Зарядное устройство для АКБ

Рис.9

              Благодаря наличию переключателя S3, при зарядке аккумулятора есть возможность контролировать не только величину тока зарядки, но и напряжение. При верхнем положении S3, измеряется ток заряда, при нижнем – напряжение. Если зарядное устройство не подключено к электросети, то вольтметр покажет напряжение аккумулятора, а когда идет зарядка аккумулятора, то напряжение зарядки. В качестве головки применен микроамперметр М24 с электромагнитной системой. R17 шунтирует головку в режиме измерения тока, а R18 служит делителем при измерении напряжения. На сайте есть отдельные статьи, посвященные вопросам измерения напряжения и силы тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет элементов автомата для дозарядки

  2.1  Состав и работа автомата.

Работает схема следующим образом. При подключении к зарядному устройству автомобильного аккумулятора, напряжение на клеммах которого меньше 16,5В, на выводе 2 микросхемы А1.1 устанавливается напряжение достаточное для открывания транзистора VT1, транзистор открывается и реле P1 срабатывает, подключая контактами К1.1 к электросети через блок конденсаторов первичную обмотку трансформатора и начинается зарядка аккумулятора. Как только напряжение заряда достигнет 16,5В, напряжение на выходе А1.1 уменьшится до величины, недостаточной для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии. Реле отключится и контакты К1.1 подключат трансформатор через конденсатор дежурного режима С4, при котором ток заряда будет равен 0,5А. В таком состоянии схема зарядного устройства будет находиться, пока напряжение на аккумуляторе не уменьшится до 12,54В. Как только напряжение установится равным 12,54В, опять включится реле и зарядка пойдет заданным током. Предусмотрена возможность, в случае необходимости, переключателем S2 отключить систему автоматического регулирования.

 

Таким образом, система автоматического слежения за зарядкой аккумулятора, исключит возможность перезаряда аккумулятора. Аккумулятор можно оставить подключенным к включенному зарядному устройству хоть на целый год. Такой режим актуален для автолюбителей, которые ездят только в летнее время. После окончания сезона автопробега можно подключить аккумулятор к зарядному устройству и выключить только весной. Даже если в электросети пропадет напряжение, при его появлении зарядное устройство продолжит заряжать аккумулятор в штатном режиме

 

Принцип работы схемы автоматического отключения зарядного устройства в случае превышения напряжения из-за отсутствия нагрузки, собранной на второй половинке операционного усилителя А1.2, такой же. Только порог полного отключения зарядного устройства от питающей сети выбран 19В. Если напряжение зарядки менее 19В, на выходе 8 микросхемы А1.2 напряжение достаточное, для удержания транзистора VT2 в открытом состоянии, при котором на реле P2 подано напряжение. Как только напряжение зарядки превысит 19В, транзистор закроется, реле отпустит контакты К2.1 и подача напряжения на зарядное устройство полностью прекратится. Как только будет подключен аккумулятор, он запитает схему автоматики, и зарядное устройство сразу вернется в рабочее состояние.

 

Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20В при токе нагрузки до 8А. Если нет готового трансформатора, то можно взять любой подходящий по мощности и намотать новую вторичную обмотку. Рассчитать количество витков можно с помощью специального калькулятора для расчета трансформаторов. Скачать простой калькулятор для расчета параметров трансформаторов мощностью до 500 ватт Вы можете с моего сайта. Программа калькулятора состоит из одного файла 180 КБ и не требует установки, достаточно запустить исполняемый файл и калькулятор готов к расчету.

 

Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.

 

Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10А. VD7, VD11 - любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым.

В качестве операционного усилителя выбран КР1005УД1, аналог зарубежного AN6551. Такие усилители применяли в блоке звука и видео в видеомагнитофоне ВМ-12. Усилитель хорош тем, что не требует двух полярного питания, цепей коррекции и сохраняет работоспособность при питающем напряжении от 5 до 12В. Заменить его можно практически любым аналогичным. Хорошо подойдут для замены микросхемы, например, LM358, LM258, LM158, но нумерация выводов у них другая, и потребуется внести изменения в рисунок печатной платы.

 

Реле Р1 и Р2 любые на напряжение 9-12В и контактами, рассчитанными на коммутируемый ток 1А. Р3 на напряжение 9-12В и ток коммутации 10А, например РП-21-003. Если в реле несколько контактных групп, то их желательно запаять параллельно.

 

Переключатель S1 любого типа, рассчитанный на работу при напряжении 250В и имеющий достаточное количество коммутирующих контактов. Если не нужен шаг регулирования тока в 1А, то можно поставить несколько тумблеров и устанавливать ток заряда, допустим, 5А и 8А. Если заряжать только автомобильные аккумуляторы, то такое решение вполне оправдано. Переключатель S2 служит для отключения системы контроля уровня зарядки. В случае заряда аккумулятора большим током, возможно срабатывание системы раньше, чем аккумулятор зарядится полностью. В таком случае можно систему отключить и продолжить зарядку в ручном режиме.

 

Электромагнитная головка для измерителя тока и напряжения подойдет любая, с током полного отклонения 100мкА, например типа М24. Если нет необходимости измерять напряжение, а только ток, то можно установить готовый амперметр, рассчитанный на максимальный постоянный ток измерения 10А, а напряжение контролировать внешним стрелочным тестером или мультиметром, подключив их к контактам аккумулятора. 

 

2.2 Состав и работа автомата.

                                               Данные зарядного устройства: 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определяем сопротивление нагрузки выпрямительного устройства.

 

 

2. Находим коэффициент сглаживания фильтра.

 

 

где Рвх. - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (для однофазной двухполупериодной схемы выпрямления Рвх.=67%); Рвых. - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.

 

3. Произведение значений индуктивности и емкости сглаживающего.

 

где m - коэффициент, определяемый выбором схемы выпрямления ( m = 1 для однополупериодных                               схем, m = 2 для двухполупериодных схем);

4. Собственная частота колебаний сглаживающего фильтра

 

Отсутствие резонансных колебаний на частоте первой гармонике переменной составляющей выпрямленного напряжения в фильтре проверяют из выражения:

 

Если приведенное условие не выполняется, то произведение Lф Сф необходимо увеличить. Собственная частота колебаний фильтра не должна быть равной или кратной частоте питающей сети.

 

5. Индуктивность дросселя фильтра.

 

 

Дросель Д57-1.2-0.8

где р — волновое сопротивление фильтра принимаемое обычно равным (0,15-0,25) Rн.

Пользуясь справочной литературой, следует выбрать унифицированный дроссель. В случае необходимости дроссель фильтра может быть рассчитан и изготовлен самостоятельно.

 

6. Емкость конденсатора фильтра.

 

 

        Конденсатор выбран на 6800мкф*500В

7. Коэффициент затухания колебаний в фильтре при среднем значении тока в нагрузке

 

 

 

где RB - внутреннее эквивалентное сопротивление выпрямителя. Принимаем ориентировочно RB = 1,5 Ом

 

 

8. Максимальное напряжение на конденсаторе фильтра при отключении нагрузки выпрямителя.

 

 

 

 

 

  Максимальное напряжение на конденсаторе фильтра в любом случае не должно превышать макси-     мально допустимое значение напряжения для выбранного типа конденсаторов.

 

9. Проверка сглаживающего фильтра на индуктивную реакцию для схемы выпрямления.

 

 

 

10. Выбор типа выпрямительного диода для мостовой схемы.

     Определяем обратные напряжения на диоде:

 

 

    Определяем среднее  значение тока диода^

 

   В качестве выпрямительного  моста будем использовать готовую  сборку КЦ405А, его параметры 

Uоб = 600 В, Iпр = 1 А, вполне нам подходит.

 

 

3. Конструкция автомата для дозарядки АКБ.

 

 

После того, как все расчеты сделаны, нужно спроектировать печатную плату нашего устройства. Проекти ровать её будем в программе называемой Sprint-layout 6.0. Эта программа специально разработана для про ектировки различных печатных плат. Сама программа показана на рисунке 16.

 

 

Рис.10. Программа Sprint-layout 6.0.

 

 

     В  данной программе есть рабочее  поле, свойства (где указываются  размеры платы, то есть рабочего  поля), компоненты, это электрические  элементы такие как резистор, конденсатор, микросхема, а также  разъ-емы и так далее.

     Также  в этой программе задается  шаг координатной сетки, есть  возможность подписывать электриче ские элементы, благодаря чему можно в этой же программе создать сборочный чертёж платы (плата в сбо ре).

     Функциональные  возможности программы впечатляющие. В ней могут проектироваться  как простые пе-чатные платы, так и довольно сложные, такие как двусторонние и многослойные печатные платы.

     Данная  программа очень полезна при  проектировки печатных плат с  мелкими деталями, такими как SMD-элементы (мелкие электрические элементы  поверхностного монтажа), микроконтроллеры, микропро цессоры. Многие считают, что микроконтроллеры и микропроцессоры это одно и то же устройство. На са мом деле оно так и есть, только они отличны по функциональным возможностям, микропроцессоры гораздо мощнее. Чем микроконтроллеры. А главное достоинство этой программы то, что с её помощью можно за быть о кривых дорожках (линии соединения компонентов), теперь они будут всегда ровные.

     Обычно  такую программу используют предприятия  по производству радиоэлектронного  оборудования, а также и те  люди, которые проектируют сложные  и довольно в мелком масштабе  схемы. Данной программой соблюдены  все требования по стандартам.

 

 

1. Разработка печатной платы.

 

 

Собственно вот наша печатная плата изображена на рисунке 11.

 

 

Рис.11. Чертеж печатной платы.

 

Характеристики платы:

 

3.1.1. Габариты 160x100мм

3.1.2. Шаг координатной сетки 2,5 мм, вместо 2,54. Объясняется это тем, что расстояние между

Выводами микросхемы DIP-корпуса составляет 2,5 мм

3.1.3. Ширина дорожек 1 мм

3.1.4. Диаметр перемычек 1 мм

 

 

 

2. Выбор трансформатора.
1. Определяем габаритную мощность трансформатора

 

2.    Находим действующее напряжение вторичной обмотки

 

            3.2.3   Действующее значение тока вторичной обмотки будет равно номинальному току в нагрузке

   0,5 А.

           3.2.4 Коэффициент трансформации  

     3.2.5   Нам подходит унифицированный трансформатор.

Тип ТН-61-127/220-50

Характеристики:

 

Сердечник: ШЛ25х40

Мощность: 190 Вт

Ток первичной обмотки: 1,66/0,95 А

Масса: 3,3 кг

 

Выводы обмоток	Напряжение, В	Допустимый ток, А
7-8	6.3	6.1
9-10	6.6	8.0
11-12(13)	5(6.3)	8.0
14-15(16)	5(6.3	8.0

Таблица 3. Электрические параметры трансформатора типа Н-61-127/220-50

 

Трансформаторы ТН61 на 220 В выпускаются начиная с 1979 г. (обозначаются какТН61-220-50), они имеют одну первичную обмотку и такую же нумерацию выводов, как у трансформаторов на 127/220 В.

Электрические параметры, габаритные и установочные размеры, а также масса трансформаторов ТН61 на 220 В такие же, как у соответствующих трансформаторов ТН61 на 127/220 В.

Напряжение на отводах первичных обмоток трансформаторов ТН61 на 127/220 В составляют:

• между выводами 1 и 1а, 4 и 4а - 3,2 В;
• между выводами 1 и 1б, 4 и 4б - 6,3 В;
• между выводами 1 и 2, 4 и 5 - 110 В;
• между выводами 1 и 3, 4 и 6 - 127 В.

При использовании трансформаторов ТН61-127/220 на 127 В необходимо:

• соединить выводы 1 и 4, а также 3 и 6;
• подать напряжение 127 В на выводы 1 и 3.