В литературе на данную тему опубликовано много различных конструкций на самой разнообразной элементной базе, но ранее на эту тематику был ряд конструкций, которые не заслуженно забыты. Одной из таких конструкций является описываемый прибор для автоматической тренировки аккумуляторов, получивший диплом за второе место на 32-й радиовыставке творчества радиолюбителей. Данный прибор предназначен для обслуживания кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В и емкостью от 40 до 100, А/ч. Основное “заболевание” таких батарей - сульфатация, вызывающая повышение внутреннего сопротивления и снижение емкости батареи [1-4]. Один из наиболее известных методов борьбы с сульфатацией заключается в периодической (1-2 раза в год) разрядке батареи малым током (не более 0,05 ее емкости) и последующей зарядке ее таким же током [1-3].
Менее известен способ десульфатации, предусматривающий зарядку аккумуляторной батареи циклами: 6...8 ч зарядки током 0,04...0,06 от значения емкости с перерывом не менее 8 ч, В течение перерыва электродные потенциалы на поверхности и в глубине активной массы пластин аккумуляторов выравниваются, более плотный электролит из пор пластин диффундирует в межэлектродное пространство, при этом напряжение аккумулятора понижается, а плотность электролита увеличивается.
В предлагаемом приборе использован псевдокомбинированный способ, при котором производится разрядка до напряжения на каждом аккумуляторе 1,7...1,8В, а затем последующая зарядка циклами. Критерием, используемым при управлении процессом зарядки, является напряжение на аккумуляторной батарее, функционально связанное со степенью заряженности ее [5]. Зарядка в каждом цикле заканчивается при достижении на клеммах батареи напряжения 14,8...15В, а возобновляется при снижении его до 12,8...13В. О таком способе зарядки рассказано в статье [6].
Прибор для автоматической тренировки аккумуляторов (ПАТА) проводит разрядку батареи до напряжения 10,5...10,8В, автоматически переключается на режим зарядки и осуществляет ее циклами, как указано выше.
Прибор работает в трех режимах:
- В первом режиме (“1Ц”) возможны два варианта: либо зарядка циклами, либо разрядка до напряжения 10,5...10,8В, а затем зарядка циклами.
- В следующем режиме (“NЦ”) происходит многократный переход от зарядки к разрядке при достижении на клеммах аккумуляторной батареи напряжения 14,8...15В и от разрядки к зарядке при напряжении на клеммах 10,5...10,8В.
- Третий режим (“НЗ”) соответствует работе обычного зарядного устройства без автоматики. Разряжается батарея током 2...1,7А, а заряжается током 2 или 5А (в первом случае он изменяется от 2 до 1,5А, во втором - от 5,8 до 4,5А).
Прибор питается от сети переменного тока напряжением 220В и потребляет не более 25 Вт при отсутствии зарядки и не более 180Вт при максимальном зарядном токе. Принципиальная схема прибора приведена на рис.1. Понижающий трансформатор Т1 обеспечивает на вторичной обмотке переменное напряжение около 19 В.
С помощью диодов VI) I VD4 получается пульсирующее напряжение амплитудой около 27 В, а после диода VD5 на конденсаторе С1 образуется постоянное напряжение около 26В, необходимое для питания узла автоматики. Пульсирующее напряжение подается на анод тринистора VS1. Если на управляющий электрод тринистора подать соответствующее напряжение, тринистор откроется и пропустит ток для зарядки аккумуляторной батареи через лампы HL2-HL6 и выключатель SA3. Ток зарядки ограничивается лампами накаливания HL6 (в режиме “2А”) или HL4-HL6 (в режиме “5А”). Разряжается батарея через транзистор VT13 и резисторы R25, R26.
Рис.1.
Управляются тринистор и транзистор VT13 узлом автоматики. Он содержит источник образцового напряжения (резистор R15, диоды VD9, VD10), пороговый выключатель разрядки (транзисторы VT7, VT8, резисторы R17-R20), усилитель сигнала разрядного тока (транзисторы VT10-VT12), пороговый переключатель зарядки (транзисторы VT3-VT6 с соответствующими резисторами, включая R13, R16), усилитель сигнала зарядного тока (транзисторы VT1, VT2) и элементы запрета сигнала зарядки (диод VD7, транзистор VT9).
Работа прибора
Пороговый переключатель разрядки подключен к выходным зажимам прибора XT3, XT4, предназначенным для подключения аккумуляторной батареи. Имеющееся на них напряжение является одновременно и питающим и контролируемым напряжением выключателя. Радиолюбителям известен аналог тринистора, состоящий из двух транзисторов разной структуры. Аналог способен по внешнему сигналу переходить в открытое состояние и сохранять его, пока хотя бы один из транзисторов находится в насыщении.
Выключение наступает при снижении тока до порогового значения, когда оба транзистора выходят из насыщения. Пороговый выключатель выполнен с аналогичными связями, но не непосредственными, а через резисторы, причем эмиттер одного из транзисторов подключен к образцовому напряжению, а база - к делителю напряжения. Благодаря этому пороговый выключатель обладает температурной стабильностью напряжения порога выключения. Настраивают выключатель на пороговое напряжение (10,5... 10,8 В) подстроечным резистором R19.
Усилитель сигнала разрядного тока состоит из цепочки транзисторов с чередующейся структурой. Транзисторы работают в ключевом режиме. Работа одного из них (VT11) поставлена в зависимость от наличия напряжения 26 В. Это сделано для прекращения разрядки батареи в случае аварийного выключения сетевого напряжения. Пороговый переключатель зарядки состоит из транзисторного усилителя (VT6), триггера Шмитта (VT3, VT4) и ключевого транзистора (VT5). Последний предназначен для устранения влияния нижнего порога переключения (резистор R13) на верхний (резистор R16).
Усилитель зарядного тока, как и разрядного, состоит из цепочки транзисторов разной структуры, работающих в ключевом режиме. При этом коллекторный ток транзистора VT1 может протекать через базовую цепь транзистора VT2, когда закрыт транзистор VT9 (т. е. нет разрядки). Диод VD7 повышает надежность закрывания транзистора VT2 при открывании транзистора VT9 (когда идет разрядка батареи и ток через управляющий электрод тринистора не должен протекать).
Диод VD8 защищает управляющий электрод тринистора от обратного тока, который мог бы быть при выключении сети и подключенной аккумуляторной батарее. Цепочка С2, R29, VD11 нужна для случая зарядки глубоко разряженной или сульфатированной батареи, когда на ее клеммах может возникнуть пульсирующее напряжение. Благодаря диоду VD11 на конденсаторе С2 оказывается сглаженное напряжение. Без этой цепочки выбросы напряжения могли бы раньше времени вывести пороговый выключатель из режима зарядки.
Конденсатор С3 играет роль своеобразного аккумулятора и используется для контроля исправности прибора. В положении “Контроль” выключателя SA3 он может заряжаться только через диод VD12 и резистор R34, а разряжаться через узел автоматики. Поскольку в режимах “1Ц” и “ЫЦ” процессы зарядки и разрядки происходят с периодом повторения около 1с, на вольтметре PU1 наблюдаются колебания стрелки, отражающие напряжения порогов переключения и управляемость всех цепей зарядки и порогового выключателя. Зажимы ХТ1 и XT2 с напряжением 12,6В предназначены для подключения вулканизатора, лампы подсветки, малогабаритного паяльника и другой нагрузки мощностью до 100 Вт. Рассмотрим более подробно работу прибора в различных режимах при установке выключателя SA3 в положение “Контроль” (аккумуляторная батарея не подключена).
В режиме “1Ц” после подачи на блок сетевого напряжения на конденсаторе С3 напряжение не повышается, потому что отсутствует ток базы транзистора VT1. Чтобы обеспечить начальные условия работы, переключателем SA1 кратковременно устанавливают режим “НЗ” и возвращают в положение “1Ц”. После этого пороговый переключатель начинает работать, запрещая зарядку при повышении напряжения на конденсаторе выше установленного максимума (14,8... 15В) и разрешая, если оно стало ниже установленного минимума (12Д.13В).
При переводе переключателя SA1 в режим “1Ц” на коллектор транзистора VT8 подается через диод VD6 напряжение, и пороговый выключатель срабатывает, прекращая разрядку. При этом открытый транзистор VT9 запрещает зарядку, и конденсатор С3 разряжается через узел автоматики до напряжения 10,5...10,8В. После опрокидывания порогового выключателя транзистор VT9 закрывается, коллекторный ток транзистора VT1 протекает через диод VD7 и базовую цепь транзистора VT2. Этот транзистор, а вслед за ним и тринистор открываются. Через конденсатор С3 протекает зарядный ток, и напряжение на конденсаторе повышается до 14,8...15В.
Во время указанного контроля остаются непроверенными элементы разрядки, поскольку такие дефекты, как обрыв в цепях транзисторов VT11-1/77,?, никак не отразятся на показаниях вольтметра PU1. Для контроля работы этих элементов выключатель SA3 устанавливают в положение “Работа” - тогда в режиме “ЫЦ” конденсатор СЗ будет разряжаться в основном через транзистор VT13. В результате начнет мигать лампа HL7 “Разрядка”, свидетельствуя об исправности цепей разрядки.
Аналогично работает прибор с подключенной аккумуляторной батареей. В режиме “1Ц” сразу начинается зарядка циклами (имеется в виду, что напряжение батареи не превышает порогового напряжения 12,8...13 В). Горит лампа HL2 при зарядном токе 2А или HL3 при токе 5А. Нажатием кнопочного выключателя SB1 “Разрядка” на запускающий вход порогового выключателя подается напряжение, в результате чего он срабатывает. Разрядка индицируется лампой HL7.
В режиме “NЦ” при подключении аккумуляторной батареи работа может начаться как с зарядки, так и с разрядки - в зависимости от того, в каком режиме в момент включения находился пороговый выключатель. При желании установить какой-то конкретный режим, переключатель SA1 сначала устанавливают в положение “1Ц”, а после этого - в положение “NЦ”. В режиме неавтоматической зарядки (“НЗ”) контакты переключателя блокируют пороговый выключатель, и тринистор управляется непосредственно от источника постоянного тока.
Рис. 2. Внешний вид прибора
Детали
Какие детали использованы в приборе? Постоянные резисторы R25, R26 - остеклованные проволочные типа ПЭВ-10, остальные - МЛТ указанной на схеме мощности, подстроечные резисторы R13, R16, R19 - типа ППЗ или другие. Кроме указанных на схеме, транзисторы 1/77, VT6, VT7, VT10 могут быть П307, П307В, П309; VT2 - ГТ403А, ГТ403В-ГТ403Ю; VT3, VT4, VT8, VT9S VT11 - МП20, МП20А, МП20Б, МП2Л, МП21А- МП21Е; VT5, VT1'2 - KT603A9 KT608A, КТ608Б; VT13 - любой из серий П214-П217. Диоды VD1-VD4 могут быть, кроме указанных на схеме, Д242, Д243, Д243А, Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247; VD5 - КД202Б-КД202С; VD6, VD7 - Д223А, Д223Б, Д219А, Д220; VD8, VD11, VD12 - Д226В-Д226Д, Д206-Д211; вместо стабилитронов Д808 подойдут Д809-Д813, Д814А- Д814Д. Тринистор может быть КУ202А-КУ202Н.
Конденсаторы С1, С3 - К50-6; С2 - К50-15. Лампы HLI-HL3, HL7 - CM28, HL4-HL6 - автомобильные на напряжение 12В и мощность 50 + 40 Вт (используется нить на 50 Вт). Выключатель Q1 - тумблер ТВ (ТП), выключатели SA2, SA3 - тумблеры ВБТ, кнопочный выключатель SB1 - КМ-1, переключатель SA1- типа ПКГ (3П3Н). Трансформатор Т1 - готовый, ТН-61-220/127-50 (номинальная мощность 190 Вт). Вольтметр постоянного тока - типа М4200 со шкалой на 30В.
Применение деталей на современной элементной базе уменьшит габариты прибора и улучшит его технические характеристики.
Конструкция
Конструкция прибора показана на рис. 2 и 3. Основой его является основание размерами 240X225 мм из дюралюминия толщиной 3 мм. К основанию прикреплены лицевая панель, монтажная плата с деталями узла автоматики, конденсаторы С1, СЗ, трансформатор питания, задняя и боковая монтажные платы.
Рис. 3. Вид на монтаж прибора
На лицевой панели расположены органы управления и индикации, а также зажимы ХТ1, ХТ2. На задней монтажной плате, изготовленной из стеклотекстолита толщиной 3 мм (размеры платы 105 х 215 мм), смонтированы диоды VD1-VD4 (на ребристых радиаторах), диод VD5, тринистор (на ребристом радиаторе), транзистор VT13 (на П-образном радиаторе), резисторы R25, R26 лампы HL4-HL6. На боковой монтажной плате, установленной рядом с трансформатором, смонтированы резисторы R11, R29, R32-R34, диоды VD8, VD11, VD12, конденсатор С2У подстроенные резисторы.
Для подключения аккумуляторной батареи через отверстие в лицевой панели выведен шланг с двумя толстыми проводами и маркированными (знаками “ + ” и “—”) зажимами на концах. Сверху блок прикрыт кожухом, изготовленным из листового алюминия. Чертеж платы узла автоматики приведен на рис.4. К основанию ее крепят с помощью двух Г-образных уголков-кронштейнов.
Настройка
Для налаживания прибора понадобятся регулируемый источник постоянного тока с максимальным напряжением 15В и током нагрузки не менее 0,2А, контрольный вольтметр или сигнальная лампа на напряжение 27 В.
Рис. 4. Печатная плата (а) узла автоматики и расположение деталей на ней (б)
Перед налаживанием движки подстроечных резисторов устанавливают в положение максимального сопротивления, контрольный вольтметр или сигнальную лампу подключают между выводом 2 платы узла автоматики и общим проводом (зажим ХТ4), а источник питания подключают (с соблюдением полярности) к выходным зажимам прибора.
Переключатель SA1 устанавливают в положение “1Ц”, выключатель SA3 - в положение “Контроль”. Выходное напряжение источника постоянного тока должно быть 14,8...15 В. После включения прибора в сеть на контрольном вольтметре должно быть напряжение около 26 В. Плавно перемещая движок подстроечного резистора R16, добиваются, чтобы контрольное напряжение упало скачком до нуля.
Устанавливают на источнике напряжение 12,8...13В и плавно перемещают движок резистора R13 до появления на контрольном вольтметре скачком напряжения 26 В. Нажимают кнопку SB1 - контролируемое напряжение вновь должно упасть до нуля. Установив на источнике напряжение 10,5...10,8В, перемещают движок резистора R19 до появления на контрольном вольтметре напряжения 26В. После этого следует проверить и при необходимости подобрать точнее уровни срабатывания автомата при изменении напряжения источника питания.
Установка верхнего порога 15В не вызывает выкипания электролита после полной зарядки батареи, потому что батарея в этом случае включается автоматом на зарядку на 8... 10 мин и отключается примерно на 2 ч. Наблюдения показали, что при работе в таком режиме даже в течение нескольких месяцев уровень электролита в банках аккумуляторов не понижается.
А. Коробков
Литература:
- Ильин Н. М. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 1974. ” 2. Вершигора В. А. Автомобили ВАЗ.- М.: Транспорт, 1974.
- Алексахин К. Эксплуатация и хранение аккумуляторов. - Радио, 1963, № 4.
- Галкин Ю. М Электрооборудование автомобилей и тракторов. - М.: Машиностроение, 1967.
- 3орохович А. Е. Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей. - М.: Энергия, 1975.
- Wittke А.- Automatisches Ladegerat fur Autoakus.- Funk-schau, 1978, № 25,
ПР96
