Зарядно-питающее устройство с расширенными эксплуатационными возможностями

При разработке схемы зарядно-питающего устройства (ЗПУ) ставились следующие задачи: увеличить КПД за счет применения импульсного регулирования; обеспечить плавность регулировки выходного тока; применить простую элементную базу; уменьшить количество силовых элементов; упростить конструкцию; оснастить несложными сервисными устройствами, увеличивающими эксплуатационные возможности ЗПУ, которые можно было бы поэтапно добавлять к основной схеме без значительных доработок.

Схема (см. рис. 2.89) устройства представляет собой регулируемый двухполупериодный выпрямитель на основе тиристорного регулятора с фазоимпульсным управлением, где тиристоры VS1 и VS2 используют в качестве силовых управляемых Диодов.



Особое внимание необходимо уделить аккуратности изготовления Т2. Кромки кольца следует притушить, а само кольцо по диаметру обмотать двумя слоями изоленты во избежание замыкания обмоток II и III через сердечник.



Трансформатор Т2 выполнен на ферритовом кольце К20х10x11 2000НН и содержит 3x75 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,22 мм. Намотка выполнена жгутом из трех проводов, что технологически удобно при соединениях и фазировке обмоток Т2.

Примечание. Если случайно при монтаже окажутся соединенными обмотки II и III, то через них к Т2 будет приложено удвоенное напряжение выпрямителя и Т2 выйдет из строя.

Начала обмоток соединяют с эмиттером VT2, управляющими электродами VS1 и VS2, а концы соответствующих обмоток - с анодами VD1, VD2 и катодами VS1, VS2.

Конструктивно тиристоры можно разместить на одном радиаторе, площадью 300 мм², без изолирующих прокладок (можно использовать корпус устройства).

Если зарядным устройством пользоваться внимательно и аккуратно, контролируя степень заряда аккумуляторной батареи (АБ) по дополнительному вольтметру, подключенному к X1 и Х2, то можно использовать ЗПУ в таком виде как оно есть.

Схема доработки (блок А2) устройства показана на рис 2.90. Она представляет собой транзисторный ключ, управляемый величиной и полярностью входного напряжения (на АБ) и управляющий напряжением питания фазоимпульсного генератора, включенный в разрыв цепи резистора R5 и плюсовой клеммой.

При сильно засульфатированной АБ возможно, что на клеммах правильно подключенной батареи полярность окажется противоположной, либо АКБ сильно разряжена, и напряжение на ней меньше, чем напряжение открывания транзисторного ключа. В обоих случаях ЗПУ работать не будет.

Для устранения этого введен тумблер S3, которым шунтируют ключ на некоторое время достижения необходимых полярности и величины напряжения на аккумуляторе для удержания ключа в открытом состоянии и нормального зарядного процесса. После чего тумблер размыкают.



При применении деталей, указанных на рис 2.90, схема в налаживании не нуждается.

Узел "дежурного" режима

Для обеспечения "дежурного" режима можно использовать приставку (блок АЗ).

Схема представляет собой электронное реле с раздельно регулируемыми порогами включения и выключения. Она энергетически выгодна, поскольку Т1 отключен от сети на время "дежурного" режима, которое может достигать нескольких часов паузы на несколько минут заряда.

Настройка узла "дежурного" режима

Настройка узла "дежурного" режима проводится следующим образом.

Движок потенциометра R4 устанавливают в верхнее положение, а движок R5 - в нижнее (по схеме положение). Вилку ХР1 к сети не подключают. К клеммам X1 и Х2 подключают стабилизированный источник питания с регулируемым напряжением, которое устанавливают по образцовому вольтметру, подключенному к XS1, равным 14,5 В. При этом транзисторы VT1 и VT2 должны быть закрыты, а реле К1 обесточено. Вращая движок R5, добиваются срабатывания реле К1. Затем напряжение стабилизированного источника снижают до 12,9 В и вращением движка R4 добиваются отпускания реле. В связи с тем что при отпускании реле К1 резистор R4 замыкается контактами К1.2, эти регулировки оказываются независимыми одна от другой. Сопротивления резисторов R3 и R6 рассчитаны на интервал 12,9—14,5 В. При других значениях порогов их надо заново подбирать.

Узел автоматической "тренировки"

Для замедления процесса сульфатации и автоматической "тренировки" АБ во время "дежурного" режима в зимний период (зарядка асимметричным током) схему можно преобразовать, отключив тиристор VS2 и подключив разрядный резистор R9 (блок А1) тумблером SА2.

Соотношение зарядного и разрядного токов 10:1, а величина зарядного тока определяется номинальным током заряжаемой АБ. Во избежание перезарядки батареи в импульсе, необходимо помнить, что в схеме с блоком "А1" заряд ведется однополупериодными импульсами частотой 50 Гц и разряд идет во время паузы между импульсами. Поэтому амперметр устройства будет показывать средний ток заряда, примерно втрое меньший тока в импульсе. Например, аккумулятор емкостью 55 Ач надо заряжать током 1,8 А. При использовании схемы общее время заряда в "дежурном" режиме по сравнению со схемой (без блока А1) увеличится, а время разряда уменьшится. Кроме того, ЗПУ превращается в зарядно-питающе-разрядное устройство с током разряда 1/100 от ёмкости АБ.

Настройка узла зарядки ассиметричным током

Настройку асимметрии лучше выполнить с помощью осциллографа, включенного параллельно резистору 0,1 Ом, включенному последовательно с активной нагрузкой (можно лампу от фары) по соотношению 10:1 амплитуд напряжений заряда и разряда (пропорциональных токам).

Если нет осциллографа, асимметрию можно настроить тестером. Например, для АКБ 6СТ-55 зарядный ток устанавливают резистором R1, равным 1,98 А (1,8±0,18). Отключают нагрузку, не меняя положения движка резистора R1 подключают к ЗПУ разрядный резистор R9 и подбором его сопротивления устанавливают ток разряда, равным 0,18 А.

Детали

Транзисторы желательно применить кремниевые.

Резисторы R4, R5 - подстроечные проволочные типа СП5-1, поскольку они позволяют установить порог с точностью до±0,1 В и хорошо сохраняют стабильность настройки при работе.

Стабилитрон VD2 - термокомпенсированный прецизионный типа Д818Е, можно применить и два стабилитрона типа Д814, включенных навстречу, с примерно одинаковым напряжением стабилизации.

Реле К1 - любое, надежно срабатывающее от 12 В, с двумя группами нормально замкнутых контактов, позволяющих коммутировать мощность 200—300 Вт, РСМ1 (10.171.81.43); РСМЗ (РФ4.500.129); РЭС6 (РФО.452.125.Д); РЭС22 (РФ4.500.129 -контакты включены параллельно). Если нет рекомендованных выше реле, то можно перемотать любое.

Например, реле срабатывает при напряжении 60 В и токе 0,02А, имеет мощность на переключение 6·0,02=1,2 Вт, 1200 витков провода диаметром 0,1 мм, число витков на 1 В = 1200 : 60 = 20, сечение провода S = π·D·D:4 = 3,14·0,1·0,1:4 = 0,00785 мм².

Нам требуется реле, срабатывающее от напряжения 12 В. Количество витков перемотанного реле 12·20=240. Поскольку напряжение срабатывания уменьшилось в 5 раз (60:12). значит, ток (при той же мощности на переключение) должен увеличиться в 5 раз. Чтобы обеспечить ту же плотность тока в (А/мм²), нужно увеличить сечение (не диаметр!), провода, т. е. 0,00785·5 = 0,4 мм². Откуда D = 4S/118 = 4·0,4:3,14 = 0,23 мм. Значит, перемотанное реле имеет 240 витков провода диаметром 0,23 мм.

Трансформатор Т1 можно применить от ламповых телевизоров, оставив только первичную обмотку и намотав вторичную согласно таблице 2.13.

Табл. 2.13. Намоточные данные трансформаторов

Тип сердечника	Число витков первичной обмотки	Диаметр провода, мм	Число витков вторичной обмотки	Диаметр провода, мм	Модификация телевизора
ТС-180 ПЛР 21x45	2x433	0,74	2x42	1,6	УНТ 47-61
ТС-200 ПЛ 21x45	2x351+54	0,69	2x40	1,6	УНТ 47-61
УШ 30x45	265+265+41+41	0,64	60	1,6	"Рекорд-12"

Для изготовления зарядного устройства подойдет и готовый трансформатор от 50 Вт (эмпирически 5 см²), который обеспечивает на II обмотке около 21 В при токе 1—2 А, т. к. для зарядки АБ ёмкостью 40—60 Ач достаточно такого тока, а увеличение длительности зарядки при этом роли не играет, поскольку при использовании автоматики контроль времени зарядки не требуется.

Применять фильтр для помехоподавления нет надобности, поскольку Т1 одновременно выполняет роль фильтра.