Зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов на тиристоре

Зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов на тиристоре

Рано или поздно, но зарядное устройство для аккумуляторов начинает требоваться каждому автолюбителю. С приходом морозов я тоже о ней задумался. Аккумуляторы старенькие стали, заряд держать плохо начали, а одалживать зарядку у знакомых надоело. Покатался по городу, посмотрел что предлагается из неавтоматического с возможностью регулировки зарядного тока до 10А. Посмотрел, пообалдевал от цен и решил как обычно сам сколдовать данное устройство.

Для реализации выбрал схему тиристорного зарядного устройства. Просто, надежно, проверенно кучей народа. Уверен что устройства собранные по этой схеме уже бывали в этом сообществе.

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Большой популярностью среди автолюбителей самодельщиков пользуются тиристорные автозарядки, в которых питание от мощного трансформатора поступает на АКБ через тиристор, управляемый открывающими его импульсами от генератора. В простейшем виде схема будет выглядеть вот так:

И нечего улыбаться — она реально рабочая и в своё время довольно долго успешно эксплуатировалась. Более сложный вариант, с отдельным генератором импульсов и контролем режимов заряда (напряжения на батарее) показан на следующей принципиальной схеме:

Но если опыт позволяет, луче собрать третье автоматическое зарядное тиристорное, которое кроме того что собрано многими людьми, имеет вполне неплохие параметры и возможности.

Импульсное зарядное устройство на КУ202Н

Распространенная, простая, но очень эффективная схема тиристорного фазоимпульсного регулятора мощности уже давно используется для заряда свинцовых аккумуляторов.

Узнай время зарядки своего аккумулятора

Зарядка на КУ202Н позволяет:

Схема тиристорного зарядного устройства на КУ202Н

• добиться зарядного тока до 10А;
• выдавать импульсный ток, благоприятно влияющий на продолжительность жизни АКБ;
• собрать устройство своими руками из недорогих деталей, доступных в любом магазине радиоэлектроники;
• повторить принципиальную схему даже новичку, поверхностно знакомому с теорией.

Условно, представленную схему можно разделить на:

• Понижающее устройство – трансформатор с двумя обмотками, превращающий 220В из сети в 18-22В, необходимых для работы прибора.
• Выпрямительный блок, преобразующий импульсное напряжение в постоянно собирается из 4-х диодов или реализуется с помощью диодного моста.
• Фильтры – электролитические конденсаторы, отсекающие переменные составляющие выходного тока.
• Стабилизация осуществляется за счет стабилитронов.
• Регулятор тока производится компонентом, строящимся на транзисторах, тиристорах и переменном сопротивлении.
• Контроль выходных параметров реализуется с помощью амперметра и вольтметра.

Принцип работы

Схема зарядного устройства с тиристором

Цепь из транзисторов VT1 и VT2 контролирует электрод тиристора. Ток проходит через VD2, защищающий от возвратных импульсов. Оптимальный ток зарядки контролируется компонентом R5. В нашем случае, он должен быть равен 10% от емкости аккумулятора. Чтобы контролировать регулятор тока, данный параметр перед клеммами подключения необходимо установить амперметр.

Питание данной схемы осуществляется трансформатором с выходным напряжением от 18 до 22 В. Обязательно необходимо расположить диодный мост, а также управляющий тиристор на радиаторах, для отвода избытка тепла. Оптимальный размер радиатора должен превышать 100см2. При использовании диодов Д242-Д245, КД203- в обязательном порядке изолируйте их от корпуса устройства.

Данная схема зарядного устройства на тиристорах обязательно должна комплектоваться предохранителем для выходного напряжения. Его параметры подбираются согласно собственных нужд. Если вы не собираетесь использовать токи более 7 А, то предохранителя на 7.3 А будет вполне достаточно.

Особенности сборки и эксплуатации

Схема проверки теристора

Собранное по представленной схеме зарядное устройство в дальнейшем можно дополнять автоматическими защитными системами (от переполюсовки, короткого замыкания и др). Особенно полезным, в нашем случае будет установка системы отключения подачи тока при заряде батареи, что убережет ее от перезаряда и перегрева.

Другие защитные системы желательно комплектовать светодиодными индикаторами, сигнализирующими о коротких замыканиях и других проблемах.

Внимательно следите за выходным током, так как он может изменяться из-за колебаний в сети.

Как и аналогичные тиристорные фазоимпульсные регуляторы, собранное по представленной схеме зарядное устройство создает помехи радиоприему, поэтому желательно предусмотреть LC-фильтр для сети.

Тиристор КУ202Н можно заменить аналогичными КУ202В, КУ 202Г или КУ202Е. Также можно использовать и более производительные Т-160 или Т-250.

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.

Грубый расчет обмоток трансформатора

Желательно в конструкции зарядного устройства на тиристорах использовать трансформатор с уже имеющейся первичной обмоткой. Но если нет первичной обмотки, нужно вычислить ее. Для этого достаточно знать мощность устройства и площадь сечения магнитопровода. Желательно использовать трансформаторы мощностью свыше 50 Вт. Если известно сечение магнитопровода S (кв. см), можно вычислить число витков на каждый 1 В напряжения:

Чтобы вычислить количество витков в первичной обмотке, нужно 220 умножить на N. Аналогичным образом считается и вторичная обмотка. Но нужно учитывать, что в бытовой сети напряжение может подскакивать вплоть до 250 В, поэтому трансформатор должен выдерживать такие перепады.

Применение пускового устройства будет особенно полезно автолюбителям, занимающимся эксплуатацией автомобиля в зимнее время года, так как оно продлевает срок службы аккумулятора, а также позволяет без проблем заводить холодный автомобиль зимой, даже при не полностью заряженном аккумуляторе. Из опыта известно, что при минусовой температуре аккумулятор снижает свою отдачу на 25. 40%. А если он еще не полностью заряжен, то не сможет обеспечить требуемый для пуска двигателя начальный ток 200 А. Этот ток потребляет стартер в начальный момент раскрутки вала двигателя (номинальный ток потребления стартером около 80 А, но в момент пуска он значительно больше).

Простейшие расчеты показывают, что, для того чтобы пусковое устройство эффективно работало при подключении его параллельно с аккумулятором, оно должно обеспечивать ток не менее 100А при напряжении 10. 14В. При этом номинальная мощность используемого сетевого трансформатора Т1 (рис.1) должна быть не менее 800 Вт. Как известно, номинальная рабочая мощность трансформатора зависит от площади сечения магнитопровода (железа) в месте расположения обмоток.

Сама схема пускового устройства довольно проста, но требует правильного изготовления сетевого трансформатора. Для него удобно использовать тороидальное железо от любого ЛАТРА — при этом получаются минимальные габариты и вес устройства. Периметр сечения железа может быть от 230 до 280 мм (у разных типов автотрансформаторов он отличается). Перед намоткой обмоток необходимо закруглить напильником острые края на гранях магнитопровода, после чего его обматываем лакотканью или стеклотканью.

Первичная обмотка трансформатора содержит примерно 260. 290 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,5. 2,0 мм (провод может быть любого типа с лаковой изоляцией). Намотка распределяется равномерно в три слоя, с межслойной изоляцией. После выполнения первичной обмотки, трансформатор необходимо включить в сеть и замерить ток холостого хода. Он должен составлять 200. 380 мА. При этом будут оптимальные условия трансформации мощности во вторичную цепь.

Если ток будет меньше, часть витков надо отмотать, если больше — домотать до получения указанной величины. При этом следует учитывать, что зависимость между индуктивным сопротивлением (а значит и током в первичной обмотке) и числом витков является квадратичной — даже незначительное изменение числа витков будет приводить к существенному изменению тока первичной обмотки.

При работе трансформатора в режиме холостого хода не должно быть нагрева. Нагрев обмотки говорит о наличии межвитковых замыканий или же продавливании и замыкании части обмотки через магнитопровод. В этом случае намотку придется выполнять заново.

Вторичная обмотка наматывается изолированным многожильным медным проводом сечением не менее 6 кв. мм (например типа ПВКВ с резиновой изоляцией) и содержит две обмотки по 15. 18 витков. Наматываются вторичные обмотки одновременно (двумя проводами), что позволяет легко получить их симметричность — одинаковые напряжения в обоих обмотках, которое должно находиться в интервале 12. 13,8В при номинальном сетевом напряжении 220В. Измерять напряжение во вторичной обмотке лучше на временно подключенном к клеммам Х2, Х3 нагрузочном резисторе сопротивлением 5. 10 Ом.

Показанное на схеме соединение выпрямительных диодов позволяет использовать металлические элементы корпуса пускового устройства не только для крепления диодов, но и в качестве теплоотвода без диэлектрических прокладок ("плюс" диода соединен с крепежной гайкой).

Для подключения пускового устройства параллельно аккумулятору, соединительные провода должны быть изолированными и многожильными (лучше, если медные), с сечением не менее 10 кв. мм (не путать с диаметром). На концах провода, после облуживания, припаиваются соединительные наконечники. Контакты включателя S1 должны быть рассчитаны на ток не менее 5А, например типа Т3.

Схема простого зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Формула нормального заряда простая, как 5 копеек – базовая емкость батареи, деленная на 10. Напряжение заряда должно быть немногим более 14 вольт (речь идет о стандартной стартерной батарее 12 вольт).

Простая принципиальная электрическая схема зарядного устройства для автомобиля состоит из трех компонентов: блок питания, регулятор, индикатор.

Классика — резисторный зарядник

Блок питания изготавливается из двух обмоточного «транса» и диодной сборки. Выходное напряжение подбирается вторичной обмоткой. Выпрямитель – диодный мост, стабилизатор в этой схеме не применяется.
Ток заряда регулируется реостатом.

Проволочный реостат необходим для противостояния главной проблеме такой схемы – избыточная мощность выделяется в виде тепла. Причем происходит это очень интенсивно.

Разумеется, КПД такого прибора стремится к нулю, а ресурс его компонентов очень низкий (особенно реостата). Тем не менее, схема существует, и она вполне работоспособна. Для аварийной зарядки, если под рукой нет готового оборудования, собрать ее можно буквально «на коленке». Есть и ограничения – ток более 5 ампер является предельным для подобной схемы. Стало быть, заряжать можно АКБ емкостью не более 45 Ач.

Зарядное устройство своими руками, подробности, схемы — видео

Гасящий конденсатор

Принцип работы изображен на схеме.

Благодаря реактивному сопротивлению конденсатора, включенного в цепь первичной обмотки, можно регулировать зарядный ток. Реализация состоит из тех же трех компонентов – блок питания, регулятор, индикатор (при необходимости). Схему можно настроить под заряд одного типа АКБ, и тогда индикатор будет не нужен.

Если добавить еще один элемент – автоматический контроль заряда, а также собрать коммутатор из целой батареи конденсаторов – получится профессиональный зарядник, остающийся простым в изготовлении.

Схема контроля заряда и автоматического отключения, в комментариях не нуждается. Технология отработана, один из вариантов вы видите на общей схеме. Порог срабатывания устанавливается переменным резистором R4. Когда собственное напряжение на клеммах аккумуляторной батареи достигает настроенного уровня, реле К2 отключает нагрузку. В качестве индикатора выступает амперметр, который перестает показывать ток заряда.

Изюминка зарядного устройства – конденсаторная батарея. Особенность схем с гасящим конденсатором – добавляя или уменьшая емкость (просто подключая или убирая дополнительные элементы) вы можете регулировать выходной ток. Подобрав 4 конденсатора для токов 1А, 2А, 4А и 8А, и коммутируя их обычными выключателями в различных комбинациях, вы можете регулировать ток заряда от 1 до 15 А с шагом в 1 А.

При этом никакого паразитного нагрева (кроме естественного, выделяющегося на диодах моста), коэффициент полезного действия зарядника высокий.

Фьюзы

При программировании микроконтроллера необходимо выставить следующие фьюзы:

• 0xE2 LOW
• 0xDD HIGH
• 0xFF EXTENDED

В PonyProg фьюзы будут выглядеть так:

В Uniprof фьюзы будут выглядеть так:

Примечание. Светодиод не будет мигать, если на схему подается постоянное напряжение, например, только от аккумулятора. Также стоит проверить, есть ли напряжение на выходе зарядного устройства. Если мультиметр показал значительное напряжение, это указывает на неисправность в цепи управления исполнительного транзистора.

Вся схема требует простой регулировки – установка напряжения окончания зарядки. Для этого необходимо отключить управление исполнительным транзистором — самый простой способ сделать это — вынуть микроконтроллер из гнезда и отогнуть вывод 5 микроконтроллера, чтобы после вставки микроконтроллера в панельку вывод 5 висел в воздухе.

Теперь подключите источник питания от трансформатора или выпрямителя, и подключите к клеммам регулируемый источник питания с заданным напряжением 14,4 В.

Регулировка заключается в настройке (резистор R13) такого состояния, чтобы светодиод светился непрерывным светом, но в то же время находился на границе мигания. После регулировки все отсоедините и правильно установите микроконтроллер (вывод 5).