Зарядно-подзарядные агрегаты: устройство, принципы действия, применение
В статье рассматриваются режимы работы, особенности конструкций, принципы действия и области применения промышленных зарядно-подзарядных агрегатов различных типов: на основе тиристорных регулируемых выпрямителей, с промежуточным звеном высокой частоты, феррорезонансных.
Характеристики ЗПА должны обеспечивать его работоспособность в разных режимах, с автоматическим переключением между ними. В соответствии с [1] основными режимами работы ЗПА являются:
- Поддерживающий заряд (float charging) — заряд аккумулятора небольшим током с целью компенсировать саморазряд и поддерживать его в полностью заряженном состоянии.
- Уравнительный заряд (equalize charging) — заряд аккумулятора с целью выравнивания напряжения на элементах батареи.
- Ускоренный заряд (boost charging). К сожалению, в [1] нет ни определения, ни объяснения этому режиму, но известно, что он используется для ускоренного возврата батареи в нормальное эксплуатационное состояние после полного разряда, а также для частичной очистки электродов от сульфатации.
В соответствии с [1] ЗПА должны обеспечивать заряд АБ в трехступенчатом автоматическом режиме:
- I ступень — ограничение начального тока заряда на уровне 0,3 С10, где С10 — емкость АБ, эквивалентная десятичасовому циклу разряда;
- II ступень — ограничение напряжения заряда;
- III ступень — режим стабилизации напряжения.
Рис. 1. Иллюстрация процесса заряда разряженной АБ автоматическим трехступенчатым ЗПА
В этом режиме происходит ускоренный и наиболее интенсивный заряд АБ, сопровождающийся бурными химическими реакциями и выделением газов, в частности взрывоопасного в смеси с воздухом водорода.
Импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора
Устройство и принцип действия классического ЗПА на тиристорах
Подавляющее большинство схем ЗПА выполняются на силовых тиристорах, работающих на промышленной частоте. Принцип действия однополупериодного однофазного тиристорного выпрямителя — регулятора напряжения показан на рис. 2.
Рис. 2. Принцип действия однополупериодных выпрямителей: вверху — на диоде (VD), внизу — на тиристоре (VS)
Использование мостовой схемы с четырьмя тиристорами (полный мост) или двумя тиристорами и двумя диодами (полумост) (рис. 3) позволяет получить в нагрузке двухполупериодное выпрямленное регулируемое напряжение.
Рис. 3. Принцип действия двухполупериодного выпрямителя:
а) на диодах;
б) на тиристорах
Применение трехфазной мостовой схемы выпрямления (рис. 4) позволяет решить сразу несколько проблем:
- уменьшить несимметричную нагрузку фаз;
- значительно улучшить форму выходного напряжения, уменьшив его пульсации (переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя);
- существенно снизить уровень гармоник, генерируемых выпрямителем в питающую сеть, за счет использования входного трансформатора с обмотками, соединенными по схеме «треугольник–звезда».
Рис. 4. Принцип действия трехфазного мостового выпрямителя на диодах и трехфазного выпрямителя — регулятора напряжения на тиристорах
При использовании тиристоров вместо диодов VD1–VD6 получим трехфазный выпрямитель — регулятор напряжения (рис. 4).
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема ЗПА фирмы Winterfeld
Рис. 6. Принципиальная электрическая схема и конструкция импульсного блока управления CU2
Рис. 7. Принципиальная электрическая схема и конструкция аналогового блока управления CU1
Самодельный зарядный прибор
Трансформаторное зарядное устройство
Такое устройство самое простое в сборке и не содержит дефицитных деталей. Схема состоит из трёх узлов:
Напряжение из промышленной сети поступает на первичную обмотку трансформатора. Сам трансформатор может использоваться любого вида. Состоит он из двух частей: сердечника и обмоток. Сердечник собирается из стали или феррита, обмотки — из проводникового материала.
Упростить схему можно, убрав реостат, а на входе перед трансформатором установить набор конденсаторов, использующихся как реактивные сопротивления для уменьшения напряжение сети. Чем меньше номинальное значение ёмкости, тем меньше напряжение поступает на первичную обмотку в сети.
Особенность такой схемы в необходимости обеспечения уровня сигнала на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем рабочее напряжение нагрузки. Такую схему можно использовать и без трансформатора, но это очень опасно. Без гальванической развязки можно получить поражение электрическим током.
Импульсное устройство подзаряда
Достоинство импульсных устройств в высоком КПД и компактных размерах. В основе прибора лежит микросхема с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Собрать мощное импульсное зарядное устройство своими руками можно по следующей схеме.
Изготовить импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками можно, используя переделанный компьютерный источник питания формата АТ. В качестве ШИМ контроллера в них используется распространённая микросхема TL494. Сама переделка заключается в увеличении выходного сигнала до 14 вольт. Для этого понадобится правильно установить подстроечный резистор.
Устройство на микросхеме LM317
Довольно простая, но стабильно работающая схема зарядки легко выполняется на интегральной микросхеме LM317. Микросхема обеспечивает установку уровня сигнала 13,6 вольт при максимальной силе тока 3 ампера. Стабилизатор LM317 снабжён встроенной защитой от короткого замыкания.
Схему можно максимально упростить, но её надёжность уменьшится.
В ней резистором R2 подбирают ток. В качестве резистора используется мощный проволочный элемент из нихрома. Когда АКБ разряжен, ток заряда максимальный, светодиод VD2 горит ярко, по мере заряда ток начинает спадать и светодиод тускнеет.
Зарядное из источника бесперебойного питания
Выпрямитель собирается на любых мощных диодах, например, отечественных Д-242 и сетевом конденсаторе 2200 мкФ на 35−50 вольт. На выходе получится сигнал с напряжением 18−19 вольт. В качестве стабилизатора напряжения используется микросхема LT1083 или LM317 с обязательной установкой на радиатор.
При самостоятельном изготовлении устройства следует помнить про электробезопасность при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный прибор зарядки из исправных деталей начинает работать сразу, требуется лишь только выставить тока заряда.
Схемы самодельных зарядных устройств для автомобильного аккумулятора • Мир электрики
- Пуско-зарядные, предназначенные для запуска двигателя при нерабочем аккумуляторе. Кратковременно подавая на клеммы аккумулятора ток большой величины, происходит включение стартера и запуск двигателя, а в дальнейшем заряд батареи происходит от генератора автомобиля. Они выпускаются только на определённое значение тока или с возможностью выставления его величины.
- Предпусковые зарядные, к клеммам аккумуляторной батареи подключаются выводы с устройства и подаётся ток длительное время. Его значение не превышает десяти ампер, в течение этого времени происходит восстановление энергии батареи. В свою очередь, они разделяются: на постепенные (время зарядки от 14 до 24 часов), ускоренные (до трёх часов) и кондиционирующие (около часа).
