировать и стабилизировать ток заряда;
учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.
Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:
1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;
2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);
3. повторный заряд разряженного аккумулятора.
При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.
Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.
График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.
В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.
Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.
Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:
восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;
достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;
образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;
достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.
Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов
Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:
1. иметь постоянную величину;
2. или изменяться во времени по определенному закону.
В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.
Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.
На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.
Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.
Принципы создания схем для зарядных устройств
Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.
Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:
1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;
2. применения электронных трансформаторов;
3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.
Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для , частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.
Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением
Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.
Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:
1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;
2. диодного моста без сглаживания пульсаций;
3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.
Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.
Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.
Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.
Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.
Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.
Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.
Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.
Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.
Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.
Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.
Схемы с электронным трансформатором
Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.
Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения
При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.
На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.
Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.
Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и , пропускающий импульсы тока одной полярности.
Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.
Но, они молчат о том, что:
открытая проводка 220 представляет ;
нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.
При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.
Наш совет: не пользуйтесь этим методом!
Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.
Рано или поздно автомобиль может перестать заводиться из-за низкого заряда аккумулятора. Долгая эксплуатация приводит к тому, что генератор больше не способен заряжать батарею. В таком случае нужно обязательно держать под рукой хотя бы самое простое зарядное устройство
для автомобильного аккумулятора.
Сейчас на смену обычным трансформаторным зарядкам приходит новое поколение усовершенствованных моделей. Большой популярностью среди них пользуются импульсные и автоматические ЗУ.
Ознакомимся с принципом их работы, а те, кто уже хочет мастерить — переходите
Импульсные зарядки для АКБ
В отличие от трансформаторного, импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора обеспечивает полный заряд. Однако, его главные преимущества заключаются в простоте использования, значительно меньшей цене и компактном размере.
Заряд аккумулятора импульсными устройствами осуществляется двумя этапами: сперва при постоянстве напряжения, а затем при постоянстве тока (часто процесс зарядки автоматизируется). В основном современные зарядные устройства состоят из однотипных, но очень сложных схем, поэтому в случае их поломки неопытному владельцу лучше приобрести новое.
Кислотно – свинцовые аккумуляторы очень чувствительны к температуре. При жаркой погоде уровень заряда батареи не должен быть ниже 50%, а в условиях сурового мороза не ниже 75%. В противном случае аккумулятор может перестать работать, поэтому потребуется его подзарядка. Импульсные устройство очень хорошо подходят для этого и не портят аккумулятор.
Автоматические ЗУ для автомобильных аккумуляторов
Неопытным водителям лучше всего подойдет автоматическое зарядное устройство
для автомобильного аккумулятора. Оно имеет ряд функций и защит, которые известят Вас о неправильном подключении полюсов и запретят подачу электрического тока.
Некоторые устройства рассчитаны на измерение емкости и уровня заряда аккумулятора, поэтому их применяют для зарядки аккумуляторных батарей любого типа.
Электрические схемы автоматических устройств содержат специальный таймер, благодаря которому можно осуществлять несколько различных циклов: полную зарядку, быструю подзарядку и восстановление аккумулятора. После завершения процесса устройство проинформирует об этом и отключит нагрузку .
Очень часто из-за неправильной эксплуатации аккумулятора на его пластинах образуется сульфитация. Цикл заряда-разряда не только избавляет батарею от появившихся солей, но и продлевает срок ее службы.
Не смотря на низкую цену современных ЗУ, случаются моменты, когда под рукой не оказывается должной зарядки. Поэтому вполне реально сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками. Рассмотрим несколько примеров самодельных устройств.
Зарядка для АКБ из блока питания компьютера
У кого-то могут оставаться старые компьютеры с рабочим блоком питания, из которого можно получить отличное зарядное устройство. Оно подойдет практически для любых АКБ.
Схема простого зарядного устройства из блока питания компьютера
Практически у каждого блока питания на месте DA1 стоит ШИМ — контроллер на микросхеме TL494 или аналогичной ей KA7500. Для заряда аккумулятора требуется ток в размере 10% от полной емкости батареи (обычно от 55 до 65А*ч), поэтому любой БП мощностью свыше 150 Вт способен выработать его. Изначально нужно выпаять ненужные провода с источников -5 В, -12 В, +5 В, +12 В.
Далее необходимо выпаять резистор R1, который заменяется подстроечным резистором с наивысшим значением 27 кОм. Напряжение с шины +12 В будет передаваться на верхний вывод. Затем от основного провода отключается 16 вывод, а 14 и 15 просто перерезаются на месте соединения.
Примерно таким должен быть БП на начальной стадии переделки.
Теперь на задней стенке блока питания устанавливается потенциометр-регулятор тока R10, и пропускаются 2 шнура: один сетевой, другой для подключения к клеммам АКБ . Рекомендуется заранее приготовить блок резисторов, с помощью которого подключение и регулировка осуществляется намного удобнее.
Для его изготовления параллельно соединяются два токоизмерительных резистора 5W8R2J мощностью 5 Вт. В итоге суммарная мощность достигает 10 Вт, а необходимое сопротивление равно 0,1 Ом . Для настройки зарядного устройства на эту же плату закрепляют подстроечный резистор. Необходимо удалить некоторую часть печатной дорожки. Это поможет исключить возможность появления нежелательных связей между корпусом устройства и основной цепью. Обратить на это внимание следует по 2 причинам:
Электрические соединения и плата с блоком резисторов устанавливаются согласно вышеуказанной схеме.
Выводы 1, 14, 15, 16 на микросхеме сначала следует облудить, а потом подпаять многожилистые тонкие провода.
Полный заряд будет определяться напряжением холостого хода в пределах от 13, 8 до 14,2 В . Его необходимо выставить переменным резистором при среднем положении потенциометра R10. Для подключения выводов к клеммам АКБ на их концы устанавливаются зажимы типа «крокодил». Изоляционные трубки на зажимах должны быть разного цвета. Обычно красный цвет соответствует «плюсу», а черный – «минусу». Не стоит путаться с подключением проводов, иначе это приведет к порче прибора .
В конечном итоге зарядное устройство для автомобильного аккумулятора из бп компьютера должно выглядеть примерно так.
Если зарядное устройство будет применяться исключительно для зарядки аккумуляторной батареи, то можно отказаться от вольт- и амперметра. Чтобы задать начальный ток достаточно использовать отградуированную шкалу потенциометра R10 со значением 5,5-6,5 А. Почти весь процесс зарядки не требует человеческого вмешательства.
Зарядное устройство такого типа исключает возможность перегрева или перезарядки АКБ.
Простейшее ЗУ с использованием адаптера
В роли источника постоянного тока здесь выступает приспособленный 12-вольтовый адаптер
. На этот случай схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора не потребуется.
Главное учесть важную особенность – напряжение источника питания должно быть равным напряжению самого аккумулятора , в противном случае батарея не будет заряжаться.
Конец провода адаптера обрезается и оголяется до 5 см. Далее провода с разноименными зарядами отдаляются друг от друга на 40 см. Затем на конец каждого провода одевается «крокодил» (тип зажимов), каждый из которых должен отличаться по цвету, чтобы избежать путаницы с полярностью. Зажимы последовательно подключают к аккумулятору («от плюса к плюсу», «от минуса к минусу») и после этого включают адаптер.
Сложность заключается только в выборе правильного источника питания. Также стоит обратить внимание на то, что в процессе аккумулятор может перегреться. В таком случае нужно прервать зарядку на некоторое время.
Ксеноновая лампа один из лучших источников света для авто. Узнайте, какой штраф за ксенон перед тем, как его устанавливать.
Установить парктроник сможет каждый желающий. Убедиться в этом можно на этой странице . Переходите и узнайте, как установить парктроник самому.
Многими водителями доказано, что полицейский радар «Стрелка» не прощает ошибок. По этой ссылке /tuning/elektronika/radar-detektor-protiv-strelki.html можно узнать, какие радар-детекторы смогут уберечь водителя от штрафа.
Зарядное устройство из бытовой лампочки и диода
Для создания нехитрого ЗУ потребуется несколько простых элементов:
- бытовая лампочка мощностью до 200 Вт. От ее мощности зависит скорость подзарядки аккумулятора – чем выше, тем быстрее ;
- полупродниковый диод, проводящий электричество только в одном направлении. В качестве такого диода можно использовать зарядку от ноутбука ;
- провода с клеммами и штекер.
Схема подключения элементов и процесс зарядки АКБ наглядно продемонстрированы на этом видео.
При правильной настройке схемы лампочка будет гореть в полнакала, а если она совсем не горит, то значит нужно доработать схему. Возможно, лампочка не будет гореть в случае полного заряда АКБ, что является маловероятным (на клеммах напряжение высокое, а значение тока маленькое).
На зарядку уходит примерно 10 часов, по истечению которых обязательно отключите зарядное устройство от сети, иначе перегрев аккумулятора приведет к выходу его из строя.
В экстренных случаях подзарядить аккумулятор можно с помощью достаточно мощного диода и обогревателя методом тока от сети. Последовательность подключения к сети должна быть следующая: диод, обогреватель, аккумулятор. На такой способ уходит большое количество электроэнергии, а КПД значительно мал – 1%. Это самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора можно считать самым простым, но крайне ненадежным.
Заключение
На создание самого простого зарядного устройства, которое не будет портить Ваш аккумулятор, потребуется немало технических знаний. Сейчас на рынке представлен широкий выбор зарядок
с большим функционалом и простым интерфейсом для работы.
Поэтому при возможности лучше иметь при себе надежное устройство с гарантией того, что аккумуляторная батарея не будет подвергаться риску и продолжит стабильную работу.
Взгляните на это видео. На нем показан еще один способ быстро зарядить АКБ своими руками.
Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят током, значение которого можно определить по формуле
где I - средний зарядный ток, А., а Q - паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.
Классическая зарядного устройства для автомобильного аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы тока.
В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.
Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная такого устройства приведена на рис. 2.
В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен.
Недостатком на Рис. 2 является необходимость обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (~ 18÷20В).
Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена на Рис. 3.
Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.
Выключателями Q1 - Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.
Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания К2, которое должно срабатывать при напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью заряженной батареи.
На Рис. 4 представлена еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения.
Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда аккумулятора 10А, устанавливается амперметром. устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями F1 и F2.
Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4), размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:
В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором.
Названное обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором (тиристором).
Примечание:
Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.
Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. такого устройства показана на рис. 5.
В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1 - VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого зарядного устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор с пластмассовой осью).
Вариант печатной платы зарядного устройства на рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:
Примечание:
Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8 необходимо установить на радиаторы.
В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3 типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта (КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.). Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.
Тема автомобильных зарядных устройств интересна очень многим. Из статьи вы узнаете, как переделать компьютерный блок питания в полноценное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов. Оно будет представлять собой импульсное зарядное устройство для аккумуляторов с емкостью до 120 А·ч, то есть зарядка будет довольно мощной.
Собирать практически ничего не нужно – просто переделывается блок питания. К нему добавится всего один компонент.
Компьютерный блок питания имеет несколько выходных напряжений. Основные силовые шины имеют напряжение 3,3, 5 и 12 В. Таким образом, для работы устройства понадобится 12-вольтовая шина (желтый провод).
Для зарядки автомобильных аккумуляторов напряжение на выходе должно быть в районе 14,5-15 В, следовательно, 12 В от компьютерного блока питания явно маловато. Поэтому первым делом необходимо поднять напряжение на 12-вольтовой шине до уровня 14,5-15 В.
Затем, нужно собрать регулируемый стабилизатор тока или ограничитель, чтобы была возможность выставить необходимый ток заряда.
Зарядник, можно сказать, получится автоматическим. Аккумулятор будет заряжаться до заданного напряжения стабильным током. По мере заряда сила тока будет падать, а в самом конце процесса сравняется с нулем.
Приступая к изготовлению устройства необходимо найти подходящий блок питания. Для этих целей подойдут блоки, в которых стоит ШИМ-контроллер TL494 либо его полноценный аналог K7500.
Когда нужный блок питания найден, необходимо его проверить. Для запуска блока нужно соединить зеленый провод с любым из черных проводов.
Если блок запустился, нужно проверить напряжение на всех шинах. Если все в порядке, то нужно извлечь плату из жестяного корпуса.
После извлечения платы, необходимо удалить все провода, кроме двух черных, двух зеленого и идет для запуска блока. Остальные провода рекомендуется отпаять мощным паяльником, к примеру, на 100 Вт.
На этом этапе потребуется все ваше внимание, поскольку это самый важный момент во всей переделке. Нужно найти первый вывод микросхемы (в примере стоит микросхема 7500), и отыскать первый резистор, который применен от этого вывода к шине 12 В.
На первом выводе расположено много резисторов, но найти нужный - не составит труда, если прозвонить все мультиметром.
После нахождения резистора (в примере он на 27 кОм), необходимо отпаять только один вывод. Чтобы в дальнейшем не запутаться, резистор будет называться Rx.
Теперь необходимо найти переменный резистор, скажем, на 10 кОм. Его мощность не важна. Нужно подключить 2 провода длиной порядка 10 см каждый таким образом:
Один из проводов необходимо соединить с отпаянным выводом резистора Rx, а второй припаять к плате в том месте, откуда был выпаян вывод резистора Rx. Благодаря этому регулируемому резистору можно будет выставлять необходимое выходное напряжение.
Стабилизатор или ограничитель тока заряда очень важное дополнение, которое должно иметься в каждом зарядном устройстве. Этот узел изготавливается на базе операционного усилителя. Тут подойдут практически любые «операционники». В примере задействован бюджетный LM358. В корпусе этой микросхемы два элемента, но необходим только один из них.
Пару слов о работе ограничителя тока. В этой схеме операционный усилитель применяется в качестве компаратора, который сравнивает напряжение на резисторе с низким сопротивлением с опорным напряжением. Последнее задается при помощи стабилитрона. А регулируемый резистор теперь меняет это напряжение.
При изменении величины напряжения операционный усилитель постарается сгладить напряжение на входах и сделает это путем уменьшения или увеличения выходного напряжения. Тем самым «операционник» будет управлять полевым транзистором. Последний регулирует выходную нагрузку.
Полевой транзистор нужен мощный, поскольку через него будет проходить весь ток заряда. В примере используется IRFZ44, хотя можно использовать любой другой соответствующих параметров.
Транзистор обязательно устанавливается на теплоотвод, ведь при больших токах он будет хорошенько нагреваться. В этом примере транзистор просто прикреплен к корпусу блока питания.
Печатная плата была разведена на скорую руку , но получилось довольно неплохо.
Теперь остается соединить все по картинке и приступить к монтажу.
Напряжение выставлено в районе 14,5 В. Регулятор напряжения можно не выводить наружу. Для управления на передней панели имеется только регулятор тока заряда, да и вольтметр тоже не нужен, поскольку амперметр покажет все, что надо видеть при зарядке.
Амперметр можно взять советский аналоговый или цифровой.
Также на переднюю панель был выведен тумблер для запуска устройства и выходные клеммы. Теперь можно считать проект завершенным.
Получилось несложное в изготовлении и недорогое зарядное устройство, которое вы можете смело повторить сами.
Прикрепленные файлы :
26 ноября 2016Автолюбители, не меняющие машины каждые 2 года, рано или поздно сталкиваются с разрядкой аккумуляторной батареи. Это случается как по причине ее износа, так и по вине других элементов бортовой электросети. Чтобы и дальше эксплуатировать аккумулятор, нужно постоянно его подзаряжать. Вариантов здесь два: купить для этой цели прибор заводского изготовления либо собрать зарядное устройство (ЗУ) для автомобиля своими руками.
Кратко о заводских моделях зарядников
В торговой сети продается 3 вида приборов, предназначенных для восстановления источников питания авто:
- импульсные;
- автоматические;
- трансформаторные зарядно-пусковые аппараты.
Первый тип ЗУ способен полностью заряжать батареи с помощью импульсов в двух режимах – сначала при постоянном напряжении, а потом – при неизменном токе. Это наиболее простые и доступные по цене изделия, пригодные для подзарядки всех типов автомобильных аккумуляторов. Автоматические модели устроены сложнее, зато не требуют присмотра в процессе работы. Невзирая на более высокую цену, подобные ЗУ – лучший выбор для водителя – новичка, поскольку благодаря системам защиты никогда не перегреют и не испортят батарею.
Недавно в продаже появились мобильные приборы, оснащенные собственным аккумулятором, передающим заряд автомобильному при необходимости. Но их тоже придется периодически заряжать от электросети 220 В.
Мощные трансформаторные аппараты, способные не только подзаряжать источник питания, но и вращать стартер машины, больше относятся к профессиональным установкам. Такой зарядник, хоть и обладает широкими возможностями, стоит немалых денег, поэтому рядовым пользователям малоинтересен.
Но как поступить, когда аккумулятор уже разрядился, зарядки дома еще нет, а завтра нужно ехать на работу? Разовый вариант – обратиться к соседям или знакомым за помощью, но лучше смастерить примитивное ЗУ своими руками.
Из чего должен состоять прибор?
Основными элементами любого заряжающего устройства являются:
- Преобразователь сетевого напряжения 220 В – катушка либо трансформатор. Его задача – обеспечить напряжение, приемлемое для подзарядки батареи, составляющее 12-15 В.
- Выпрямитель. Он превращает переменный ток бытовой электросети в постоянный, необходимый для восстановления заряда аккумулятора.
- Выключатель и предохранитель.
- Провода с клеммами.
Заводские аппараты дополнительно оснащаются приборами для измерения напряжения и тока, защитными элементами и таймерами. Самодельное зарядное устройство тоже можно усовершенствовать до уровня заводского при условии, что вы владеете познаниями в электротехнике. Если вам знакомы только азы, то в домашних условиях сможете собрать следующие примитивные конструкции:
- зарядку из адаптера для ноутбука;
- зарядник из деталей от старой бытовой техники.
Подзарядка с помощью адаптера для ноутбука
В устройствах для питания ноутбуков уже встроен преобразователь и выпрямитель. Вдобавок там есть элементы стабилизации и сглаживания выходного напряжения. Чтобы использовать их в качестве заряжающего прибора, следует проверить величину этого напряжения. Она должна составлять не менее 12 В, иначе автомобильный аккумулятор на зарядится.
Для проверки необходимо вставить вилку адаптера в розетку и соединить плюсовую клемму вольтметра с контактом, находящимся внутри круглого штекера. Минусовый контакт расположен снаружи. Если вольтметр показал 12 В и более, то подключите адаптер к батарее следующим образом:
- Возьмите 2 медных провода, зачистите их концы и прикрепите к контактам штекера.
- «Минусовую» клемму аккумулятора присоедините к проводу от наружного контакта адаптера.
- Провод от внутреннего контакта подключите к «плюсовой» клемме.
- В разрыв «плюсового» провода поставьте маломощную автомобильную лампочку на 12 В, она послужит балластным сопротивлением.
- Откройте крышку батареи либо отвинтите пробки и включите адаптер в сеть.
Такая зарядка для аккумулятора автомобиля не способна восстановить полностью «севший» источник питания. Но если заряд был утрачен частично, то за несколько часов батарею удастся подзарядить, чтобы завести двигатель.
В качестве заряжающего устройства допускается применение других типов адаптеров, дающих на выходе напряжение 12-15 В.
Негативный момент: если внутри батареи замкнули «банки», то маломощный адаптер может быстро выйти из строя, а вы останетесь без машины и ноутбука. Поэтому стоит внимательно наблюдать за процессом первые полчаса и при перегреве немедленно отключить зарядку.
Сборка ЗУ из старых радиодеталей
Вариант с адаптерами не годится для постоянного применения, поскольку есть риск испортить приспособление, притом, что скорость зарядки довольно низкая. Более мощный и надежный зарядник получится из деталей старых телевизоров и ламповых радиоприемников, хотя для его изготовления придется потрудиться. Для сборки схемы понадобится:
- силовой трансформатор, понижающий напряжение до 12-15 В;
- диоды серий Д214…Д243 – 4 шт.;
- конденсатор электролитический номиналом 1000 мкФ, рассчитанный на 25 В;
- старый тумблер (220 В, 6 А) и гнездо для предохранителя на 1 А;
- провода с разъемами типа «крокодил»;
- подходящий металлический корпус.
Первым делом необходимо проверить напряжение на выходе трансформатора, подключив первичную (силовую) обмотку к электросети и снимая показания с концов других обмоток (их бывает несколько). Выбрав контакты с подходящим напряжением, остальные откусите либо заизолируйте.
Подойдет вариант с напряжением 24…30 В, если 12 В отсутствует. Его удастся снизить наполовину, изменив схему.
Самодельное зарядное устройство для аккумулятора собирайте в таком порядке:
- Установите трансформатор в металлический корпус, туда же поместите 4 диода, прикрученных гайками к листу гетинакса либо текстолита.
- К силовой обмотке трансформатора через выключатель и предохранитель подключите сетевой кабель.
- Спаяйте диодный мост по схеме и присоедините его проводами ко вторичной обмотке трансформатора.
- На выходе диодного моста поставьте конденсатор, соблюдая полярность.
- Подключите зарядные провода с «крокодилами».
Для контроля напряжения и тока желательно установить в ЗУ показывающий амперметр и вольтметр . Первый включается в цепь последовательно, второй – параллельно. Впоследствии вы сможете усовершенствовать аппарат, добавив ручной регулятор напряжения, контрольную лампу и реле безопасности.
Если трансформатор выдает до 30 В, то вместо диодного моста поставьте 1 диод, подключенный последовательно. Он «выпрямит» переменный ток и уменьшит его вдвое – до 15 В.
Скорость зарядки аккумулятора самодельным аппаратом зависит от мощности трансформатора, но она будет намного выше, чем при подзарядке адаптером. Недостаток устройства, сделанного своими руками, заключается в отсутствии автоматики, отчего процесс придется контролировать, чтобы не выкипел электролит и батарея не перегрелась.
