Зарядное устройство на регуляторе напряжения

Предлагаемое достаточно простое зарядное устройство на автомобильном регуляторе напряжения генератора (рис. 1), которое предназначено как для зарядки аккумуляторов, так и для поддержания их в работоспособном состоянии при длительном хранении.

В первичной обмотке трансформатора Т1 включены балластные конденсаторы (С1 или С1+С2), ограничивающие ток через трансформатор. С вторичной обмотки трансформатора напряжение подаётся на диодно — тиристорный мост, нагрузкой которого служит аккумуляторная батарея.

В качестве регулирующего элемента применен автомобильный регулятор напряжения генератора (РН) на 14 В любого типа, предназначенный для генераторов с заземленной щеткой. Подойдёт, например, регулятор типа 121.3702 или интегральный — Я112А.

При использовании регулятора Я112А — выводы «Б» и «В» соединяются вместе и с «+». Вывод «Ш» соединяется с цепью управляющих электродов тиристоров. Таким образом, на аккумуляторной батарее поддерживается напряжение 14 В при зарядном токе, определяемом ёмкостью конденсатора С2, которая ориентировочно рассчитывается по формуле:

где:

Iз — зарядный ток (A),

U2 — напряжение вторичной обмотки при «нормальном» включении трансформатора (В),

U1 — напряжение сети.

Переключатель SA1 служит для выбора режимов зарядки/хранения. Ток заряда выбирается равным 0,1 от численного значения емкости аккумулятора, а ток хранения — 1 ÷ 1,5 А.

Зарядное устройство на регуляторе напряжения настройки практически не требует. Возможно, придется уточнить ёмкость конденсатора, контролируя ток амперметром, включенным в разрыв цепи, между аккумулятором и зарядным устройством. При этом необходимо замкнуть накоротко выводы 15 и 67 (Б, В и Ш).

Если есть возможность, то периодически, примерно один раз в две недели, желательно производить разряд аккумуляторной батареи током 2Iз с контролем температуры электролита.

Трансформатор — любой, мощностью 150 ÷ 250 Вт, с напряжением на вторичной обмотке 20 ÷ 36 В.

Диоды моста — любые на номинальный ток не менее 10 А. Тиристоры — КУ202 В ÷ М.

Диоды VD1 и VD3, а как же тиристоры VS1, VS2 необходимо установить на радиаторы.

Зарядные устройства. Выпуск 1:

Информационный обзор для автолюбителей

Сост. А. Г. Ходасевич, Т. И. Ходасевич

М.: НТ Пресс, 2005.»192 с.: ил.

(Автоэлектроника), с. 133

Зарядное устройство с регулировкой первичной обмотки трансформатора

В обычных условиях автомобильный аккумулятор заряжается при движении автомобиля. Но если машина долго стоит в гараже, то аккумуляторная батарея разряжается.

Для ее зарядки нужна зарядка для аккумуляторов с регулировкой зарядного тока. Один из вариантов этих приборов – зарядное устройство с регулировкой по первичной обмотке трансформатора.

Управление трансформатором по первичной обмотке

Скорость заряда аккумулятора зависит от тока, протекающего через него, но слишком быстрый заряд приводит к перегреву аппарата и выходу его из строя. Поэтому для зарядки аккумуляторных батарей используются устройства с регулировкой выходных параметров.

Особенности регуляторов для первички трансформаторов

Ток зарядки батареи составляет 10% ее емкости. Это значит, что аккумулятор с емкостью 60Ач заряжается током не более 6А. Напряжение заряда при работе автомобиля 14,5В. Учитывая необходимый запас, зарядное устройства должно быть способно выдать 10А при напряжении 16В.

Запас напряжения необходим для регулировки и ограничения зарядного тока.

В разных моделях аппаратов она производится разными способами:

• Добавочными сопротивлениями. Включаются после диодного моста. Самая простая конструкция, но имеющая самые большие размеры.
• Транзисторами. Высокая точность регулировки, но самая сложная схема, требующая хорошего охлаждения силовых транзисторов.
• Тиристорное управление. Простые схемы. Регулировка осуществляется тиристорным ключем в цепи первичной обмотки или тиристорами, установленными вместо диодов в выпрямительный мост.

Схема и назначение тиристорного регулятора напряжения для трансформатора

Ток, протекающий при зарядке через аккумуляторную батарею, определяется внутренним сопротивлением аккумулятора, его ЭДС и напряжением на выходе зарядного устройства. Для его изменения, кроме других способов, можно регулировать напряжение на первичной обмотке. Самый удобный способ – использование тиристорного регулятора.

Модели для зарядки аккумуляторов

Зарядные устройства делятся на три группы:

• Пусковые. Предназначены для запуска двигателя при разряженном аккумуляторе. Использовать для зарядки батареи не рекомендуется – недостаточное напряжение и отсутствие регулировок.
• Зарядные. Предназначены для заряда аккумуляторов. Имеют ручную или автоматическую регулировку.
• Пуско-зарядные. Могут выполнять обе функции.

Принцип действия тиристорного регулятора

Тиристор имеет два состояния – открытый, в котором он пропускает электрический ток и закрытый. Открывается этот элемент при протекании тока через управляющий электрод и остается открытым, пока через тиристор идет ток.
Переменное напряжение в сети имеет синусоидальную форму. Тиристор, включенный в цепи нагрузки, открывается в определенный момент полуволны. Это называется “угол открытия”. В результате этого через электроприбор ток протекает не все время, а только после перехода элемента в открытое состояние. Это меняет действующее значение напряжения на нагрузке.

Важно! Вольтметр измеряет действующее значение. Для надежной работы допустимое напряжение тиристоров должно соответствовать максимальному напряжению, которое больше в 1,4 раз. Для бытовой сети это 308В.

Разновидности и технические характеристики тиристорного регулятора

Из-за того, что тиристор пропускает через себя напряжение только одной полярности, его нелзя использовать для управления трансформатором без дополнительных элементов:

• Включить тиристор в диодный мост из 4 диодов на вывода “+” и “-“. Вывода “~” подключаются в разрыв цепи вместо выключателя или последовательно с ним. Диодный мост выпрямляет напряжение и на тиристор подается питание только одной полярности.
• Использовать два тиристора, включенные встречно-параллельно и для управления через переменный резистор соединяются управляющие вывода. Каждый из элементов открывается при своей полярности, а оба вместе управляют напряжением на нагрузке.

Открытие тиристора происходит при прохождении тока больше определенной величины и есть два способа управления углом открывания:

• Переменным сопротивлением, включенным между анодом и управляющим электродом. В течении первой половины полуволны напряжение и ток управления растут и при достижении его определенной величины, зависящей от марки элемента. Недостаток этой схемы в ограниченном диапазоне регулировки 110-220В, но этого достаточно для управления трансформатором зарядного устройства.
• Управление импульсами, которые подает отдельная схема на управляющий электрод в определенный момент полуволны синусоиды.
  Допустимый ток и напряжение тиристорного регулятора зависят в первую очередь от установленных тиристоров. Самые распространенные – тиристоры серии КУ 202, но в некоторых случаях допускается применение других элементов:
• КУ 202Н – 400В, 30А. Крепятся на резьбе М6. При регулировке первичной обмотки, ток которой менее 1А, используются без радиаторов.
• КУ 201л – 300В, 30А, крепление- резьба М6. Допускается использовать в первичной обмотке.
• КУ 201а – 25В, 30А, крепление – резьба М6. Можно использовать только с радиаторами при регулировке после трансформатора.
• КУ 101г – 80В, 1А. Похож на транзистор. В силовых цепях зарядных устройствах не используются, только в схемах управления.
• КУ 104а – 6В, 3А. Так же в силовых цепях не применяются.

Что представляет собой симистор

У тиристора есть недостаток, усложняющий его применение в сети переменного тока – он пропускает через себя только одну полуволну и на выходе вместо переменного напряжения получается постоянное пульсирующее. Поэтому эти приборы используются парами или вместе с диодным мостом. От этого недостатка свободен симистор.

Симистор внешне похож на тиристор. Также, как и тиристор, он открывается импульсом тока, протекающего через управляющий электрод, но этот прибор пропускает через себя обе полуволны и способен работать в сети переменного тока.

Принципиальная схема симисторного регулятора тока для активной и индуктивной нагрузки
Устройство симисторного регулятора аналогично тиристорному. Отличие в том, что симистор управляет обоими полярностями и поэтому нет необходимости использовать диодный мост или встречно-параллельное включение элементов.

Кроме того, для симистора не имеет значение полярность управляющего напряжения, что позволяет упростить схему импульсного управления.

Совет! Для регулировки симистором можно использовать диммер от лампы накаливания. Для этого он включается между анодом и управляющим электродом силового симистора.

Другие простые варианты регулировки напряжения в первичке

Кроме тиристорных и симисторных регуляторов есть другие способы управления зарядным током в первичной обмотке трансформатора:

• Переключением выводов первичной обмотки. Недостаток в том, что эти вывода необходимо делать при намотке катушек.
• Подключением зарядного аппарата после ЛАТРА (лабораторного автотрансформатора). Его мощность должна быть не менее 160Вт.
• Переменным сопротивлением, подключаемым последовательно с трансформатором. Его параметры приблизительно 50-100Ом, мощностью 50Вт и зависят от конкретного зарядного.

Несмотря на появление современных зарядных устройств, аппараты с обычными трансформаторами есть у многих владельцев автомобилей, и регулировка аппарата по первичной обмотке позволяет обойтись без мощных тиристоров или добавочных сопротивлений.

Мощное зарядное устройство для любых аккумуляторов

Простое, но очень мощное и качественное зарядное устройство естественно можно изготовить в домашних условиях своими руками. Представленная ниже зарядка является более крутым вариантом, чем многие промышленные.

Система состоит из двух основных частей — импульсного источника питания и схемы стабилизатора.
Такая зарядка может быть использована в качестве универсального зарядного устройства для многих аккумуляторов, поскольку диапазон выходных напряжений довольно широк и составляет от 1,5 до 25-28 Вольт.

Имеется возможность ограничения/стабилизации выходного тока от 300 мА до 8/9 Ампер.
Фишка зарядки в том, что процесс осуществляется методом CV/CC иными словами ток заряда будет держаться стабильным не зависимо от нагрузки, притом имеется возможность регулировки тока.

В качестве схемы управления использован готовых понижающий DC-DC стабилизатор, построенный на базе микросхем XL4016, заявленный максимальный ток до 10-12 Ампер.

Это довольно неплохой импульсный стабилизатор напряжения и тока. На плате имеется двухцветный индикатор, который показывает режим работы стабилизатора.

Выходной выпрямительный диод (сборка шоттки) и микросхема стабилизатора установлены на небольшие радиаторы, если собираетесь эксплуатировать зарядку под большие токи, то советуется заменить радиаторы на более массивные, либо организовать хорошее активное охлаждение.

Первым делом подстроечные резисторы заменил на переменные и вывел проводами, светодиодный индикатор тоже был выведен, позже они будут укреплены к лицевой панели устройства.

Импульсный источник питания собран по полумостовой схеме, на базе самотактируемого драйвера IR2153. Выход микросхемы был дополнен повторителем. Такое решение разгружает выход микросхемы, а также появляется возможность управления несколькими парами ключей, за счет большого тока управления.

Блок питания снабжен системой плавного пуска на базе реле, имеется функция защиты от КЗ с возможностью регулировки тока срабатывания защиты.

Силовой импульсный трансформатор намотан на сердечнике от ATХ450W, параметры намотки не скажу, поскольку все ровно вам придется сделать расчет под ваш сердечник. Для расчета была использована программа ExcellentIT

Расчетное выходное напряжение около 24 Вольт, поскольку на модуль китайского стабилизатора нельзя подавать напряжение выше  32-х вольт, учитывайте, что на конденсаторе будет напряжение больше расчетного.

Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.

Тип выпрямителя блока питания — однополупериодный со средней точкой, использован такой выпрямитель исключительно с целью экономии на диодах.

Расчетный ток диодной сборки 30 Ампер и более.

Систему дополнил дешевым вольт-амперметром (0-100В, 0-10А), а корпус позаимствован у китайской автомобильной зарядки на 8 Ампер.

Видео с процессом сборки.

Печатка — скачать…

Автор; АКА Касьян

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Как часто автовладельцы не могут завести четырехколесного любимца из-за отсутствия заряда в аккумуляторе? Конечно, если этот казус приключился в гараже возле зарядного агрегата или поблизости есть друг с автомобилем, готовый помочь запустить стартер, особых проблем не предвидится.

Куда хуже обстоят дела, если ни первый, ни второй вариант вы реализовать не можете, особенно от этого страдают автомобилисты, не имеющие возможности приобрести дорогостоящее зарядное заводского производства. Но и в этом случае можно найти решение, если сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками.

Преимущества и недостатки самодельного устройства

Главным преимуществом самодельного зарядного устройства является его дешевизна, даже если вы не имеете всех необходимых деталей, экономия будет ощутимой. Также значительным плюсом является возможность использования ненужных приборов и устройств в качестве источника материалов для самодельного ЗУ.

К недостаткам самодельной зарядки аккумуляторов следует отнести несовершенство в эксплуатации. Увы, но модель не может самостоятельно отключаться при достижении максимального заряда, поэтому вам придется контролировать этот процесс или дополнить изобретение самодельной автоматикой, что под силу опытным радиолюбителям.

Параметры устройства

Как вам хорошо известно, вся сеть в авто питается низким напряжением 12В постоянного тока, но уровень зарядки автомобильного аккумулятора должен находиться в диапазоне от 13 до 15В. Ток заряда на выходе устройства должен составлять порядка 10% от емкости источника питания. Если ток окажется меньше, заряд все равно будет происходить, но процедура продлиться гораздо дольше. Поэтому выбор элементов для зарядного устройства должен отталкиваться от рабочих параметров конкретной модели свинцовых АКБ и сети, к которой оно будет подключаться.

Что нужно для ЗУ?

Конструктивно зарядное устройство включает в себя такие элементы:

• Главным элементом является двухобмоточный трансформатор, если у вас имеется агрегат с большим числом обмоток, можно использовать и его, но остальные катушки окажутся незадействованными. Помимо классических вполне подойдут и импульсные трансформаторы, взятые из китайской электроники.
• Так как напряжение на выходе из трансформатора получится переменным, а для подзарядки аккумулятора требуется постоянное, вам понадобится выпрямитель. В данном примере мы соберем его самостоятельно из четырех диодов, но если у вас имеется подходящая модель, можете установить ее.
• В зависимости от расстояния и величины вторичного напряжения, вам могут пригодиться соединительные провода, а для самостоятельной намотки еще и медный проводник в лаковой изоляции.
• Амперметр и вольтметр для контроля основных величин на выходе, их можно проверять и обычным мультиметром, но это потребует излишних затрат времени, поэтому куда проще установить стационарные приборы. Рис. 1: измерение с помощью мультиметра
• Автоматика отключения может выполняться посредством реле напряжения или тока. Реагирует на заполнение емкости батареи и отключает автоматическое ЗУ. Вместе с реле можно установить автомобильную лампочку или светодиод для регистрации окончания заряда.
• Переменный резистор или переключатель для регулировки тока во вторичной цепи зарядного агрегата. Необходим, если вы собираетесь использовать зарядное устройство для аккумуляторов разного типа или если вам сложно рассчитать рабочие параметры и их придется подстраивать.

Рис. 2: Пример установки регулировочного резистора

Если вы собираетесь зарядить аккумулятор  одни раз, можно использовать только первые три элемента, для постоянного использования будет удобнее иметь, хотя бы контрольные приборы.   Но, прежде чем собрать все это в единую конструкцию, вам необходимо убедиться, что параметры зарядного устройства после сборки будут соответствовать вашим потребностям. Первым, что должно соответствовать, является трансформатор зарядного приспособления.

Если трансформатор не подходит

Далеко не всегда в гараже или дома вы встретите именно такой трансформатор, который будет питаться от 220В и выдавать на выходных клеммах 13 – 15В. Большинство моделей, используемых в обиходе, действительно имеют первичную катушку на 220В, но на выходе может быть любой  номинал. Чтобы это исправить вам потребуется изготовить новую вторичку.

Для начала пересчитайте коэффициент трансформации по формуле: U₁/U₂ = N₁/N₂ ,

где U₁ и U₂ – напряжение на первичной и вторичной обмотке соответственно;

 N₁ и N₂ – количество витков в первичке и вторичке соответственно.

К примеру, электрическая машина используется в качестве блока питания на 42В, а вы хотите получить для зарядного устройства 14В. Следовательно, вам необходимо при 480 витках в первичке, сделать 31 виток на вторичке зарядного. Этого можно добиться как путем сокращения числа витков, удалив лишние, так и путем намотки новой. Но первый вариант не  всегда подходит, так как сечение обмотки трансформатора может не выдержать силу тока с меньшим числом витков.

U₁*I₁ = U₂*I_{2 ,} 

Где U₁ и U₂ – напряжение на первичной и вторичной обмотке, I ₁ и I ₂ – ток, протекающий  в первичке и вторичке.

Как видите, с понижением числа витков и напряжения на вторичной обмотке сила тока в ней пропорционально возрастет. Как правило, запаса по сечению не хватает, поэтому после определения силы тока под нее подбирают новый проводник из данных таблицы:

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник		Алюминиевый проводник
Сечение  жил. мм2	Ток, А	Сечение  жил. мм2	Ток, А
0,5	11	—	—
0,75	15	—	—
1	17	—	—
1.5	19	2,5	22
2.5	27	4	28
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85

Если расчетная величина тока на выходе зарядного устройства превышает нужные 10% от емкости аккумулятора, в цепь обязательно включается токоограничивающий резистор, величина которого подбирается пропорционально излишку тока.

Порядок сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

В зависимости от имеющихся у вас компонентов и параметров аккумулятора, сборка ЗУ будет значительно отличаться. В данном примере технология изготовления включает в себя такие этапы:

• Составьте или возьмите готовую схему зарядного устройства для кислотных аккумуляторов. В данном примере используется такой довольно простой вариант: Рис. 3: схема зарядного устройства
• Здесь применяется трансформатор с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, которые нужно соединить последовательно для получения нужного уровня напряжения. Рис. 4: Трансформатор ТС — 180 — 2

Но вы должны отталкиваться от параметров вашей электрической машины. Поэтому при необходимости уберите лишние обмотки или заизолируйте их выводы (если они есть), намотайте вторичку (если существующая не дает нужный уровень напряжения в ЗУ).

Рис. 5: перемотайте обмотки

• В рассматриваемом примере для этого на первичных обмотках соединяются перемычкой выводы 1 и 1′ Рис. 6: соедините выводы 1

а на вторичной выводы 9 и 9′.

Рис. 7: соедините выводы 9

Для защиты зарядного устройства, как со стороны сети, так и со стороны свинцовой батареи нужно установить два предохранителя. В рассматриваемом примере с высокой стороны зарядного устройства применяется предохранитель на 0,5А, а в цепи зарядки свинцового аккумулятора 10А.

При наличии регулятора тока зарядного устройства, начинать зарядку следует с минимального значения на амперметре и плавно повышать его до требуемой величины. При накоплении в аккумуляторе достаточного количества заряда, амперметр будет показывать около 1А, после чего можете смело отключать зарядное от сети и использовать аккумулятор по назначению.

Рис. 14: зависимость величин от времени заряда

Видео по теме

Стабилизатор напряжения с регулируемой нагрузкой для ЗУ

Зарядное для аккумуляторов — вещь не заменимая для любого автовладельца, не зависимо от текущего состояния аккумулятора, так как, к сожалению, подвести он способен в самый не подходящий момент. 
Различные зарядные устройства,  разной типологии мы постоянно и детально рассматриваем на этом сайте. Само устройство заряжающее аккумулятор представляет собой стандартный блок питания, снабженный стабилизатором выходного напряжения.Функционирует устройство по простому принципу — напряжение рабочего авто аккумулятора составляет порядка 14-14,4 Вольт, и на зарядном выставляется именно это данная величина напряжения, после чего требуемая сила тока, в случае АКБ кислотного типа это 1/10 емкости авто батареи, к примеру — АКБ 60 А/ч, заряжается силой тока равной 6 Амперам.

Как итог по ходу процедуры значение силы тока будет неумолимо снижаться вплоть до нулевой отметки — данное обстоятельство будет говорить о полной зарядке АКБ. Похожая система нашла широкое применения во всех устройствах для заряда АКБ, процесс не нуждается в контроле, так как все параметры на выходе с зарядного четко стабилизированы и не зависят от величин изменения напряжения сети.

Руководствуясь данным обстоятельством становиться понятно, что для конструирования зарядного нужно располагать всего тремя узлами.

1) Трансформатор понижения напряжения либо обычный импульсник плюс выпрямитель
2) Стабилизатор силы тока
3) Стабилизатор уровня напряжения

При помощи последнего компонента устанавливается граница напряжения, до которой АКБ и будет заряжаться. В этой статье мы хотим подробно остановиться именно на стабилизаторе уровня напряжения.
Сам стабилизатор не сложен, включает 2 рабочих компонента, затраты на приобретения которых минимальны, ну а собрать само устройство в сможете за 10 минут.
В итоге мы располагаем полевым транзистором как главным силовым элементом, стабилитроном с возможностью регулировки и задающим уровень напряжения. Показатель напряжения выставляется в ручном режиме при помощи переменного либо подстроечного резистора 3,3кОм. На сам стабилизатор можно без опасений подавать до 50 Вольт напряжения, на выходе нас ожидает нужный и стабильный показатель напряжения.
Минимальный показатель выдаваемого напряжением устройства равен 3 Вольтам (зависит от транзистора) . Дело обстоит таким образом, чтобы транзистор открылся на затворе следует дать напряжение превышающее отметку в 3-х вольта (в ряде ситуаций требуется еще больше) кроме транзисторов полевого типа, которые сконструированы для работы в цепях с управлением логического типа.
Стабилизатор способен коммутировать до 10 Ампер. Данный показатель напрямую зависит от условий, а конкретно от типа транзистора, так же не маловажную роль играет аспект, есть ли в устройстве радиатор и система охлаждения.

Стабилитрон с возможностью регулировки TL431 популярная вещь в среде инженеров и встречается в каждом блоке питания ПК, на нем собственно выстроен процесс контроля напряжения на выходе.

Автор; Ака Касьян