Зарядно-пусковое устройство представленное в этой статье позволяет запустить автомобиль в зимнее время. Как известно пуск в зимнее время двигателя внутреннего сгорания автомобиля с подсевшим аккумулятором требует много сил и времени.
Плотность электролита, вследствие продолжительного хранения, существенно понижается, а протекающий внутри аккумулятора процесс сульфатации увеличивает внутреннее сопротивление его, тем самым, уменьшая стартовый ток аккумулятора. Плюс ко всему, в зимнее время повышается вязкость моторного масла, что требует от автомобильного аккумулятора большей стартовой мощности.
Как известно, облегчить пуск автомобиля зимой можно несколькими способами:
- разогреть масло в картере авто;
- завести машину от другой машины с надежным аккумулятором;
- завести «с толкача»;
- применить зарядно-пусковое устройство (ЗПУ).
Вариант с применением пускового устройства более удобен при хранении автомобиля в гараже либо на платной стоянке, где есть возможность подключить пусковое устройство к электросети. Помимо этого данное зарядно-пусковое устройство поможет не только завести авто с севшим аккумулятором, но и быстро восстановить и зарядить его.
В основном в промышленных образцах зарядно-пускового устройства, аккумулятор подзаряжается от источника питания средней мощности имеющий номинальный ток в пределах до 5А, которого, как правило, не хватает для непосредственного отбора тока стартером автомобиля. Несмотря на то что внутренняя емкость автомобильных аккумуляторных ПЗУ весьма велика (у некоторых моделях до 240 А/ч), но все же после нескольких заводов они, так или иначе «садятся», а быстро восстановить их заряд не получится.
Данное зарядно-пусковое устройство, отличается от промышленного прототипа незначительной массой и возможностью в автоматическом режиме поддерживать рабочее состояние аккумулятора ПЗУ, вне зависимости от срока хранения или эксплуатации. Даже если в ПЗУ нет внутреннего аккумулятора, он все равно может кратковременно выдать пусковой ток до 100А. Также существует неплохая схема зарядного устройства для аккумулятора с регулировкой тока заряда.
Для восстановления пластин аккумулятора и снижения температуры электролита во время зарядки, в зарядно-пусковом устройстве предусмотрен режим регенерации. В данном режиме происходит чередования импульсов зарядного тока и пауз.
Принципиальная схема
Схема пускового зарядного устройства содержит симисторный регулятор напряжения (VS1), силовой трансформатор (T1), выпрямитель на мощных диодах (VD3, VD4) и стартерный аккумулятор (GB1). Ток подзарядки выбирается регулятором тока на симисторе VS1, его ток регулируется переменным резистором R2 и зависит от емкости аккумулятора.
Входная и выходная цепи зарядки имеют конденсаторы фильтра, который уменьшает степень радиопомех при работе симисторного регулятора. Симистор VS1 обеспечивает регулировку тока зарядки при разбросе напряжения сети в пределах от 180 до 220 В.
Обвязка симистора состоит из R1-R2-C3 (RC цепь), динистора VD2 и диодного моста VD1. Константа времени RC — цепи влияет на момент открытия динистора (отсчитывая от начало сетевого полупериода), который включен в диагональ выпрямительного моста через ограничительный резистор R4. Выпрямительный мост осуществляет синхронизацию включение симистора в обоих полупериодах сетевого напряжения. В режиме «Регенерация» применяется только один полупериод сетевого напряжения, что способствует отчистке пластин аккумулятора от имеющейся кристаллизации. Конденсаторы С1 и С2 уменьшают степень помех от симистора в сети до приемлемых уровней.
Детали
В зарядно-пусковом устройстве применен силовой трансформатор от телевизора «Рубин». Возможно также использование трансформатора типа ТСА-270. Перед тем как перемотать вторичные обмотки (первичные остаются без изменений), каркасы отделяются от железа, все бывшие вторичные обмотки (до фольги экранов) удаляют, а на освободившееся место наматывают медным проводом сечением 1,8…2,0 мм2 в один слой (до заполнения) вторичные обмотки. В результате перемотки напряжение одной обмотки должно получиться примерно 15… 17 В.
Для визуального контроля зарядного и пускового тока в схему зарядно-пускового устройства введен амперметр с шунтирующим резистором. Сетевой выключатель SA1 должен быть рассчитан на максимальный ток 10 А. Сетевой переключатель SA2 (типа ТЗ или П1Т) позволяет выбрать максимальное напряжение на трансформаторе в соответствии с напряжением сети. Внутреннего аккумулятора марки 6СТ45 или 6СТ50 должно хватить на 3-5 одновременных пусков. Резисторы в ЗПУ можно применить типа МЛТ или СП, конденсаторы С1,С2 — КБГ-МП, C3 – МБГО, С4 — К50-12, К50-6. Диоды Д160 (без радиаторов) можно поменять на другие с допустимым током более 50 А, симистор — типа ТС. Подсоединение ЗПУ к аккумулятору автомобиля необходимо производить мощными зажимами «Крокодил» (на рабочий ток до 200 А). В устройстве важно применить заземление.
Настройка
При настройке к устройству подсоединяется (соблюдай полярность!) внутренний аккумулятор GB1, и испытывается регулировка зарядного тока резистором R2. Затем проверяется зарядный ток в режиме заряда, пуска и регенерации. Если ток не более 10…12А, то ЗПУ находится в рабочем состоянии. При подсоединении зарядно-пускового устройства к аккумулятору автомобиля, ток заряда вначале должен возрасти примерно 2-3 раза, а через 10 — 30 мин понизиться до первоначального значения. После этого переключатель SA3 щелкается в режим «Пуск», и происходит завод двигателя автомобиля. В случае неудачной попытки завести двигатель, производится дополнительная подзарядка в течение 10 — 30 мин, и попытка повторяется.
Рассмотренное в этой статье устройство может выполнять две функции: зарядку автомобильных и иных аккумуляторных батарей и запуск стартеров двигателей внутреннего сгорания в холодное время года при разряженной аккумуляторной батарее (АКБ). Устройство собрано на доступной элементной базе и может быть повторено даже начинающим радиолюбителем.
Принципиальная схема пуско-зарядного устройства (ПЗУ) показана на рис.1. Устройство состоит из:
- силового понижающего трансформатора Т1;
- двуполупериодного выпрямителя со средней точкой на диодах VD1 и VD2 для запуска двигателей;
- однополупериодного управляемого выпрямителя на тиристоре VS1 для зарядки АКБ;
- схемы широтно-импульсного управления включением тиристора на однопереходном транзисторе ѴТ3;
- схемы автоматического выключения режима заряда АКБ на транзисторах ѴТ1, ѴТ2, ѴТ4. Устройство имеет несколько режимов работы.
Режимов заряда АКБ два: «Ручной» и «Автомат». Переключение этих режимов осуществляется тумблером SA1. Для включения ручного режима тумблер замыкает участок коллектор-эмиттер транзистора ѴТ4. Для продления срока службы АКБ устройство имеет режим «Десульфатация», который включается тумблером SA2.
Особенности схемы и работы ПЗУ
Выпрямитель схемы запуска классический двухполупериодный со средней точкой.
В качестве каждого из выпрямительных диодов VD1 и VD2 автор использовал по три соединенных параллельно мощных диода Д246. Диоды каждого из составных диодов VD1 и VD2 установлены на радиаторах по три на одном, площадью не менее 140 см 2 . Если устройство собрано в металлическом корпусе, то радиаторы должны быть изолированы от этого корпуса.
Суммарное напряжение с обмоток, обозначенных на рис. 1 как 2А и 2Б, выпрямляется однополупериодным выпрямителем на тиристоре VS1 типа Т122-25-1. Причем он открывается только в положительные полупериоды напряжения на вторичной обмотке трансформатора («+» — внизу, «-» — вверху) импульсом со схемы широтно-импульсного управления, который поступает на управляющий электрод тиристора, а закрывается при уменьшении напряжения между анодом и катодом этого тиристора до нуля.
Включение ПЗУ в режим заряда подключенного к нему аккумулятора осуществляется тумблером SA1 или транзисторным ключом ѴТ4.
Схема широтно-импульсного управления включением тиристора собрана на однопереходном транзисторе ѴТ3 типа КТ117Б и представляет собой генератор-формирователь запускающих импульсов, формирующий их из положительных полупериодов напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Длительность этих импульсов, а главное, момент появления их положительных фронтов можно изменять переменным резистором R2 времязадающей цепи. Во времязадающую цепь этого генератора кроме R2 входят R1 и С1. Положительный фронт этих импульсов управляет моментом отпирания тиристора в каждом положительном полупериоде напряжения сети. Напомню, что тиристор запирается в конце каждого положительного полупериода, когда напряжение на нем становится близким к 0 В.
Схема автоматического выключения процесса зарядки АКБ по окончании ее заряда в режиме «Автомат», состоит из порогового устройства на стабилитроне VD6 и транзисторах ѴТ1, ѴТ2 и транзисторного ключа ѴТ4. При заряде АКБ в режиме «Автомат», пока напряжение на АКБ менее порогового значения 14,5 В, VD6 закрыт, ѴТ2 заперт, ѴТ1 и ѴТ4 открыты. Схема срабатывает, когда в этом режиме напряжение на АКБ достигнет 14,5 В. При этом открывается стабилитрон VD6, и через этот стабилитрон и R7 начинает протекать ток базы ѴТ2, открывает его, что приводит к запиранию ѴТ1 и ключа ѴТ4. Заряд закончен. Порог срабатывания схемы устанавливается потенциометром R9.
Для обеспечения режима работы «Десульфатации» электродов кислотных АКБ в ПЗУ используется однополупериодный управляемый выпрямитель, т.е. заряд АКБ происходит в каждый период по времени не более полупериода, а в оставшееся время АКБ можно разряжать, подключив внешнюю нагрузку. В качестве такой нагрузки можно использовать мощный резистор R11 или автомобильную лампочку накаливания мощностью 21 Вт на 24 В которая включается SA2.
Особенности конструкции и детали
Устройство собрано автором в металлическом корпусе от старого прибора. На передней панели, кроме амперметра, размещены: индикаторная лампа, регулятор тока заряда R2, переключатели режимов SA1 и SA2, предохранители и клеммы.
Внутри ПЗУ на корпусе расположен тиристор VS1 и на отдельных радиаторах VD1 и VD2, каждый составленный из трех Д246. Большая часть остальных деталей размещена на односторонней печатной плате размерами 70×50 мм. Чертеж этой платы показан на рис.2, а расположение деталей — на рис.3.
Силовой трансформатор
В качестве основы для изготовления силового трансформатора этого ПЗУ можно использовать силовой трансформатор от любого старого отечественного унифицированного лампово-полупроводникового телевизора УЛПЦТ(И) типов ТС или ТСА мощностью 270…310 Вт. Этот трансформатор собран на броневом П-образном сердечнике из высококачественной ленточной трансформаторной стали и имеет две катушки, на которых намотаны полуобмотки первичной и всех вторичных обмоток.
Перемотка силового трансформатора — это самая трудоемкая часть работы при изготовлении ПЗУ.
Все вторичные обмотки трансформатора будет необходимо смотать и намотать новые, оставив нетронутой первичную обмотку.
На большинстве трансформаторов ТС/ТСА указаны не только номера выводов полуобмоток, но и напряжение на них, количество их витков и диаметр проводов.
По этим данным несложно рассчитать количество витков на вольт:
N = w/U, где w — количество витков одной из обмоток трансформатора, a U — напряжение на ней.
Для начала трансформатор надо правильно разобрать. Перед разборкой следует пометить одну из сторон каждой половинки магнитопровода краской. Для разборки необходимо снять крепежную арматуру и попытаться вытянуть П-образные половинки магнитопровода из каркасов катушек. В старых трансформаторах это иногда удается. Если это не удалось, то, значит, половинки магнитопровода хорошо склеены внутри каркасов катушек, и клей не рассохся. Клей можно разбить, постукивая деревянным молотком (киянкой) по выступающим частям магнитопровода, в крайнем случае, закрепив трансформатор за магнитопровод в тисках через картонные или деревянные (фанерные) прокладки.
Полуобмотки первичной обмотки остаются без изменений, а двухсекционные полуобмотки вторичной обмотки надо снять и намотать новые, которые обозначены как 2А, 2Б, 2В и 2Г.
Зная количество витков на вольт (N) несложно рассчитать количества витков вторичных обмоток, используя формулу:
Для обмоток 2А и 2Б wАБ = 10N, а для 2В и 2Г wВГ = 7N.
Обмотки мотаются медным изолированным проводом или шиной сечением 6…8 мм 2 . Обмотки можно мотать и в два провода, главное, чтобы суммарное сечение проводов соответствовало указанному выше. Между вторичными обмотками и первичной, а также между слоями вторичных обмоток должны быть проложены изолирующие прокладки. Можно использовать их от этого же трансформатора. Поэтому советую разбирать ТС аккуратно. Соответствующие полуобмотки на разных катушках должны мотаться одинаково, строго соблюдая количество их витков. Половинки сердечника следует вставить в соответствии с проставленными на них метками и плотно стянуть.
После сборки трансформатора, переменное напряжение на «холостом ходу» (без нагрузки) на каждой из полуобмоток 2А и 2Б равно 10 В, а на 2В и 2Г-7 В.
В качестве амперметра РА в ПЗУ можно использовать любой переменного тока с пределом измерения 10, 15 или 20 А, но можно изготовить его самостоятельно из микроамперметра на 50…100 мкА, подобрав и включив параллельно ему шунт R12.
Примечание: Если в наличии стрелочного амперметра или микроамперметра для его изготовления нет, целесообразно приобрести цифровой амперметр, многие из которых в настоящее время дешевле стрелочных приборов, удобней и точнее.
Регулировка ПЗУ
Перед регулировкой ПЗУ следует тщательно проверить монтаж и исправность устройства. Установить «движок» R2 в крайнее верхнее (по схеме) положение, что соответствует минимальному току заряда, a R7 — приблизительно в среднее положение. Установить SA1 в положение «Ручной» (замкнутое состояние). Включить ПЗУ в сеть и подключить к нему заряженный на 100% кислотный 12-вольтовый аккумулятор и вольтметр постоянного тока (можно — мультиметр). Следя за величиной напряжения на АКБ, потенциометром R2 установить на АКБ 14,5 В.
Далее надо включить режим «Автомат» (разомкнутое состояние). Если напряжение на АКБ не изменилось, то плавно вращая «движок» R9, следует добиться срабатывания порогового устройства. При этом напряжение на АКБ скачкообразно уменьшится.
Если же в момент включения режима «Автомат» пороговое устройство срабатывает сразу, то надо включить режим «Ручной». Затем подстроенным резистором R9 «поймать» момент срабатывания автоматики, определяя его по напряжению на С2, и оставить «движок» R9 в этом положении.
В некоторых случаях настройку следует повторить несколько раз.
Автор: Борис Данилин, г. Новояворовск, Львовская обл.
Источник: Радиоаматор №4/2016
Попросили отремонтировать пуско-зарядное устройство ПЗУ-14-100. Выглядит оно как ящик из крашеного кровельного железа, на лицевой стороне: амперметр, вольтметр, регулятор тока заряда, переключатель пуск/заряд, индикатор пуска, индикатор включения, автоматический выключатель. Внутри: трансформатор мощностью 1,5-2 КВт, радиатор с тиристорами и плата управления за лицевой стороной. Вторичная обмотка трансформатора выполнена «косичкой», скрученной из нескольких проводов ПЭВ диаметром 0,6-1 мм общим диаметром 7-9 мм. К ней через изоляцию прикреплён терморезистор.
При ремонте обнаружены короткое замыкание в цепи первичной обмотки, перегрев проводов и деталей на плате управления. Для ремонта срисовал принципиальную схему, исходя из неё восстановил номиналы сгоревших резисторов, заменил КТ315 и КТ361 на КТ817 и КТ816. Замененные детали на схеме красного цвета.
Схема ПЗУ-14-100
По схеме видно, что тиристоры управляются импульсами тока по цепи конденсатор C4 — транзисторы VT5, VT6, VT7 — диоды VD4, VD5. Фаза включения тиристоров и ток в силовой цепи зависят от скорости роста напряжения на конденсаторе C4, то есть от тока через резисторы регулятора тока R23-R25 и через транзистор пуска VT3. VT3 включается в режиме «пуск» если напряжение на акумуляторе падает ниже 11 В. Ключевой транзистор VT4 включает цепь управления при правильном подключении к акумулятору и прикрывает её при превышении тока и перегреве обмоток. Для правильной работы этой цепи необходимы идентичные половины вторичной обмотки, обычно их делают навивкой в два провода или разделением концов «косички» надвое. Ток в обмотке измеряется по разности напряжений на нагруженной и свободной половинах обмотки — они нагружаются по очереди.
Для работы с устройством ПЗУ-14-100 необходимо: выключить автоматический выключатель, подключить к сети
220 В, правильно подключить к аккумулятору (плюс к плюсу), установить регулятор тока в минимум, переключатель — в положение заряд, проверить напряжение АКБ (если ниже 11 В — нужно зарядить), включить автоматический выключатель, регулятором установить нужный ток (обычно 1/10 от ёмкости), если нужно — переключить в пусковое состояние, при пуске двигателя наблюдать свечение индикатора пуска. Для выключения — выключить автоматический выключатель, отключить от сети, отключить от аккумулятора.
