Зарядное устройство

Принципиальные схемы блоков питания, зарядных устройств, стабилизаторов.
Ответить
admin
Администратор
Сообщения: 32
Зарегистрирован: 31 янв 2017, 15:57

Зарядное устройство

Сообщение admin » 12 апр 2017, 08:09

Самая разнообразная бытовая аппаратура (радиоприемники, магнитофоны, электропроигрывающие устройства), измерительные приборы, электронные часы и многие другие конструкции питаются от гальванических элементов и батарей. Проходит время, и источник питания приходится заменять, выбрасывая порою еще пригодные к работе элементы и батареи. Пригодные потому, что их можно подзарядить и пустить в работу вновь.

Процесс восстановления работоспособности гальванического источника питания называют регенерацией, впервые о нем заговорили более трех десятилетий назад. Практика показала, что не каждый элемент (или батарея) пригоден для регенерации, а лишь тот, у которого напряжение, а значит, и емкость не опустились ниже определенной отметки. К примеру, для батареи 3336 таким пределом можно считать напряжение 2,4 В. Гальванический же элемент подлежит регенерации в случае, если его ЭДС не более чем на 0,2 В выше напряжения под нагрузкой. Причем ток нагрузки во время проверки должен быть равен примерно 5...10% значения номинальной емкости элемента.

Схема простейшего прибора для проверки способности элемента (или батареи) к регенерации приведена на рис. 3-1. Вольтметром PV1 измеряют ЭДС и напряжение испытываемого источника (его подключают к зажимам ХТ1 и ХТ2 в указанной на схеме полярности), а кнопочными выключателями SB1 и SB2 задают тот или иной режим разрядки (сопротивления нагрузки).

Изображение

Как свидетельствуют эксперименты, наиболее успешно поддаются восстановлению элементы (батареи), эксплуатирующиеся при больших ток ах нагрузки (детские игрушки, карманные фонари, переносные магнитофоны и т. д.), хуже — источники, работающие при малых токах (портативные радиоприемники, электромеханические часы-будильники).

Если элемент (батарея) потерял первоначальную емкость во время эксплуатации, его подключают к зарядному устройству. А чтобы элемент зарядился, нужно пропустить через него вполне определенный зарядный ток и продержать элемент в таком состоянии положенное время. Обычно для аккумуляторов зарядный ток берется равным десятой части его емкости. Такое же соотношение можно принять и для гальванических источников питания. Поэтому зарядные устройства несколько отличаются друг от друга по схемотехническим решениям: ведь каждое из них обеспечивает зарядный ток для «своей» батареи.

Устройство, схема которого приведена на рис. 3-2, заряжает элементы 332, 316 и даже малогабаритные аккумуляторы Д-0,2. Оно обеспечивает зарядный ток около 20 мА. Основная часть устройства — выпрямитель, собранный на диодах VD1 и VD2. Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром C1R2C2 и подается на зажимы ХТ1 и ХТ2, к которым подключают заряжаемый источник питания. Резистор R3 предохраняет от пробоя конденсаторы фильтра при случайном отключении нагрузки, резистор R1 ограничивает зарядный ток.

Изображение

Резистор R1 лучше всего применить марки ПЭВ (остеклованный, проволочный), но его можно составить и из четырех последовательно соединенных МЛТ-2 сопротивлением по 2 кОм (один из резисторов — 2,2 кОм). Диоды могут быть любые другие, рассчитанные на обратное напряжение не ниже 300 В и выпрямленный ток более 50 мА. Конденсаторы — К50-6 или другие. Зажимы — любой конструкции. При отсутствии гасящего резистора R1 большой мощности или резисторов МЛТ-2 вместо него подойдет обыкновенный бумажный конденсатор емкостью 0,2...0,25 мкФ на номинальное напряжение не ниже 400 В.

Для зарядки элементов 373, 343 и батарей 3336 предназначено другое устройство (рис. 3-3), в котором гасящий резистор (он должен быть значительно большей мощности по сравнению с таким же резистором предыдущего устройства) заменен бумажным конденсатором С1. Параллельно конденсатору включен шунтирующий резистор R1, позволяющий конденсатору разряжаться после выключения устройства. Последующие цепи из диодов, конденсаторов и резисторов имеют такое же назначение, что и в предыдущем устройстве.

Изображение

Не удивляйтесь, что к этому зарядному устройству предлагается подключать источники с разным напряжением — 1,5 и 4,5 В. Зарядный ток у них разный, поэтому при подключении, скажем, элемента 373 из-за возрастания тока через него напряжение на выводах элемента упадет до указанного.

До сих пор мы говорили о зарядке гальванических элементов и батарей строго постоянным током, т. е. выпрямленным током, «очищенным» от пульсаций переменного напряжения. Несколько лучшие результаты получаются при зарядке этих источников питания так называемым асимметричным переменным током, имеющим положительную постоянную составляющую. Простейшим источником такого тока является однополупериодный выпрямитель на диоде, шунтированном постоянным резистором, и без фильтрующих конденсаторов. Выпрямитель подключают к вторичной обмотке понижающего трансформатора с напряжением 5...10 В.

Тогда при одном полупериоде сетевого напряжения ток будет протекать через диод и заряжаемый элемент (или батарею), а при другом — через резистор и ту же нагрузку. Изменением сопротивления резистора можно подбирать соотношение (асимметрию) между постоянной составляющей тока зарядки и эффективным значением его переменной составляющей в пределах 5..25 (практически это соотношение поддерживают в пределах 13...17).

Вариант с шунтирующим резистором обладает, к сожалению, низким КПД и еще одним недостатком — при случайном отключении сетевого напряжения (или нарушении контакта сетевой вилки) источник питания будет разряжаться через резистор и вторичную обмотку трансформатора.

Более оптимален вариант с шунтирующим конденсатором (рис. 3-4) Его емкость такова, что на частоте 50 Гц емкостное сопротивление конденсатора получается равным при мерно 320 Ом — оно и определяет асимметрию. Кроме тоге, с зарядную цепь включена лампа НL1, выполняющая как роль стабилизатора зарядного тока, так и индикатора степени заряженности нагрузки, — по мере зарядки источника G1 яркость лампы падает.

Изображение

Понижающий трансформатор Т1 выполнен с отводами во вторичной обмотке. Это нужно для подбора напряжения, подаваемого на выпрямитель в зависимости от зарядного тока нагрузки.

При подключении к выпрямителю выводов 3—6 вторичной обмотки устройство готово к зарядке-регенерации батарей 3336 либо элементов 373, требующих постоянной составляющей зарядного тока 200...400 мА. Если же подать на выпрямитель напряжение с выводов 4—6, к зарядному устройству можно подключать элементы 343, 332, 316. Если ток зарядки элементов 373 или 343 окажется чрезмерным, его нетрудно уменьшить подключением к выпрямителю выводов 3—5. Одним словом, комбинацией подключения к выпрямителю тех или иных выводов вторичной обмотки можно подбирать нужный зарядный ток.

Если же в Вашем распоряжении окажутся лишь трансформаторы без отводов во вторичной обмотке, следует руководствоваться тем, что подводимое к выпрямителю (иначе говоря, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора) эффективное значение напряжения должны быть 2,3...2,4 В на один регенерируемый элемент. Поэтому при регенерации, например, батареи 3336 это напряжение должно составить
6,9...7,2 В.

Регенерацию желательно проводить раздельно для каждого гальванического элемента, однако в некоторых случаях можно включать последовательно два-три элемента и подключать получившуюся батарею к зарядному устройству. Но такой вариант возможен лишь при одинаковой или близкой степени разряженности всех элементов. В противном случае самый «худший» (наиболее разряженный) элемент ограничит ток, что скажется на времени и качестве регенерации.

Выпрямительный диод может быть любой низковольтный, допускающий ток до 300 мА, оксидный конденсатор — К50-6, лампа — на напряжение 3,5 или 6,3 В (МН 3,5-0,14, МН 6,3-0,3). Трансформатор — самодельный, изготовленный на базе унифицированного выходного трансформатора звука ТВЗ-1-1. Его первичная обмотка остается, а вторичная дорабатывается — у нее делают отводы. Для этого от вторичной обмотки отматывают (но не обрывают) 30 витков, делают отвод (вывод 4), наматывают 26 витков и вновь делают отвод (вывод 5), наматывают оставшиеся 4 витка и подпаивают к концу провода (вывод 6).

Трансформатор может быть изготовлен самостоятельно на магнитопроводе Ш16Х24 или аналогичном по сечению. Сетевая обмотка (выводы 1—2) должна содержать 2400 витков провода ПЭВ-2 0,15, вторичная — 70 (выводы 3—4), 26 (выводы 4—5) и 4 (выводы 5—6) витка провода ПЭВ-2 0,57.

Во время регенерации периодически проверяют ЭДС элемента. Как только она возрастет до 1,7...2,1 В и в течение последующей часовой зарядки будет оставаться стабильной, регенерацию заканчивают.

Об эффективности регенерации асимметричным током можно судить, проверяя энергетические параметры элемента или батареи: ЭДС и напряжение, продолжительность разрядки до определенного напряжения (при одинаковом сопротивлении нагрузки) до и после зарядки.
А теперь о зарядке малогабаритных дисковых аккумуляторов. Они используются во многих миниатюрных конструкциях. Емкость у этих источников питания небольшая, и их приходится периодически подзаряжать. Ток зарядки, как было сказано выше, обычно выбирают равным примерно десятой части значения емкости аккумулятора.

Заряжать аккумуляторы можно с помощью тех же устройств, что использовались для регенерации гальванических источников питания. Но подойдут и более простые конструкции, как, например, зарядное устройство, схема которого изображена на рис. 3-5. Это двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах VD1 и VD2. Они включены совместно с резисторами R1 и R2 по мостовой схеме: диоды — в одни плечи, резисторы — в противоположные. К одной диагонали моста подводится через конденсаторы С1 и С2, выполняющие роль ограничительных резисторов, сетевое напряжение, к другой подключают заряжаемый аккумулятор.

Изображение

При указанных на схеме номиналах деталей зарядное устройство способно подзаряжать аккумулятор Д-0,2. К зажимам можно также подключать аккумулятор Д-0,1, но последовательно с каждым из резисторов устройства придется включить по резистору такого же номинала и мощности, чтобы ограничить ток зарядки. Либо подключить параллельно зажимам резистор сопротивлением 120 Ом мощностью 0,125 или 0,25 Вт.

Постоянные резисторы — МЛТ-1, конденсаторы — МБМ или другие бумажные, на номинальное напряжение не ниже указанного на схеме, диоды — любые другие, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 50 мА и обратное напряжение не ниже 300 В.

Устройство еще более упростится, если понадобится заряжать аккумуляторную батарею 7Д-0,1 (рис. 3-6), напряжение которой 9 В. В этом случае понадобятся всего два резистора мощностью по 2 Вт и диод, рассчитанный на выпрямленный ток не менее 50 мА и обратное напряжение не ниже 300 В. Выходной разъем ХР2 — ответная часть разъема аккумуляторной батареи, подойдет, например, колодка с контактами от негодной «Кроны».

Изображение

При пользовании любым зарядным устройством сначала к нему подключают аккумулятор или батарею в указанной на схеме полярности, а затем вилку устройства вставляют в сетевую розетку. Продолжительность зарядки 10...15 ч.

Аккумуляторная батарея 7Д-0,1 — сравнительно дорогостоящий источник питания, поэтому желательно использовать батарею возможно полнее, не допуская чрезмерной разрядки и соблюдая режим зарядки.

Как правило, промышленные зарядные устройства для этой батареи построены по простейшей схеме на двух резисторах и диоде. Они не учитывают колебания напряжения сети и, тем более, не следят за степенью заряженности батареи. Пользуясь таким устройством, можно непроизвольно перезарядить батарею, сокращая при каждой подзарядке срок ее службы. Либо вообще однажды вывести батарею из строя из-за повышения давления газов внутри аккумуляторов при перезарядке, их деформации и нарушения герметичности.

Чтобы подобного не произошло, можно использовать зарядное устройство-автомат, которое отключит аккумуляторную батарею при повышении напряжения на ее выводах до 9,45 В.

Схема такого автоматического устройства приведена на рис. 3-7. Оно состоит из однополупериодного выпрямителя на диоде VD1, стабилизатора напряжения на стабилитроне VD2 и балластных резисторах R1, R2, электронного ключа на транзисторе VT1 и диоде VD3, порогового устройства на тринисторе VS1.

Изображение

Пока аккумуляторная батарея, подключенная к разъему ХР2, заряжается и напряжение на ней ниже номинального, тринистор закрыт. Как только напряжение на аккумуляторной батарее возрастает до номинального, тринистор открывается. Зажигается сигнальная лампа HL1 и одновременно закрывается транзистор. Зарядка батареи прекращается. Порог срабатывания автомата зависит от сопротивления резистора R4.

Балластные (они же и гасящие) резисторы R1 и R2 — МЛТ-2, остальные — МЛТ-0,125. Конденсаторы могут быть К50-6, К50-3, К53-1 на номинальное напряжение не ниже указанного на схеме. Диод Д226Д можно заменить любым другим из этой серии, Д226Б — другим выпрямительным диодом с выпрямленным током не менее 50 мА и обратным напряжением не ниже 300 В, стабилитрон Д813 — стабилитроном Д814Д, транзистор КТ315Б — другим транзистором этой серии с коэффициентом передачи тока не менее 50, тринистор КУ103В — тринистором КУ103А.

Изображение

На указанные на схеме детали рассчитана печатная плата (рис. 3-8) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...2 мм. Ее укрепляют в корпусе (рис. 3-9) из изоляционного материала. Напротив гасящих резисторов R1 и R2 в стенках корпуса сверлят вентиляционные отверстия. Через отверстие в боковой стенке корпуса выводят два проводника в поливинилхлоридной изоляции и припаивают к их концам разъем ХР2 (используют разъем от негодной батареи 7Д-0,1 или «Крона»). Разъем обязательно нужно закрывать во время зарядки защитным колпаком из изоляционного материала, предотвращающим касание выводов батареи и поражение электрическим током. В другом отверстии этой же стенки укрепляют миниатюрную сигнальную лампу СМН 6,3-20, а через отверстие в противоположной стенке выводят сетевой шнур с вилкой ХР1 на конце.

Изображение

Налаживают зарядное устройство при подключенной аккумуляторной батарее и контрольном вольтметре постоянного тока, измеряющем напряжение батареи. Как только напряжение достигнет 9,45 В, должна вспыхнуть сигнальная лампа. Если этого нет, подбирают резистор R4.

Как и в предыдущих случаях, зарядное устройство включают в сеть только после надежного подключения батареи к разъему ХР2.

Простое зарядное устройство для аккумуляторных батарей 6СТ-45, 6СТ-55 и 6СТ-60, питающих бортовую сеть современных легковых автомобилей, можно сравнительно быстро собрать по приведенной на рис. 3-10 схеме. Причем никаких деталей для него изготавливать не придется.

Изображение

Понижающий трансформатор Т1 — ТН44, он предназначен для питания накальных цепей ламповой радиоаппаратуры напряжением 5 и 6,3 В при токе потребления до 3,5 А. Для включения трансформатора в сеть с напряжением 220 В его первичная обмотка составлена из двух полуобмоток, соединенных последовательно. Причем переключателем SA1 можно изменять число витков, участвующих в работе, а значит, коэффициент трансформации и, как следствие, ток зарядки аккумуляторной батареи.

Одна пара вторичных обмоток, соединенных последовательно, питает сигнальную лампу HL1 напряжением 12,6 В, индицирующую включение зарядного устройства. Другая пара обмоток, рассчитанная на наибольший ток нагрузки, используется для зарядки. Снимаемое с них напряжение подается на выпрямитель, выполненный на диодах VD1 — VD4 по мостовой схеме. На выходе выпрямителя стоит сглаживающий конденсатор, который «работает» лишь при сравнительно небольших (до 1 А) токах зарядки или в случае использования устройства для питания маломощных транзисторных конструкций.

Заряжаемую аккумуляторную батарею подключают к зажимам ХТ1 и ХТ2 проводниками соответствующего сечения (на ток до 10 А). Ток зарядки контролируют по амперметру РА1 на 5 или 10 А. Степень заряженности батареи определяют обычным способом — по повышению плотности электролита в банках или по «кипению» его.

Диоды в выпрямителе могут быть любые другие, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 5 А и обратное напряжение не ниже 30 В.
По аналогии с гальваническими элементами и батареями зарядку аккумуляторных автомобильных батарей нередко ведут асимметричным током, обеспечивая соотношение зарядной и разрядной составляющих 10:1 при отношении продолжительностей действия этих составляющих 1:2 соответственно. При таком способе зарядки нередко восстанавливаются засульфатированные батареи, да и для профилактической обработки исправных батарей он весьма полезен.

Указанные соотношения зарядного и разрядного токов обеспечивает устройство, схема которого приведена на рис. 3-11. Оно рассчитано, как и предыдущее, на 12-вольтовые аккумуляторные батареи. Зарядный ток в импульсе достигает 5 А, разрядный — 0,5 А.

Изображение

Когда понижающий трансформатор включают в сеть, на вторичной обмотке (она составлена из двух последовательно соединенных обмоток) появляется эффективное переменное напряжение около 21 В (амплитудное значение — 29 В). Это напряжение поступает на однополупериодный выпрямитель, выполненный на диоде VD1, На выходе выпрямителя стоит стабилизатор управляющего напряжения, составленный из балластного резистора R1 и последовательно включенных стабилитронов VD2, VD3.

С движка переменного резистора R2, подключенного параллельно стабилитронам, управляющее напряжение подается на регулятор тока — он выполнен на мощных транзисторах VT1 и VT2. Перемещением движка резистора изменяют ток зарядки аккумуляторной батареи, являющейся своеобразной нагрузкой транзистора VT2.

Пока амплитуда выходного напряжения стабилизатора тока не превысит напряжения аккумуляторной батареи, зарядный ток равен нулю, т. е. происходит ограничение выходного импульса стабилизатора снизу на уровне 0,5 от амплитуды импульса.

За время одного периода переменного напряжения формируется один импульс зарядного тока. В промежутке между зарядными формируются разрядные импульсы длительностью вдвое большей зарядных. Разрядный ток зависит от сопротивления резистора R4.

Нетрудно заметить, что через резистор R4 ток протекает как во время импульса зарядного тока, так и разрядного. Поэтому нужно учитывать, что суммарный ток от зарядного устройства примерно на 10% превышает ток зарядки. На это значение нужно уменьшать показания амперметра РА1, стрелка которого будет фиксировать около одной трети от амплитуды импульса суммарного тока (т. е. 1,8 А). Шкала амперметра рассчитана на ток 2.5 А. При номинальном зарядном токе напряжение на аккумуляторной батарее изменяется в пределах 13...15 В (среднее значение — 14 В).

В устройстве использован трансформатор питания ТС-200 от телевизоров. Вторичные обмотки с обоих каркасов снимают и наматывают новую проводом ПЭВ-2 1,5 — 74 витка (по 37 витков на каждом каркасе). Подойдет любой другой трансформатор мощностью более 150 Вт. Вторичную обмотку его нужно перемотать проводом ПЭВ-2 1,5 таким образом, чтобы эффективное напряжение на ее выводах составило 21 В.

Выпрямительный диод — любой другой, рассчитанный на ток не менее 5 А. Вместо Д814А подойдут стабилитроны Д814Б, Д808, Д809. Транзистор П4Б допустимо заменить на любой транзистор из серий П213—П217, а П210А — на любой транзистор серии ГТ806. При монтаже устройства транзистор VT2 устанавливают на радиатор с общей площадью поверхности около 200 см2.

Резистор R1 — МЛТ-2, таким же может быть и R3, но его лучше изготовить, как и R4, из провода с высоким удельным сопротивлением. Переменный резистор — СП-1 или другой.

Продолжительность зарядки аккумуляторной батареи зависит от ее емкости, степени разряженности и глубины сульфатации пластин. Для
исправной батареи примерное время зарядки можно определить, если ее начальную емкость разделить на значение среднего зарядного тока. Полностью разряженная исправная батарея 6СТ-55, например, должна заряжаться примерно 35 ч, а засульфатированная — 70...80 ч и более, в зависимости от степени сульфатации.

Пользуясь этим зарядным устройством, следует помнить, что при случайном пропадании сетевого напряжения или выключенном устройстве и оставшейся подключенной батарее начнется разрядка батареи через резистор R4, что может привести к ее большей сульфатации.

Ответить

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость