Пристрій для зарядки акумуляторних батарей.

Дотримання режиму експлуатації акумуляторних батарей, і зокрема режиму зарядки, гарантує їх безвідмовну роботу протягом усього терміну служби. Зарядку акумуляторних батарей виробляють цілком певним струмом значення якого можна визначити за формулою

I = 0,1 Q – для кислотних акумуляторних батарей або

I = 0,25 Q – для лужних акумуляторних батарей.
Тут Q-паспортна електрична ємність акумуляторної батареї в ампер-годинах, I – середній зарядний струм в амперах.

Встановлено, що зарядка надмірно великим струмом призводить до деформації пластин акумуляторів і навіть руйнування їх; зарядка малим струмом викликає сульфатацію пластин і зниження ємності акумуляторної батареї. Зарядний струм, рекомендований в інструкції з експлуатації акумуляторної батареї, забезпечує оптимальне протікання електрохімічних процесів у ній і нормальну роботу протягом тривалого часу. Ступінь зарядженості акумуляторної батареї можна контролювати як за значенням щільності електроліту і напрузі (для кислотних), так і по напрузі (для лужних) на полюсних висновках.


Рис. 1. Спрощена схема зарядного пристрою

Закінчення зарядки кислотної акумуляторної батареї визначають за такими ознаками: напруга на кожному акумуляторі батареї досягає 2,5 … 2,6 В; щільність електроліту досягає певного значення і більше не змінюється; відбувається рясне газовиділення – електроліт "кипить"; електрична ємність, повідомлена батареї, на 15 … 20% більше ємності, відданої в процесі розрядки.

Кислотні акумуляторні батареї чутливі до недозарядкам і перезарядки, тому своєчасно треба закінчувати їх зарядку.

Лужні акумуляторні батареї менш критичні до режиму експлуатації. Для них закінчення зарядки характеризується встановленням на кожному акумуляторі напруги 1,6 … 1,7 В і повідомленням батареї 150 … 160% ємності, відданої нею в процесі розрядки.

Зарядний пристрій зазвичай складається з понижуючого трансформатора, випрямляча і регулятора струму зарядки. В якості регуляторів струму звичайно використовують дротові реостати і транзисторні стабілізатори струму. В обох випадках на цих елементах виділяється значна теплова потужність, що знижує ККД зарядного пристрою і збільшує ймовірність виходу його з ладу.

Для регулювання зарядного струму можна використовувати магазин конденсаторів, що включаються послідовно з первинної (мережевий) обмоткою трансформатора і виконують функцію реактивних опорів, що гасять надлишкова напруга мережі. Спрощена схема такого пристрою наведена на рис. 1. У ньому теплова (активна) потужність виділяється лише на діодах V1 – V4 випрямні мосту і в трансформаторі, тому нагрів пристрої незначний. Струм заряджання акумуляторної батареї GB1 підтримується на певному рівні. У процесі зарядки напруга на батареї збільшується, а струм, поточний через неї, прагне зменшитися. Але при цьому зростає опір первинної обмотки трансформатора Т1, напруга на ній збільшується, в результаті чого струм через батарею GB1 змінюється незначно.

Як показують розрахунки, найбільше значення струму через акумуляторну батарею при заданій ємності конденсатора С1 буде при рівності падінь напруги на цьому конденсаторі та первинної обмотці трансформатора. Первинну обмотку розраховують на повне напруга мережі для більшої надійності пристрою і застосування готових понижувальних трансформаторів. Вторинну обмотку розраховують на напругу в півтора рази більше, ніж номінальна напруга навантаження.

Відповідно до цих рекомендацій і розрахунками було зібрано пристрій, що забезпечує зарядку 12-вольтів акумуляторних батарей струмом до 15 А, причому струм зарядки можна змінювати від 1 до 15 А ступенями через 1 А. Передбачена можливість автоматичного вимкнення пристрою, коли батарея повністю зарядиться. Пристрій не боїться короткочасних коротких замикань в ланцюзі навантаження і обривів в ній.

Його схема наведена на рис.2. Магазин конденсаторів складається з конденсаторів С1 – С4, сумарна ємність яких складає 37,5 мкФ. Тумблер і S2-S5 можна підключати різні комбінації конденсаторів і тим самим регулювати струм зарядки. Наприклад, для струму зарядки, рівного 11 А, необхідно замкнути контакти тумблерів S2, S3 і S5.


Рис. 2. Схема зарядного пристрою

Як працює пристрій? Припустимо, що до затискачів Х2 і ХЗ підключена акумуляторна батарея і тумблерами S2-S5 встановлений потрібний зарядний струм. У цьому випадку при натисканні кнопки S1 "Пуск" спрацює реле К1, контактами До 1.1 воно заблокує кнопку S1, a контактами К1.2 підключить до батарей для зарядки ланцюг автоматичного відключення пристрою. Контакти К1.2 необхідні для того, щоб батарея не розряджається після відключення пристрою від мережі через діод V6 і резистори R3-R5. Змінним резистором R4 встановлюють поріг спрацювання реле К2.-воно має спрацьовувати при напрузі на гніздах Х2 і ХЗ, рівному напрузі повністю зарядженої батареї). Коли напруга батареї досягне заданого значення, відкриються стабілітрон V10 і транзистор V9. При цьому спрацює реле К2, яке контактами К2.1 знеструмить обмотку реле К1, а воно, відпускаючи, контактами К1.1 розірве ланцюг живлення пристрою. При порушенні контакту в ланцюзі навантаження напруга на гніздах Х2 і ХЗ різко зросте, від чого також спрацює реле К2 і відключить пристрій від мережі.

Аварійне відключення пристрою відбувається при будь-якому положенні движка змінного резистора R4. Але такі випадки небажані, оскільки протягом часу спрацювання реле К2 і відпускання реле К1 конденсатори С1 – С4 будуть знаходитися під підвищеним напругою (перевищує мережеве). Тому зарядний пристрій слід включати в мережу лише після того, як акумуляторна батарея під'єднана до вихідних гнізд. При короткому замиканні в ланцюзі навантаження струм через гнізда Х2 і ХЗ дещо збільшується, але для пристрою це не страшно.

Всі постійні резистори пристрою – типу МЛТ-0, 5; змінний резистор R4 – типу СП-1. Замість транзистора КТ801 (V8) можна застосувати КТ602, КТ603, П702 з будь-якими буквеними індексами, замість транзистора МП38А (V9) – КТ315, КТ312, КТ601 – КТ603 з будь-якими буквами. Вимірювальні прилади РА1 і PU1 – типу М5-2, розраховані відповідно на струм 30 А і напруга 30 В. Реле К1 – типу PC-13 (паспорт РС4.523.029), його контакти К1.1 – паралельно з'єднані три групи контактів. Можливе застосування реле типу МКУ-48, розрахованого на змінну напругу 220 В. У цьому випадку потреба в діод V1 і конденсаторі С5 відпадає. Реле К2 – типу РЕЗ-22 (паспорт РФ4.500.129). Діоди Д305 двухполуперіодного випрямляча встановлені на радіаторі з поверхнею охолодження 300 см 3 , Від радіатора вони електрично ізольовані слюдяними прокладками. Радіатор кріпиться до шасі з дюралюмінію, яке є ніби продовженням радіатора.

Замість діодів Д305 можна застосувати Д214, Д242, але в цьому випадку в три-чотири рази зросте теплова потужність, розсіюють на них, тому розміри радіатора доведеться збільшити. Конденсатори С1 – С4 складені з паралельно з'єднаних конденсаторів КБГ-МН, МБГЧ, МБГО, МБГП, МБМ відповідних ємностей. Номінальна напруга конденсаторів КБГ-Мн і МБГЧ, розрахованих на роботу в ланцюгах змінного струму, повинно бути не менше 350 В, всіх інших типів конденсаторів – не менше 600 В. Конденсатори С5 – С7 – типів К50-3, ЕГЦ. Тумблери S2 т S5 – типу ТВ2-1 -2 або ТП 1 -2.

Мережевий трансформатор Т1 виконаний на магнітопроводі ШЛ32Х32. Обмотка 1 містить 880 витків дроту ПЕВ-1 0,86, обмотка II – 95 витків дроту ПБД 2,63. Вторинну обмотку можна виконувати кількома проводами меншого діаметру, складеними разом.

В якості корпусу зарядного пристрою можна використовувати металеву коробку розмірами 360Х220Х220 мм, просвердливши в її стінках отвору для вільної циркуляції повітря.

Налагодження змонтованого пристрою зводиться до підбору шунт амперметра РА1 на ток 30 А і підбору ємностей конденсаторів С1 – С4, що забезпечують необхідні зарядні струми.

Під час зарядки 12-вольтів акумуляторних батарей струмом 15 А ККД пристрою досягає 75%, а температура всередині корпусу після 10 год безперервної роботи не піднімається вище 40 ° С.

Такий пристрій можна застосовувати і для зарядки акумуляторних батарей з напругою менше 12 В, наприклад мотоциклетних. Але тоді написи біля тумблерів S2 – S5 не будуть відповідати фактичним значенням зарядних струмів. Фактичний зарядний струм в цьому випадку не повинен перевищувати 15 А.

Цей зарядний пристрій можна доповнити вимірником заряду, повідомленого акумулятора. Принцип роботи такого вимірювача заряду може бути заснований на перетворенні напруги в частоту (схеми перетворювачів "Напруга – частота" нерідко наводяться в журналі "Радіо"). А напруга слід знімати з резистора невеликого опору (0,05 … 0,1 Ом), включеного в ланцюг зарядки акумулятора. При наявності цифрового лічильника заряду нескладно забезпечити автоматичне відключення пристрою від мережі при повідомленні батареї заданого заряду.