Схемы зарядных устройств на однополупериодном выпрямителе. Однополупериодный зарядник – my home version
В начале сего проекта, как и любого стоящего дела, было слово – в виде широко известной статьи «Зарядное на однополупериодном выпрямителе». Дело же началось после того, как в моем распоряжении оказался подходящий понижающий трансформатор.
Как видно из фотографии, выходное напряжение и мощность трансформатора идеально подходят для реализации схемы, а наличие дополнительных отводов во вторичной обмотке значительно расширили возможности устройства.
Перво-наперво был решен вопрос подключения первичной обмотки. Для этого был использован пластиковый бокс для автоматических выключателей серии ВА47; в дне бокса были сделаны дополнительные отверстия под контактные винты. Крепление к крышке трансформатора – с помощью двух саморезов. В качестве элемента защиты – все тот же ВА47-29 на ток 1А, конденсатор С1 также расположился внутри бокса.
«Низкая сторона» выпрямителя смонтирована на каркасе, собранного из куска ламината и двух полосок жести; сверху крепится к трансформатору штатными ботами, снизу – двумя саморезами.
К сожалению, у меня не нашлось более подходящего амперметра, чем грубый автомобильный гальванометр со средней точкой:
Однако, как показала практика, его вполне достаточно для того, чтобы приблизительно судить о зарядном токе. В случае необходимости всегда можно подключить более точный выносной амперметр.
Переключатель в положении «Б» обеспечивает максимальный ток, что соответствует параметрам зарядки 12-вольтовых автомобильных аккумуляторов. В положении «М» можно использовать любое из оставшихся трех напряжений вторичной обмотки, достаточно перекинуть провода на нужные контакты.
В принципе, можно было и вовсе обойтись без переключателя, но, переделывать готовую конструкцию я не стал.
В особых случаях для подстройки тока параллельно цепи минусового провода был подключен резистор ПЭВ на номинал 22 Ома с возможностью регулировки сопротивления и выведен на отдельную клемму «Р».
Правда, пользоваться пока что им не приходилось: имеющихся диапазонов напряжений мне вполне хватает не только для подзарядки автоаккумулятора, но и для регенерации, скажем, батарей шуруповерта и шахтерского фонаря. Ручка была сделана уже под занавес из первого попавшегося под руку «стройматериала».
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.
При нормальных условиях эксплуатации, электрическая система автомобиля самодостаточна. Речь идет об энергоснабжении – связка из генератора, регулятора напряжения, и аккумуляторной батареи, работает синхронно и обеспечивает бесперебойное питание всех систем.
Это в теории. На практике, владельцы автомобилей вносят поправки в эту стройную систему. Или же оборудование отказывается работать в соответствии с установленными параметрами.
Например:
- Эксплуатация аккумуляторной батареи, которая исчерпала свой ресурс. Элемент питания «не держит» заряд
- Нерегулярные поездки. Длительный простой автомобиля (особенно в период «зимней спячки») приводит к саморазряду АКБ
- Автомобиль используется в режиме коротких поездок, с частым глушением и запуском мотора. АКБ просто не успевает подзарядиться
- Подключение дополнительного оборудования увеличивает нагрузку на АКБ. Зачастую приводит к повышенному току саморазряда при выключенном двигателе
- Экстремально низкая температура ускоряет саморазряд
- Неисправная топливная система приводит к повышенной нагрузке: автомобиль заводится не сразу, приходится долго крутить стартер
- Неисправный генератор или регулятор напряжения не позволяет нормально заряжать аккумулятор. К этой проблеме относятся изношенные силовые провода и плохой контакт в цепи заряда
- И наконец, вы забыли выключить головной свет, габариты или музыку в автомобиле. Для полного разряда аккумулятора за одну ночь в гараже, иногда достаточно неплотно закрыть дверь. Освещение салона потребляет достаточно много энергии.
Любая из перечисленных причин приводит к неприятной ситуации: вам надо ехать, а батарея не в силах провернуть стартер. Проблема решается внешней подпиткой : то есть, зарядным устройством.
Во вкладке четыре проверенных и надежных схем зарядных устройств для автомобиля от простой до самой сложной. Выбирай любую и она будет работать.
Простая схема зарядного устройства на 12В.
Зарядное устройство с регулировкой тока зарядки.
Регулировка от 0 до 10А осуществляется изменением задержки открывания тринистора.
Схема зарядного устройства для аккумулятора с самоотключением после зарядки.
Для заряда аккумуляторов емкостью 45 ампер.
Схема умного зарядного устройства, которое предупредит о не правильном подключении. 
Его совершенно несложно собрать своими руками. Пример зарядного устройства сделанного из бесперебойника.
Простое в изготовлении зарядное устройство позволяет восстановить техническое состояние автомобильного аккумулятора за ночь.
Характеристика устройства
- Напряжение сети, В......180-230
- Мощность трансформатора, Вт......30-100
- Напряжение аккумуляторов, В......6/12
- Ток заряда макс, средний, А......2
- Ток заряда импульсный макс, А......5
- Ток разряда, мА......30-50
- Время восстановления, ч......6-12
- Аккумулятор......а) открытого типа; б) закрытого типа; в) гелиевый
- Емкость аккумулятора, а*час......от 10 до 240
Длительное хранение или эксплуатация автомобильных аккумуляторов приводит к возникновению на пластинах и на клеммах кристаллического сульфата свинца, который препятствует нормальной эксплуатации аккумулятора. При плохом контакте клеммы аккумулятора, покрытые сульфатом, можно почистить напильником с крупной насечкой или наждачной бумагой, а вот снять сульфат с пластин аккумулятора таким методом невозможно. Из-за высокого внутреннего сопротивления, созданного плохой проводимостью кристаллов сульфата, машина, возможно, и заведется, но не более одного раза.
В зимнее время, при повышенной вязкости масел заводка двигателя практически невыполнима.
Высокое внутреннее сопротивление снижает напряжение на клеммах аккумулятора, при подключении нагрузки - ниже допустимых пределов, стартер при таком напряжении источника тока не в состоянии провернуть вал двигателя. Надеяться, что аккумулятор восстановится в пути, при таком состоянии пластин нереально. Если рассматривать генератор автомобиля как источник питания, зарядить аккумулятор возможно, а вот снять кристаллизацию пластин он не сможет в полном объеме из-за недостаточного напряжения генератора и постоянного, по форме, тока трехфазного генератора.
Поверхностная (рабочая) сульфатация пластин снимается при рабочем напряжении зарядки аккумулятора в 13,8-14,2 В, а внутренняя кристаллизация пористой структуры пластин на такое напряжение слабо реагирует из-за высокого сопротивления кристаллов и низкого напряжения заряда.
Для восстановления пластин - снятия кристаллизации - требуется нестандартное напряжение источника тока заряда с возможностью регенерации пластин.
Добавлять напряжение генератора автомобиля ни в коем случае нельзя - из-за опасности повреждения электрического и электронного оборудования автомобиля нестандартным напряжением.
Выход прост - восстановить аккумулятор внешним зарядным устройством с повышенным напряжением источника тока. К таким приборам относятся импульсные зарядные устройства.
Хорошо ускоряет восстановление пластин аккумуляторов наличие разрядной составляющей тока величиной, не превышающей 10% от зарядного тока.
Средний ток заряда при снятии сульфатации пластин не превышает рекомендуемый для заряда заводом -изготовителем, а напряжение заряда в импульсе превышает стандартное почти в два раза, что ускоряет перевод кристаллов сульфата свинца в аморфный свинец. Время импульса невелико и такая зарядка с восстановлением не приводит к излишнему нагреву аккумулятора и короблению пластин.
Импульсное восстановление позволяет продлить срок эксплуатации аккумулятора и восстановить его рабочее состояние. Устранение крупнокристаллической сульфатации элементов аккумулятора снижает внутреннее сопротивление до рабочего состояния, устраняется саморазряд и межэлектродные замыкания, повышается напряжение под нагрузкой, что облегчает запуск автомобиля.
Предлагаемое зарядное устройство позволяет выполнить эти условия. Данное устройство не предназначено для питания радиоэлектронных устройств.
Принципиальная схема
Принципиальная схема зарядного устройства (рис. 1) состоит из силового трансформатора Т1 с внешними цепями коммутации SA1 и защиты от перегрузки FU1.
Выходные обмотки трансформатора коммутируются переключателем SA2 в зависимости от напряжения заряжаемого аккумулятора GB1. Выпрямитель импульсного тока VD1 выполнен на одном диоде для выполнения требуемой технологии восстановления пластин аккумулятора.
Разрядный ток небольшой амплитуды создается цепью, состоящей из диода VD2, обратной полярности и ограничительного резистора R1, назначение которого - ускоренное восстановление пластин аккумулятора.
Второе назначение этой цепи в схеме - устранение перемагничивание железа трансформатора Т1 от действия однополупериодного выпрямителя на диоде VD1.
При этом снижается необходимость в установке в схеме трансформатора повышенной мощности, устраняется перегрев, повышается КПД.
Двухполупериодные диодные мосты, используемые в заводских зарядных устройствах, из-за отсутствия временного разрыва между импульсами зарядного тока не позволяют вести рекристаллизацию пластин, что приводит к преждевременному электролизу электролита, кипению и нагреву аккумулятора. При использовании аккумуляторов с гелиевым наполнителем или отсутствием воздушных пробок (закрытого типа) это недопустимо, из-за возможной разгерметизации корпуса.
Однополупериодная импульсная схема восстановления, с перерывами между импульсами, равными по времени периоду положительного импульса тока, снижает температуру электролита и увеличивает время на рекомбинацию (перестроение) ионов электролита. Разрядная составляющая тока восстановления позволяет ионам электролита накапливать потенциальную энергию, направленную на расплавление "застарелых" кристаллов сульфата свинца.
Контроль зарядного тока выполнен на гальваническом приборе РА1 с внутренним шунтом. Индикация включения выполнена на светодиоде красного свечения HL1, по его яркости также можно судить о напряжении заряда и наличии тока в цепи заряда. Конденсатор С1 в первичной цепи обмотки трансформатора и конденсатор С2 в цепи нагрузки снижают уровень помех, возникающих при переключении тока выпрямительным диодом VD1, VD2.
Аккумулятор GB1 подключается к зарядному устройству с помощью зажимов типа "Крокодил".
Восстановление аккумулятора возможно производить без снятия с автомобиля, предварительно положительную клемму питания автомобиля нужно отключить.
Детали устройства
В схеме зарядного устройства на однополупериодном выпрямителе отсутствуют покупные радиодетали, используются от отслуживших свой срок электронных приборов.
Силовой трансформатор Т1 использован от ламповых радиоприемников: железо предварительно разбирается, сетевая обмотка используется без изменений, повышающая и накальная аккуратно удаляются послойно - перекусыванием кусачками витков, вместо них наматывается новая обмотка проводом сечением 0,5-0,6 мм до заполнения с отводом (примерно) от середины. Проводится обратная сборка железа. Несколько Ш-образных листов не войдут из-за отсутствия стяжки - это не повлияет на характеристики трансформатора. При подключенном сетевом напряжении вторичное напряжение на отводах должно быть в пределах 8-10 В и 16-20 В.
Коммутационные переключатели SA1, SA2 использованы от сетевых тумблеров на ток в 3 А. Импульсный диод VD1 - диоды КД202-248. Диод VD2 - Д7, Д226, КД226. В крайнем случае, используются кремневые выпрямительные диоды от компьютерных блоков питания. Конденсатор С1 типа К17 с напряжением 250-400 В. Светодиод индикации HL1 допустимо установить любого свечения. При отсутствии в наличии амперметра указанного тока, используется любой гальванометр от магнитофонов (индикация выходного сигнала) с искусственным шунтом в виде спирали из проволоки диаметром 0,6-1 мм - 10 витков на каркасе диаметром 1,6 см. В разрыв положительной шины зарядного тока подключается временно тестер и сверяются показания зарядного тока. Количество витков обмотки шунта необходимо подогнать по показаниям действующего амперметра.
Зарядка аккумулятора
Наличие амперметра позволяет отследить процесс рекристаллизации пластин - в начальный момент ток заряда имеет минимальное значение, далее по мере очистки пластин электродов от кристаллизации ток возрастет до максимального значения и через время, определяемое состоянием аккумулятора, ток начнет падать практически до нулевого значения, что и будет индикацией окончания восстановления аккумулятора.
При неверной полярности подключения аккумулятора GB1 светодиод гореть не будет, стрелка амперметра повернется влево - на разряд. Продолжительно, в неверном подключении, аккумулятор держать нельзя, незаряженное состояние может привести к переполюсовке электродов и полной невозможности дальнейшего использования аккумулятора.
После нескольких часов восстановления емкости аккумулятора элементы схемы проверяются на нагрев, при удовлетворительных результатах восстановление продолжают.
Ввиду небольшого количества элементов схема собрана в корпусе от блока питания компьютера или типа БП-1 навесным монтажом с установкой тумблеров, светодиода HL1, гальванометра РА1 на передней панели, предохранитель крепится на задней стенке. Диод VD1 устанавливается на радиатор размерами 50*30*20 мм.
Соединение зарядного устройства с аккумулятором выполнено многожильным проводом в виниловой изоляции сечением 2,5 мм.
По окончании зарядки в первую очередь отключается сеть, затем снимаются зажимы с клемм аккумулятора.
Читайте и пишите полезные
