Автоматична тренування акумуляторів.

У літературі на дану тему опубліковано багато різних конструкцій на найрізноманітнішої елементній базі, але раніше на цю тематику був ряд конструкцій, які не заслужено забуті. Однією з таких конструкцій є описуваний прилад для автоматичної тренування акумуляторів, що отримав диплом за друге місце на 32-й радіовиставке творчості радіоаматорів. Даний прилад призначений для обслуговування кислотних акумуляторних батарей з номінальною напругою 12 В і ємністю від 40 до 100, А / г. Основне "захворювання" таких батарей – сульфатація, що викликає підвищення внутрішнього опору і зниження ємності батареї [1-4]. Один з найбільш відомих методів боротьби з сульфатаціей полягає в періодичній (1-2 рази на рік) розрядки батареї малим струмом (не більше 0,05 її ємності) і подальшої зарядці її таким же струмом [1-3].

Менш відомий спосіб десульфатаціі, що передбачає зарядку акумуляторної батареї циклами: 6 … 8 год зарядки струмом 0,04 … 0,06 від значення ємності з перервою не менше 8 год, Протягом перерви електродні потенціали на поверхні і в глибині активної маси пластин акумуляторів вирівнюються, більш щільний електроліт з пір пластин дифундує в міжелектродному простір, при цьому напруга акумулятора знижується, а щільність електроліту збільшується.

У пропонованому приладі використаний псевдокомбінірованний спосіб, при якому проводиться розрядка до напруги на кожному акумуляторі 1,7 … 1,8 В, а потім наступна зарядка циклами. Критерієм, використовуваним при управлінні процесом зарядки, є напруга на акумуляторної батареї, функціонально пов'язане зі ступенем зарядженості її [5]. Зарядка в кожному циклі закінчується при досягненні на клемах батареї напруги 14,8 … 15 В, а поновлюється при зниженні його до 12,8 … 13 В. Про такому способі зарядки розказано в статті [6].

Прилад для автоматичної тренування акумуляторів (Пата) проводить розрядку батареї до напруги 10,5 … 10,8 В, автоматично перемикається на режим зарядки і здійснює її циклами, як зазначено вище.

Прилад працює в трьох режимах:

  • У першому режимі ("1Ц") можливі два варіанти: або зарядка циклами, або розрядка до напруги 10,5 … 10,8 В, а потім зарядка циклами.
  • У наступному режимі ("NЦ") відбувається багаторазовий перехід від зарядки до розрядки при досягненні на клемах акумуляторної батареї напруги 14,8 … 15 В і від розрядки до зарядці при напрузі на клемах 10,5 … 10,8 В.
  • Третій режим ("НЗ") відповідає роботі звичайного зарядного пристрою без автоматики. Розрядиться батарея струмом 2 … 1,7 А, а заряджається струмом 2 або 5 А (у першому випадку він змінюється від 2 до 1,5 А, у другому – від 5,8 до 4,5 А).

Прилад живиться від мережі змінного струму напругою 220 В і споживає не більше 25 Вт при відсутності зарядки і не більше 180Вт при максимальному зарядному струмі. Принципова схема приладу приведена на мал.1. Понижуючий трансформатор Т1 забезпечує на вторинній обмотці змінну напругу близько 19 В.

За допомогою діодів VI) I VD4 виходить пульсуюче напруга амплітудою близько 27 В, а після діода VD5 на конденсаторі С1 утворюється постійна напруга близько 26 В, необхідну для живлення вузла автоматики. Пульсуюче напруга подається на анод тріністора VS1. Якщо на керуючий електрод тріністора подати відповідну напругу, тріністор відкриється і пропустить струм для зарядки акумуляторної батареї через лампи HL2-HL6 і вимикач SA3. Струм заряджання обмежується лампами розжарювання HL6 (в режимі "2А") або HL4-HL6 (в режимі "5А"). Розрядиться батарея через транзистор VT13 і резистори R25, R26.


Рис.1.

Управляються тріністор і транзистор VT13 вузлом автоматики. Він містить джерело зразкового напруги (резистор R15, діоди VD9, VD10), пороговий вимикач розрядки (транзистори VT7, VT8, резистори R17-R20), підсилювач сигналу розрядного струму (транзистори VT10-VT12), пороговий перемикач зарядки (транзистори VT3-VT6 з відповідними резисторами, включаючи R13, R16), підсилювач сигналу зарядного струму (транзистори VT1, VT2) і елементи заборони сигналу зарядки (діод VD7, транзистор VT9).

Робота приладу

Пороговий перемикач розрядки підключений до вихідних затискачів приладу XT3, XT4, призначеним для підключення акумуляторної батареї. Наявне на них напруга є одночасно і годує і контрольованим напругою вимикача. Радіоаматорам відомий аналог тріністора, що складається з двох транзисторів різної структури. Аналог здатний за зовнішнім сигналом переходити у відкрите стан і зберігати його, поки хоча б один з транзисторів знаходиться в насиченні.

Вимкнення настає при зниженні струму до порогового значення, коли обидва транзистора виходять з насичення. Межовий вимикач виконаний з аналогічними зв'язками, але не безпосередніми, а через резистори, причому емітер одного з транзисторів підключений до зразкового напрузі, а база – до дільнику напруги. Завдяки цьому пороговий вимикач має температурною стабільністю напруги порога вимкнення. Налаштовують вимикач на порогове напруга (10,5 … 10,8 В) підлаштування резистором R19.

Підсилювач сигналу розрядного струму складається з ланцюжка транзисторів з низкою структурою. Транзистори працюють у ключовому режимі. Робота одного з них (VT11) поставлена в залежність від наявності напруги 26 В. Це зроблено для припинення розрядки батареї в разі аварійного вимкнення мережевої напруги. Пороговий перемикач зарядки складається з транзисторного підсилювача (VT6), тригера Шмітта (VT3, VT4) та ключового транзистора (VT5). Останній призначений для усунення впливу нижнього порогу перемикання (резистор R13) на верхній (резистор R16).

Підсилювач зарядного струму, як і розрядного, складається з ланцюжка транзисторів різної структури, що працюють у ключовому режимі. При цьому колекторний струм транзистора VT1 може протікати через базову ланцюг транзистора VT2, коли закрито транзистор VT9 (тобто немає розрядки). Діод VD7 підвищує надійність закривання транзистора VT2 при відкриванні транзистора VT9 (коли йде розрядка батареї і струм через керуючий електрод тріністора не повинен протікати).

Діод VD8 захищає керуючий електрод тріністора від зворотного струму, який міг би бути при вимиканні мережі та підключення акумуляторної батареї. Ланцюжок С2, R29, VD11 потрібна для випадку зарядки глибоко розрядженою або сульфатованих батареї, коли на її клемах може виникнути пульсуюче напруга. Завдяки діоди VD11 на конденсаторі С2 виявляється згладжені напруга. Без цього ланцюжка викиди напруги могли б завчасно вивести пороговий вимикач з режиму зарядки.

Конденсатор С3 грає роль своєрідного акумулятора і використовується для контролю справності приладу. У положенні "Контроль" вимикача SA3 він може заряджатися лише через діод VD12 і резистор R34, а розряджатися через вузол автоматики. Оскільки в режимах "1Ц" і "ИЦ" процеси зарядки і розрядки відбуваються з періодом повторення близько 1с, на вольтметри PU1 спостерігаються коливання стрілки, що відображають напруги порогів перемикання і керованість всіх ланцюгів зарядки і порогового вимикача. Затискачі ХТ1 і XT2 з напругою 12,6 В призначені для підключення вулканізатора, лампи підсвічування, малогабаритного паяльника і другий навантаження потужністю до 100 Вт. Розглянемо більш детально роботу приладу в різних режимах при установці вимикача SA3 в положення "Контроль" (акумуляторна батарея не підключена).

У режимі "1Ц" після подачі на блок напруги на конденсаторі С3 напруга не підвищується, тому що відсутній струм бази транзистора VT1. Щоб забезпечити початкові умови роботи, перемикачем SA1 короткочасно встановлюють режим "НЗ" і повертають у положення "1Ц". Після цього пороговий перемикач починає працювати, забороняючи зарядку при підвищенні напруги на конденсаторі вище встановленого максимуму (14,8 … 15В) і дозволяючи, якщо воно стало нижче встановленого мінімуму (12Д.13В).

При перекладі перемикача SA1 в режим "1Ц" на колектор транзистора VT8 подається через діод VD6 напруга, і пороговий вимикач спрацьовує, припиняючи розрядку. При цьому відкритий транзистор VT9 забороняє зарядку, і конденсатор С3 розряджається через вузол автоматики до напруги 10,5 … 10,8 В. Після перекидання порогового вимикача транзистор VT9 закривається, колекторний струм транзистора VT1 протікає через діод VD7 і базову ланцюг транзистора VT2. Цей транзистор, а слідом за ним і тріністор відкриваються. Через конденсатор С3 протікає зарядний струм, і напруга на конденсаторі підвищується до 14,8 … 15 В.

Під час зазначеного контролю залишаються неперевіреними елементи розрядки, оскільки такі дефекти, як обрив у ланцюгах транзисторів VT11-VT12,?, Ніяк не відіб'ються на свідченнях вольтметра PU1. Для контролю роботи цих елементів вимикач SA3 встановлюють у положення "Робота" – тоді в режимі "ИЦ" конденсатор СЗ буде розряджатися в основному через транзистор VT13. В результаті почне блимати лампа HL7 "Розрядка", засвідчуючи про справність ланцюгів розрядки.

Аналогічно працює прилад з підключеною акумуляторною батареєю. У режимі "1Ц" відразу починається зарядка циклами (мається на увазі, що напруга батареї не перевищує порогового напруги 12,8 … 13 В). Горить лампа HL2 при зарядному струмі 2 А чи HL3 при струмі 5 А. Натисканням кнопкового вимикача SB1 "Розрядка" на запускає вхід порогового вимикача подається напруга, у результаті чого він спрацьовує. Розрядка індиціюється лампою HL7.

У режимі "NЦ" при підключенні акумуляторної батареї робота може розпочатися як з зарядки, так і з розрядки – в залежності від того, в якому режимі у момент включення знаходився пороговий вимикач. При бажанні встановити якийсь конкретний режим, перемикач SA1 спочатку встановлюють у положення "1Ц", а після цього – в положення "NЦ". У режимі неавтоматичного зарядки ("НЗ") контакти перемикача блокують пороговий вимикач, і тріністор управляється безпосередньо від джерела постійного струму.


Рис. 2. Зовнішній вигляд приладу

Деталі

Які деталі використані в приладі? Постійні резистори R25, R26 – осклованих дротові типу ПЕВ-10, решта – МЛТ зазначеної на схемі потужності, підлаштування резистори R13, R16, R19 – типу ППЗ або інші. Крім зазначених на схемі, транзистори VT1, VT6, VT7, VT10 можуть бути П307, П307В, П309; VT2 – ГТ403А, ГТ403В-ГТ403Г; VT3, VT4, VT8, VT9S VT11 – МП20, МП20А, МП20Б, МП2Л, МП21А-МП21Е; VT5, VT1'2 – KT603A9 KT608A, КТ608Б; VT13 – будь-який із серій П214-П217. Діоди VD1-VD4 можуть бути, крім зазначених на схемі, Д242, Д243, Д243А, Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247; VD5 – КД202Б-КД202С; VD6, VD7 – Д223А, Д223Б, Д219А, Д220; VD8, VD11, VD12 – Д226В-Д226Д, Д206-Д211; замість стабілітронів Д808 підійдуть Д809-Д813, Д814А-Д814Д. Тріністор може бути КУ202А-КУ202Н.

Конденсатори С1, С3 – К50-6; С2 – К50-15. Лампи HLI-HL3, HL7 – CM28, HL4-HL6 – автомобільні на напругу 12В і потужність 50 + 40 Вт (використовується нитка на 50 Вт). Вимикач Q1 – тумблер ТБ (ТП), вимикачі SA2, SA3 – тумблери ВБТ, кнопковий вимикач SB1 – КМ-1, перемикач SA1-типу пкг (3П3Н). Трансформатор Т1 – готовий, ТН-61-220/127-50 (номінальна потужність 190 Вт). Вольтметр постійного струму – типу М4200 зі шкалою на 30В.

Застосування деталей на сучасній елементній базі зменшить габарити приладу і поліпшить його технічні характеристики.

Конструкція

Конструкція приладу показана на мал. 2 і 3. Основою його є заснування розмірами 240X225 мм з дюралюмінію товщиною 3 мм. До основи прикріплені лицьова панель, монтажна плата з деталями вузла автоматики, конденсатори С1, СЗ, трансформатор харчування, задня й бічна монтажні плати.


Рис. 3. Вид на монтаж приладу

На лицьовій панелі розташовані органи управління та індикації, а також затискачі ХТ1, ХТ2. На задній монтажній платі, виготовленої з склотекстоліти товщиною 3 мм (розміри плати 105 х 215 мм), змонтовані діоди VD1-VD4 (на ребристих радіаторах), діод VD5, тріністор (на ребристому радіаторі), транзистор VT13 (на П-образному радіаторі), резистори R25, R26 лампи HL4-HL6. На бічній монтажній платі, встановленої поруч з трансформатором, змонтовані резистори R11, R29, R32-R34, діоди VD8, VD11, VD12, конденсатор С2У підстроєні резистори.

Для підключення акумуляторної батареї через отвір у лицьовій панелі виведений шланг з двома товстими дротами й маркованими (знаками "+" і "-") затискачами на кінцях. Зверху блок прикритий кожухом, виготовленим з листового алюмінію. Креслення плати вузла автоматики наведено на рис.4. До основи її кріплять за допомогою двох Г-образних куточків-кронштейнів.

Налаштування

Для налагодження приладу знадобляться регульоване джерело постійного струму з максимальною напругою 15В і струмом навантаження не менше 0,2 А, контрольний вольтметр або сигнальна лампа на напругу 27 В.


Рис. 4. Друкована плата (а) вузла автоматики і розташування деталей на ній (б)

Перед налагодженням движки підлаштування резисторів встановлюють в положення максимального опору, контрольний вольтметр або сигнальну лампу підключають між виведенням 2 плати вузла автоматики і загальним проводом (зажим ХТ4), а джерело живлення підключають (з дотриманням полярності) до вихідних затискачів приладу.

Перемикач SA1 встановлюють у положення "1Ц", вимикач SA3 – в положення "Контроль". Вихідна напруга джерела постійного струму повинно бути 14,8 … 15 В. Після включення приладу в мережу на контрольному вольтметри повинно бути напруга близько 26 В. Плавно переміщаючи движок підлаштування резистора R16, домагаються, щоб контрольне напруга впало стрибком до нуля.

Встановлюють на джерелі напруга 12,8 … 13В і плавно переміщають движок резистора R13 до появи на контрольному вольтметри стрибком напруги 26 В. Натискають кнопку SB1 – контрольоване напруга знову має впасти до нуля. Встановивши на джерелі напруга 10,5 … 10,8 В, переміщують движок резистора R19 до появи на контрольному вольтметри напруги 26В. Після цього слід перевірити і при необхідності підібрати точніше рівні спрацьовування автомата при зміні напруги джерела живлення.

Установка верхнього порогу 15В не викликає википання електроліту після повної зарядки батареї, тому що батарея в цьому випадку включається автоматом на зарядку на 8 … 10 хв і відключається приблизно на 2 год Спостереження показали, що при роботі в такому режимі навіть протягом декількох місяців рівень електроліту в банках акумуляторів не знижується.

А. Коробков

Література:

  1. Ільїн М. М. Електроустаткування автомобілів. – М.: Транспорт, 1974. "2. Вершигора В. А. Автомобілі ВАЗ .- М.: Транспорт, 1974.
  2. Алексахін К. Експлуатація та зберігання акумуляторів. – Радіо, 1963, № 4.
  3. Галкін Ю. М Електроустаткування автомобілів і тракторів. – М.: Машинобудування, 1967.
  4. 3ороховіч А. Є. Пристрої для заряду і розряду акумуляторних батарей. – М.: Енергія, 1975.
  5. Wittke А. – Automatisches Ladegerat fur Autoakus .- Funk-schau, 1978, № 25,

ПР96

Джерело матеріалу