Каталог радиолюбительских схем

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

К. Казьмин

Предлагаемое автоматическое зарядное устройство предназначено для зарядки аккумуляторных батарей автомобилей.

Практика эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей показывает, что в городских условиях разрядка аккумулятора при пуске двигателя от стартера не восполняется полностью из-за малых расстояний пробега и, как результат этого, понижается плотность кислоты, а это неизбежно приводит к сульфатации пластин. При сульфатации увеличивается внутреннее сопротивление батареи, что приводит к недозарядке аккумулятора при нормальной работе генератора и, следовательно, к более глубокой сульфатации пластин и понижению емкости батареи. При снижении емкости батареи плохо заводится двигатель, особенно в зимнее время. Это вынуждает пользоваться стартерным режимом многократно и тогда восстановления емкости при малых пробегах, ожидать не приходится. Процесс этот сначала идет медленно, но после второго года эксплуатации батареи начинает ускоряться. При обнаружении слабой зарядки владелец автомобиля увеличивает натяжение пружины реле-регулятора для увеличения напряжения генератора, что приводит к перезарядке батареи, и осыпание пластин неизбежно.

При длительном бездействии аккумулятора в зимнее время, при ремонтных работах аккумулятор разряжается, а при несвоевременной зарядке протекают процессы, о которых говорилось выше.

Зарядка аккумуляторов от обычного выпрямителя зачастую ведется бесконтрольно и приводит к перезарядке аккумулятора и осыпанию положительных пластин.

В результате этих основных и других сопутствующих причин аккумуляторные батареи автомобилей отрабатывают гарантийный срок и выходят из строя, в то время как ресурс работы стационарных свинцовых аккумуляторов 16...18 лет.

Известны автоматические зарядные устройства для аккумуляторов, в которых устройство, включенное для зарядки батареи вручную, автоматически отключается от сети при достижении напряжения, соответствующего полностью заряженной батарее. Однако такие устройства имеют существенный недостаток — для последующей зарядки их необходимо включать вручную.

Предлагаемый зарядный автомат отличается от известных тем, что после автоматического отключения полностью заряженной батареи он, при снижении напряжения на батарее до установленного уровня, автоматически подключается, и батарея снова будет доведена до полного заряженного состояния. Этот цикл будет повторяться до тех пор, пока автомат не будет отключен от сети вручную.

Устройство рассчитано для зарядки аккумуляторов любых автомобилей и мотоциклов с напряжением бортовой сети 12,6 В и номинальным током до 6 А, позволяет регулировать режим зарядки в широких пределах, что дает возможность заряжать аккумуляторные батареи различных типов.

Для зарядки аккумуляторов с номинальным зарядным током более 6 А никаких изменений в схему вносить нелребуется, кроме замены силового трансформатора на более мощный, со вторичной обмоткой, рассчитанной на необходимый ток зарядки.

Принципиальная схема зарядного автомата приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема зарядного автомата

Устройство может работать в двух режимах: ручном и автоматическом. В среднем положении переключателя S2 прибор отключается от сети.

Силовой выпрямитель выполнен по мостовой схеме на диодах V1...V4, переключателе S3 (для регулирования зарядного тока) и конденсаторе С1. Узел А1 — блок включения, выполнен на транзисторах V6...V8, стабилитроне V5 и реле К1. Узел А2 — блок выключения, выполнен на транзисторах V16...V18, стабилитроне V15 и реле К2. Этот блок питается от стабилизированного выпрямителя, собранного на диодах V10...V13 (по мостовой схеме), конденсаторе С8 и стабилитроне V14, поддерживающем напряжение 12 В. Узлы включения и выключения собраны по одинаковым схемам, но имеют разные параметры входных цепей и настраиваются на разные пороги срабатывания. Эти блоки не критичны к параметрам деталей и потому в них можно применить резисторы с отклонением от номинала до 20 % и низкочастотные транзисторы, перечень которых приведён в табл. 1.

Таблица 1.

Блок включения А1 работает следующим образом. Этот блок питается от аккумуляторной батареи и при напряжении выше выбранного предела, например 12,9 В, стабилитрон V5 пропускает ток, транзистор V6 открыт, a V7 и V8 закрыты. Реле К1 обесточено, контакты К1.1 и К1.2 разомкнуты. При разрядке батареи напряжение на ней постепенно снижается и при достижении 12,9 В стабилитрон V5 закрывается. Транзистор V6 тоже закрывается, а транзисторы V7 и V8 открываются и реле К1 срабатывает. Своими контактами К1.1 оно подключает трансформатор к сети, а контактами К1.2 включает питание блока А2. При включении блока А2 срабатывает реле К2 и своими контактами К2.1 и К2.2 самоблокирует питание этого узла. Начинается зарядка батареи, и напряжение на ней возрастает. Это приводит к тому, что стабилитрон. V5 начинает пропускать ток и открывает транзистор V6, a V7 и V8 закрываются. Реле К1 обесточится и разомкнет контакты K1.1 и К1.2. блок включения А1, выполнив свою задачу, переходит в сторожевой режим, а зарядное устройство остается включенным в сеть через контакты К2.1 и К2.2 реле К2.

Блок выключения А2 работает следующим образом. Во время зарядки, когда напряжение на батарее ниже 14,5 В, стабилитрон V15 не пропускает тока, транзистор V16 закрыт, а транзисторы V17 и V18 открыты. Реле К2 находится под током и своими контактами К2.1 и К2.2 обеспечивает питание узла А2. Напряжение на батарее постепенно возрастает, и при достижении 14,5 В стабилитрон У15 начнет пропускать ток и откроет транзистор V16. В результате этого транзисторы V17 и V18 закроются, обесточится реле К2 и контактами K2.1 отключит автомат от сети, а контактами K2.2 отключит цепи узла А2, через которые может происходить разрядка батареи.

Так как блок включения А1 питается от аккумулятора и находится в сторожевом режиме, то, когда напряжение на аккумуляторной батарее снова снизится до 12,9 В, сработает, как описано выше, реле К1 и своими контактами снова включит автоматическое зарядное устройство для зарядки аккумуляторной батареи. Далее цикл повторится. .

Использование автоматического зарядного устройства обеспечивает поддержание аккумуляторной батареи в рабочем состоянии на весь период ее эксплуатации и, что особенно важно, срок службы автомобильного аккумулятора увеличивается до 6...7 лет. Отпадает необходимость многие часы находиться в гараже для наблюдения за зарядкой аккумулятора. Следует только следить за своевременной доливкой дистиллированной воды.

Все транзисторы электронных блоков А1 и А2 работают в ключевых режимах.

Таблица 2

Для настройки блока включения А1 следует установить переключатель S2 в положение «Автомат», переключатель S4 в положение «Работа», подстроечный резистор R3 в верхнее по схеме положение. К выходным клеммам Х2 подключить источник постоянного напряжения 12,9 В. Вилку шнура включить в сеть 220 В. После этого медленным вращением ручки подстроечного резистора R3 добиться автоматического включения устройства. Затем переключатель S2 установить в среднее положение и снова поставить, в положение «Автомат», при этом устройство должно выключиться и снова автоматически включиться. Если этого не произойдет, то следует передвинуть движок резистора R3 вниз по схеме. Эти операции следует проделать несколько раз, добиваясь четкого срабатывания блока включения А1 при напряжении 12,9 В.

Настройка блока выключения А2 ведется следующим образом. Установить переключатель S2 в положение «Автомат», переключатель S4 — в положение «Настройка», построечный резистор R11 установить в нижнее по схеме положение. Кратковременным нажатием кнопки S1 включить автомат в сеть. Подстроечным резистором R9 установить по шкале прибора PU1 напряжение, соответствующее полностью заряженной батарее, т. е. 14,5 В. Затем медленным вращением оси подстроечного резистора R11 добиться автоматического выключения устройства. После этого, не меняя положения, движка резистора R11, установить резистор R9 в нижнее по схеме положение. Кратковременным нажатием кнопки S1 включить зарядное устройство в сеть и медленным вращением оси резистора R9 добиться отключения автомата от сети. Момент отключения контролируется по прибору PU1. Если момент отключения будет при напряжении меньше 14,5 В, то следует передвинуть движок резистора R11 вверх по схеме, а при большем — вниз. Эти операции надо проделать несколько раз, добиваясь четкого срабатывания блока выключения А2 при напряжении 14,5 В. После этого автоматическое зарядное устройство готово выполнять свои функции.

В устройстве могут быть применены следующие элементы: резистор R8—МЛТ-2, остальные — МЛТ-0,5, переменные — СП-0,5 или СПО-0,5, конденсаторы С2 и С4 — МБМ-160, кнопка SI — KM1-2 или П2К, тумблер S2 — П2Т-1 со средним положением, переключатель S3—11ПМК1Н или П2Г1, тумблер S4 — МП1-2. Типы и номиналы деталей приведены на рис. 1 и в табл. 1. В табл. 1 указаны возможные замены. Намоточные данные силового трансформатора для различных, типов магнитопроводов даны в табл. 2 (провод марки ПЭВ-2). Коэффициент передачи по току транзисторов должен быть не хуже 40, при этом с большим коэффициентом следует взять для V6 и V16. При использовании стабилитронов, приведенных в разделе замены, несколько ухудшается температурная стабильность настройки блр-ков. Если есть реле РСМ1 с другими параметрами обмотки, то, удалив старую обмотку, следует намотать проводом ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм до заполнения каркаса.

Рис. 2. Схема подключения измерительного прибора

Рис. 3. Передняя панель устройства

Лучшие результаты можно получить, если намотать обмотку реле типа РВМ-2-С проводом ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм до заполнения каркаса, удалив старую обмотку. Амперметр любого типа на постоянный ток 5...6 А.

Вольтметр можно применить также любой на постоянное напряжение 20 В. Однако налаживание и эксплуатация устройства значительно облегчатся и улучшатся, если вольтметр сделать с растянутой шкалой. Для его изготовления пригоден микроамперметр любого типа со шкалой на 50 или 100 мкА. Для градуировки шкалы такого вольтметра надо подключить измерительный прибор по схеме, приведенной на рис. 2, к источнику постоянного тока с регулируемым напряжением в пределах 10...16 В. Установив напряжение 16 В, подбором резистора R2 добиться отклонения стрелки измерительного прибора на последнее деление шкалы. Затем, снижая напряжение через один вольт, нанести остальные деления. Десятичные доли вольта нанести путем равномерного их распределения в одновольтовом делении. Следует отметить, что у вольтметра с растянутой шкалой стрелка начнет отклоняться от нулевого деления при напряжении около 11В.

Сопротивление резистора R2 при применении прибора Ц24М составляет около 1,2 кОм, при применении прибора М4200 — 4,7 кОм. После градуировки шкалы прибора желательно детали- R1, R2 и V1 смонтировать внутри корпуса прибора.

Зарядное устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 250x150X120 мм, на передней панели которого (250x150) размещены органы управления и измерительные приборы (рис. 3). Выпрямительной- блок смонтирован на теплоотводе в виде алюминиевой плас* тины размером 75X75 мм и толщиной 4 мм. Все детали силового блока изолированы от радиатора слюдяными прокладками. Электронные блоки А1 и А2 смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Рисунок печатной платы и размещение деталей показаны на рис. 4.

Рие. 4,
а - Печатная плата устройства (зеркально); б - Расположение деталей на плате

При эксплуатации следует соблюдать следующие правила. Сетевой шнур должен иметь хорошую и неповрежденную изоляцию, а провода для подключения аккумулятора— иметь мощные зажимы с маркировкой «+» и «—». Нельзя устанавливать предохранитель F1 на ток более 1 А.

Для включения зарядного устройства в работу надо зажимы Х2 соединить с клеммами аккумулятора, установить переключатель S2 в положение «Автомат», переключатель S4 в положение «Работа» и включить вилку сетевого шнура в сеть. Еели напряжение на аккумуляторной батарее меньше 12,9 В, автомат сам включится и начнется зарядка батареи. В противном случае следует кратковременно нажать кнопку «Пуск» S1. Переключателем S3 установить необходимую силу зарядного тока. В дальнейшем автоматическое зарядное устройство будет работать, как изложено выше.

При необходимости прекратить работу устройства во время зарядки в режиме «Автомат» надо переключатель S2 установить в среднее положение, а уже затем отсоединить аккумулятор от зажимов Х2.

Следует помнить, что зарядка аккумулятора большим током увеличивает толщину активного слоя на положительных пластинах и тем самым ускоряет их разрушение. Зарядка же малым током вреда не приносит, но требует больше времени. Для аккумуляторов емкостью 40...60 А*ч вполне достаточен зарядный ток 1...2 А, а длительность зарядки не играет роли, так как при использовании автомата контроль не требуется.

Режим «Ручной» ничем не отличается от работы общеизвестных зарядных выпрямителей. Надо установить переключатель S2 в положение «Ручной» и переключателем S3 добиться необходимого тока зарядки по амперметру РА. Когда напряжение достигнет 14,5... 14,7 В, следует отключить устройство, поставив переключатель S2 в среднее положение. При зарядке аккумулятора в режиме «Ручной» нельзя оставлять аккумулятор без контроля, так как перезарядка приводит к быстрому разрушению, пластин и выходу аккумулятора из строя.

Литература

1.Радио, 1975, № 12, с. 44—46.

2.Радио, 1976, № 6, с. 42—43.

3.В помощь радиолюбителю. Вып. 62.— М.: ДОСААФ, 1978, с. 50—54.

4.В помощь радиолюбителю. Вып. 55.—М.: ДОСААФ, 1976, с. 59—60.

ВРЛ №87, с. 51-59