Пускові пристрої промислового виготовлення нерідко мають малою потужністю і недостатньо надійні в експлуатації. Найпростіші самостійно виготовлені схеми автомобільних пускових пристроїв, що складаються тільки з трансформатора і силових випрямних діодів, також мають ряд недоліків.

По-перше, при випадковому короткому замиканні вихідних проводів можна легко пошкодити дорогі випрямні діоди. У разі неправильної полярності підключення такої схеми до акумулятора можна пошкодити бортову електроніку або сам акумулятор.

Крім того, при виготовленні найпростішого пускового пристрою потрібен грамотно вибирати параметри трансформатора (співвідношення числа витків первинної і вторинної обмоток для конкретного типу магнітопровода), щоб він забезпечував струм в навантаження не менше 100 А при осіданні напруги не нижче 10 В.

Усунути всі ці недоліки дозволяє описується нижче пристрій. Його можна також використовувати для підзарядки або тренування акумулятора, а автоматика не допустить перевищення напруги на акумуляторі вище допустимої величини у всіх режимах роботи.

Електрична схема забезпечує стабілізацію вихідної напруги і захист по струму від короткого замикання. А при неправильній полярності підключення акумулятора до вихідних клем пристрої не дозволить включити його в роботу.

Для роботи пуско-зарядного пристрою в різних режимах підключення акумулятора виконується до одних і тих же вихідних клем, що дуже зручно при експлуатації. При цьому забезпечується контроль роботи схеми і стану акумулятора за допомогою вольтметра і амперметра, встановлених на передній панелі корпу

 

 

са, рис. 4.13. Розташованими там же регуляторами можна в широких межах змінювати вихідна напруга "U" і ток обмеження (захисту) "I". 4

Пристрій може працювати в трьох режимах, які вибираються перемикачем SA1 ("режим"):

1. ЗАРЯДКА – забезпечується зарядка акумуляторної батареї (АБ) стабільним струмом до моменту, коли напруга на акумуляторі зросте до величини 14,8 В. При цьому струм зарядки може бути встановлений будь-яким в діапазоні 1 … 10 А.

2. ТРЕНУВАННЯ – використовується для запобігання сульфатації пластин акумулятора лри його тривалому зберіганні з залитим електролітом, наприклад в зимовий період. Пристрій дозволяє циклічно виконувати процес заряд-розряд в автоматичному режимі. Струм заряду може встановлюватися від 1 … 10 А, розряду – 0,8 А. Кількість циклів не обмежена.

 

 

3. ПУСК – режим використовується для запуску двигуна автомобіля. При цьому пристрій підключається паралельно з акумулятором і забезпечує струм до 100 А в безперервному режимі. Що дозволяє полегшити запуск двигуна в зимовий період або при зниженій ємності акумулятора в результаті старіння.

Електрична схема зарядно-пускового пристрою, рис. 4.14, складається з наступних частин:

а) силового трансформатора Т1 потужністю близько 1 кВт з випрямлячем, виконаним на тиристорах VS1, VS2;

б) джерела живлення для схеми управління на трансформаторі Т2 і стабілізаторах DA2, DA3;

в) схеми автоматичного керування (DA1. .. DA4, ТЗ);

г) схеми контролю режимів (PV1, підсилювача DA6 для вимірювання струму, РА1, HL1, HL2);

д) блоку живлення та захисту (К1, К2, DA5).

Так як при зарядці автомобільної акумуляторної батареї рекомендують підтримувати середній зарядний струм постійним, як регулюючий елемент використовуються тиристори. Вони одночасно працюють як керовані випрямлячі.

Для зручності виготовлення схема управління живиться від окремого трансформатора Т2. З нього ж знімається і сигнал для синхронізації роботи схеми з частотою мережі (ланцюг з елементів VD6-R28-R33). Напруження +15 В і -15 В, використовувані для живлення схеми управління, стабілізовані на мікросхемах DA2 і DA3.

Блок автоматичного управління працює наступним чином. Сигнал зворотного зв'язку по напрузі (Uoc) з вихідних клем (Х1, Х2) через резистори R1-R4 надходить на вхід інтегратора DA1.1. Вихідна посилена напруга сумується з напругою, встановленим резистором R14, і надходить на вхід DA4/15.

Мікросхема DA4 (КР1114ЕУ4) призначена спеціально для побудови імпульсних схем управління, що дозволяє значно спростити пристрій. Вона містить повний набір функціональних вузлів для виконання широтно-імпульсного управління (рис. 4.15) і всередині має: прецизійний джерело опорного напруги +5 В (ІОН); підсилювачі помилки (1 і 2), компаратори (3 і 4), схеми управління вихідним каскадом на транзисторах і генератором пилоподібного напруги. Частота генератора задається зовнішнім резистором R30 і конденсатором С15. Робота автогенератора синхронізується з частотою мережі за допомогою транзистора VT1, сигнал на відкривання якого надходить з випрямляча VD6.

На виході мікросхеми DA4 / 8 формується імпульс напруги, ширина якого залежить від положення регуляторів R19, R14. Так як для відкривання тиристорів досить коротких імпульсів, для їх отримання використовується диференціюються ланцюг C18-R45. Ці імпульси посилюються транзисторами VT2, VT3 і через гальванічно розв'язують ланцюга імпульсний трансформатор (ТЗ) надходять на керуючі висновки тиристорів (VS1, VS2).

Функція стабілізації струму виконується таким чином. Сигнал зворотного бвязі по струму (loc), знімається з шунта Rllj, через резистор R5 надходить на вхід інтегратора DA1 / 7. Інтегратор підсилює напругу в 10 разів, а також згладжує пульсацій. Сигнал з виходу DA1/10 змішується з встановленим резистором R14 напругою. Різниця цих напруг надходить на вхід (DA4 / 2) те-коогранічівающего підсилювача. Усередині мікросхеми проводиться порівняння приходять на входи DA4 / 4 і DA4 / 2 сигналів і більший з них безпосередньо впливає на ширину імпульсів управління і, як наслідок, на момент відкриття тиристорів.

Контроль роботи схеми виконується по вольтметру PV1 і амперметра РА1.

Коли пристрій використовується як пускового, амперметр РА1 підключається до шунт перемикачем SA1 безпосередньо. При струмі 100 А напруга на шунт повинно бути 75 мВ і його цілком достатньо для відхилення стрілки приладу на повну шкалу.

У разі ж, коли робочий струм необхідний до 10 А (режим "зарядка" або "тренування"), для його більш точного вимірювання встановлено підсилювач (DA6) з коефіцієнтом 10 і стрілка амперметра РА1 зможе також відхилятися на повну шкалу.

 

 

 

 

 

 

Індикація режиму роботи пристрою здійснюється све-тодіодамі: світіння світлодіода HL1 – робота, HL2 – пристрій вимкнено і йде розряд акумулятора струмом 0,8 А (в режимі тренування).

Блок живлення та захисту починає працювати при правильній полярності підключення акумулятора до клем Х1, Х2. У цьому випадку, якщо включений автомат А1, при натисканні кнопки SB1 за рахунок струму, протікає від акумулятора через обмотку К1, резистор R67 і діод VD22, включиться реле К1 і своїми контактами (К1.1, К1.2) подасть харчування на трансформатор Т1 і схему управління, а також заблокує ланцюг кнопки (К1.3). Неважко помітити, що при неправильній полярності підключення акумулятора діод VD22 буде закритий і не дозволить включитися рел ® К1.

На мікросхемі DA5 зібраний компаратор напруги, який в залежності від обраного перемикачем SA1 режиму управляє алгоритмом роботи пристрою, не допускаючи перевищення напруги на акумуляторі вище заданого (резистором R41) рівні 14,8 В. Це діюче значення – амплітуда буде більше. Ланцюг з R48-VD17 забезпечує гістерезис роботи компаратора.

Розглянемо тепер більш детально особливості роботи за-рядно-пускового пристрою в різних режимах.

 

 

Режим "зарядка"

Необхідний струм заряду в режимі стабілізації струму встановлюється резистором R14 при положенні регулятора напруги R19 на максимум. Контроль зарядного струму виконується по амперметру РА1.

Для здійснення заряду акумуляторну батарею підключають до клем "+" (Х1) і "-" (Х2) пристрою, дотримуючись полярності. При натисканні на кнопку SB1 схема почне працювати. Як тільки вихідний напруга, встановлене резистором R19, перевищить рівень, наявний на акумуляторі, в ланцюзі його заряду від трансформатора (Т1) починає протікати струм через шунт (Rlij), створюючи на ньому напругу. Це напруга попадає на вхід підсилювача-інтегратора зворотного зв'язку по струму DA1.1. Воно буде змінюватися до тих пір, поки не компенсує опорне напруга, встановлене на вході DA4 / 2 (це напруга в свою чергу визначає момент відкривання тиристорів, а значить і струм в силовому ланцюзі).

Таким чином, стабілізація струму або напруги в цьому та інших режимах роботи пристрою являє собою процес встановлення такого моменту відкривання тиристорів, при якому напруга на виході пристрою через ланцюга зворотного зв'язку компенсує опорне напруга в певній точці.

Якщо схема працює в режимі стабілізації струму, то в міру заряду акумулятора напруга на ньому буде зростати. Як тільки воно досягне рівня 14,8 В, компаратор DA5 спрацьовує і сигнал, що надходить з його виходу на вхід DA4 / 4, припиняє формування керуючих відкриванням тиристорів імпульсів.

Режим "тренування"

Процес тренування в основному аналогічний процесу зарядки за винятком того, що коли перемикач SA1 встановлений у відповідний режим – компаратор DA5 стежить за рівнем напруги на акумуляторі і при його перевищенні величини 14,8 В подає сигнал замикання на вхід DA4 / 4. Що призводить до зникнення імпульсів (DA4 / 8), керуючих відкриванням тиристорів. При цьому також відкриється транзистор VT5 і спрацює реле КЗ. Воно своїми контактами К3.1 підключить навантаження (R68) для розряду акумулятора. Резистор R68 забезпечує розрядний струм 0,8 А.

Розряд буде відбуватися до тих пір, поки напруга на акумуляторі не знизиться до величини 10,5 В. Як тільки це відбудеться, на виході компаратора DA5 знову з'явиться нульовий рівень, що вимкне реле КЗ і схема перейде в режим зарядки акумуляторної батареї. Цей процес заряд-розряд буде періодично повторюватися, а кількість циклів не обмежена.

Режим "пуск"

У цьому режимі не тільки обмежується вихідний струм пристрою для того, щоб захистити його від пошкодження, але і рівень вихідної напруги до безпечної для акумулятора і бортовий мережі величини.

Для роботи в цьому режимі регулятор струму R14 встановлюється на максимум, а резистором R19 встановлюємо по приладу PV1 напругу 13 … 14 В.

Тепер можна вставити ключ у замок запалювання автомобіля і провести запуск двигуна. При цьому залежно від умов пуску стрілка РА1 може займати різні положення на шкалі, а його максимальне значення буде відповідати 100 А. Стрілка вольтметра PV1 може відхилятися у бік зменшення.

Особливості збирання і конструкція

Корпус пристрою має розміри 340x240x200 мм і виконаний з листового дюралюмінію. Тиристори VS1 і VS2 встановлюються на радіатори площею близько 1000 см кв. (Стандартні радіатори для цих тиристорів мають якраз таку площу поверхні).

Конструктивно частина деталей, виділена на схемі пунктиром, крім перемикача SA1, розташовується на двосторонній друкованій платі з склотекстоліти товщиною 2,5 … 3,5 мм розміром 145×110 мм, рис. 4.17 … 4.19.

Елементи VD5 і R8, R9 для збільшення щільності монтажу встановлені під Т2, С5, С6 відповідно. Підлаштовані резистори закріплюються на платі один над одним, як це показано на рис. 4.20.

Щоб виключити замикання друкованих провідників при монтажі, під трансформатор ТЗ і підстроєні резистори підкладається діелектрична прокладка. Крім того, на платі необхідно зробити дві об'ємні перемички між висновками DA5/2-DA4/7-VT1/3.

 

 

 

 

 

 

З'єднання «друкованої плати з іншими деталями виконано через роз'єм ХЗ типу РШ2Н-2-15 і контактні пелюстки від будь-якого мініатюрного роз'єму. Сполучні проводи до регуляторів R14 іЯ19 повинні бути в екрані.

Монтаж силової частини (від трансформатора Т1 до тиристорів і клем Х1, Х2) виконується гнучким багатожильним проводом перерізом не менше 8 мм кв., Наприклад марки ПВЗ.

У пристрої мікросхеми можуть бути замінені імпортними аналогами DA1 – рА747С; DA2 – TL494L; DA3 – 78L15; DA4 – 79L15; DA5 – LM211N; DA6 – немає аналогів.

Діоди типу КД521, встановлені на входах мікросхем, запобігають їх випадкове пошкодження в процесі налаштування схеми і можуть бути замінені будь-якими малопотужними імпульсними: КД522, КД510, КД503 та ін

Підлаштовані резистори (R38, R40, R41, R44) для зручності настройки застосовані багатооборотні типу СП5-3, регулювальні R14, R19 типу СПЗ-4а-0, 25 Вт з лінійною характеристикою (А) зміни опору, а решта може бути будь-якого типу, наприклад МЛТ – відповідної потужності.

Полярні конденсатори СЮ, С11, С13, С14 і С17тіпа К50-35; СЗ, С4 типу К42У-2 на 0,015 мкФ на 630 В; решта із серії КЮ або КМ-6.

В якості вимірювальних приладів використані стрілочний вольтметр PV1 і ампе рметр РА1 одного і того ж типу М42301. Так як амперметр має внутрішній шунт – буде потрібно розкрити корпус і його видалити. Адже у схемі для вимірювання струму 100 А використовується зовнішній шунт (Ruj). Шунт Ruj взято стандартний типу 75ШСМ-Ю0-0.5.

 

 

Вмикач А1 (струмовий автомат) – типу АЕ10-31 на струм 10 А, перемикач SA1 типу ПГЗ (ПГ2), кнопка SB1 підійде будь-яка.

Реле К1 типу KP460DC на 12 В (польського виробництва) або аналогічне з трьома групами перемикаючих контактів, розрахованих на струм до 5 А. Реле К2 і КЗ типу РЕС47 паспорт РС4.500.407-01 (РС4.500.407-03).

Для виготовлення Т1 використано трансформаторне залізо з перетином у місці розташування обмотки Sct = 35 см кв. (Вікно має площу Sok = 72 см кв.). Первинна обмотка містить 240 витків проводом ПЕТВ перетином 2,5 мм кв. (Діаметр 1,8 мм), вторинна 22 +22 витка проводом ПШВ-3 перерізом 10 мм кв.

Трансформатор Т2 будь малопотужний (Р – 5 Вт) з напругою у вторинних обмотках 3-4-5 – 18 +18 В, а в 6-7-8 – 10 +10 В, але краще, якщо його конструкція буде передбачати установку на друковану плату.

Імпульсний трансформатор ТЗ виконується на каркасі всередині броньових чашок типорозміру Б28 з фериту марки М2000НМ. Обмотки містять 1-2 – 80 витків, 3-4 – 40 витків проводом ПЕЛШО діаметром 0,35 мм.

Налаштування схеми

Для налаштування необхідні осцилограф, цифровий вольтметр, еквівалентна навантаження Rh (дротяний резистор опором 1 … 1.2 Ом і потужністю не менше 100 Вт, наприклад підійде ніхром-мовая дріт діаметром 0,5 … 1 мм), а також зовнішній стрілочний амперметр (РА2) на струм до 10 А, див. рис. 4.21.

Елементи, відмічені на електричній схемі зірочкою "*", можуть зажадати підбору. Додатковий резистор R67 в ланцюзі реле

підбирається такої величини, щоб якір реле К1 після спрацювання відпускався при напрузі живлення менше 10 В (краще це зробити до того, як резистор і реле будуть встановлені в схему).

Попереднє налаштування схеми виконується в такій послідовності. Потрібно тимчасово заблокувати перемичками контакти реле К1.1 і К1.2, а також відпаяти R36. Перемикач SA1 встановити в положення "тренування", а резистори R14 і R19 вивести на максимум.

Включивши мережеве живлення (А1) за допомогою осцилографа, проконтролювати форму пилоподібного напруги на виводі DA4 / 5 – воно не повинно мати великий сходинки на нульовому рівні, см. рис. 4.16, а (для цього може знадобитися підбір резистора R28). Після чого осцилографом і цифровим вольтметром контролюємо напруга на клемах Х1 і Х2. Форма напруги на виході має відповідати показаної на рис. 4.16, б і регулюватися резисторами R44 і R19. Якщо це не так, то слід перевірити наявність імпульсів на виході DA4 / 8 і правильність монтажу.

Підстроєним резистором R44 встановлюємо момент відкривання тиристорів іоткр = 15,5 В. Це необхідно для того, щоб у всіх режимах роботи пристрою амплітудне значення напруги на виході перевищувало напруга на акумуляторі (інакше тиристори не будуть відкриватися).

Вимкнувши пристрій, підпоюємо на місце R36. Після цього при включеній схемою регулятором R19 виставляємо чинне напруга на виході пристрою 14,8 В і підбором резистора R36 добиваємося того, щоб при досягненні на виході цієї напруги компаратор DA5 перемикався – на виведенні DA5 / 9 з'явиться +15 В (світлодіод HL1 буде світитися).

Після цього регулятором R19 встановлюємо на виході пристрою напруга 10,5 В і підстроюванням резистором R41 добиваємося, щоб при досягненні на клемах Х1-Х2 цієї напруги у компаратора з'являлося нульове напруга на виході DA5 / 9 (резистор R41 задає величину гістерезису для компаратора).

Для того, щоб регуляторами, встановленими на передній панелі, було зручно користуватися, тобто діапазон регулювання вихідної напруги резистором R19 залишався в інтервалі 10 … 15 В – Необхідно підібрати додаткові резистори R15 і R24. Аналогічно підбираються і резистори R10 і R23 для діапазону регулювання різі

сторо R14 рівня стабілізації струму в діапазоні 1 … 10 А. У цьому випадку допустимі режими для акумулятора не будуть перевищені.

Резистор R19 використовується для регулювання напруги на клемах Х1-Х2 в режимі "пуск", в інших же режимах він встановлюється на максимальне вихідна напруга, тому що схема в цих режимах повинна працювати як стабілізатор струму (вихідна напруга буде залежати від величини струму) і в міру заряду акумулятора напруга на ньому буде зростати, але не перевищить допустимого значення.

Для калібрування показань амперметра РА1 в режимах "заряд" і "тренування" необхідно резистором R38 встановити стрілку приладу на "О". Після чого підключаємо навантаження Rh (вмикачем SA2) і зовнішній стрілочний амперметр (РА2), рис. 4.20. Резистором R14 (при положенні R19 на максимумі) виставити за зовнішнім амперметру РА2 струм 10 А, а резистором R40 треба встановити таке ж значення показань струму на РА1.

Цю операцію слід повторити кілька разів, підлаштовуючи R38 і R40 до тих пір, поки стрілка РА1 при "0" і при струмі 10 А буде відповідати показаннями зовнішнього амперметра.

Тепер необхідно перевірити роботу схеми в режимі стабілізації струму. Для цього на момент включення пристрою блокуємо контакти К1.1, К1.2. Перемикач SA1 встановити в положення "пуск", регулятор струму "I" в середнє положення, a "U" на максимум. До вихідних клем Х1-Х2 підключаємо навантаження опором близько 0,2 Ом (по потужності вона повинна бути розрахована на протікає струм до 100 А). При цьому показання приладів повинні бути: РА1 – 50 А, PV1 – 10 В. Регулятором "I" можна міняти вихідний струм – в цьому випадку буде мінятися і вихідна напруга, що відповідає режиму стабілізації струму. А при зміні опору навантаження в невеликих межах струм не повинен змінюватися.

На цьому попередню регулювання можна вважати закінченою, а остаточна перевірка виконується на реальному акумуляторі.

Література:
І.П. Шелестов – Радіоаматорам корисні схеми, книга 3.