Конструкция, принцип работы и выбор трансформаторного зарядного устройства

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Конструкция, принцип работы и выбор трансформаторного зарядного устройства». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.

В розничной продаже представлено много ЗУ для аккумуляторов от различных фирм производителей соответствующего оборудования. Неподготовленному покупателю достаточно сложно самому разобраться и выбрать оптимальный по всем основным параметрам образец.

Разновидности существующих зарядных устройств

Фактически, все имеющиеся в продаже зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов условно подразделяются на 2 основные подгруппы:

1) Устройства зарядные. Они, как правило, используются чтобы обеспечить постепенный заряд автомобильных аккумуляторов, такой процесс продолжается в течение нескольких часов.

Для справки! Современные модели оснащены специальной защитной системой отключения. Она срабатывает при достижении полного заряда АКБ, а также в случае замыкания пластин.

2) Пускозарядные устройства. Отличительная особенность таких приборов заключается в возможности выдавать кратковременный ток большой мощности. Как правило, величина пускового тока рассчитывается так, чтобы завести автомобиль, используя энергию дополнительного внешнего источника.

Есть еще и специальные пусковые приборы, которые позволяют обеспечить запуск двигателя от полностью севшего аккумулятора. Данные устройства представляют собой понижающие трансформаторы с выпрямителями электрического тока. Трансформатор обеспечивает понижение напряжения от внешнего источника питания до рабочих показателей автомобиля. Разряд направляется прямо на клеммы аккумулятора, установленного на машине. После запуска автомобиля прибор необходимо отсоединить, а подзарядка севшего АКБ осуществляется при работе самого ДВС, в таком случае источником энергии выступает генератор.

Виды зарядных устройств

Все устройства для зарядки автомобильных аккумуляторов можно разделить на:

1. зарядные устройства – используются для полной зарядки аккумулятора, выдают небольшой зарядный ток (обычно не более 8 А) и не позволяют запустить двигатель при подключенном устройстве.
2. пусковой заряд — могут давать кратковременный мощный импульс, позволяющий быстро запустить двигатель, чаще всего используются для экстренного запуска автомобиля, без последующей полной зарядки аккумулятора.

Устройства любого типа могут быть:

1. с ручным управлением – самый дешевый вариант, но вам нужно будет следить за процессом зарядки и выключать устройство после ее окончания;
2. автоматический: контролирует ток в процессе зарядки и автоматически отключает его подачу.

Принцип работы и основные компоненты

Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжают постоянным (выпрямленным) напряжением, стабильным по уровню. Чтобы получить ток, втекающий в батарею, зарядное напряжение должно быть выше напряжения АКБ. Ток заряда в таком режиме зависит от разницы напряжений источника и батареи.

Полностью разряженная АКБ автомобиля выдает напряжение 10,5 вольт (ниже разряжать нельзя), полностью заряженная — 12,6 вольт. В процессе уровень на выходе ЗУ остается постоянным, на клеммах батареи плавно повышается. Поэтому в начале зарядки ток будет максимальным, по окончании – минимальным. Снижение уровня тока служит признаком окончания процесса. Также для автоматического завершения зарядки можно использовать достижение напряжения на АКБ значения 12,5..12,6 вольт.

Недостаток самодельного зарядного устройства для аккумулятора 12В заключается в том, что после полной зарядки АКБ автоматическое отключение прибора не происходит. Именно поэтому Вам придется периодически поглядывать на табло, чтобы вовремя выключить его. Еще один важный нюанс – проверять ЗУ «на искру» категорически запрещается.

Среди дополнительных мер предосторожности следует выделить такие:

• при подключении клемм следите за тем, чтобы не перепутать «+» и «-», иначе простое самодельное зарядное устройство для АКБ выйдет из строя;
• подключение к клеммам нужно осуществлять только в выключенном положении;
• мультиметр должен иметь шкалу измерения свыше 10 А;
• при зарядке следует выкручивать пробки на аккумуляторе, во избежание его взрыва из-за закипания электролита.

Почему импульсное зарядное устройство лучше трансформаторного

Итак, пришло время сравнивать. Сделать это можно по следующим признакам:

Тип зарядного устройства	Трансформаторное	Импульсное
Конструкция	Простая (Недорогой и быстрый ремонт)	Сложная высокотехнологичная (Дорогой ремонт)
Технология зарядки	Отсутствие программ – зарядка при постоянном токе и переменном напряжении	Оптимальная технология для эффективной зарядки АКБ импульсами тока, наличие специальных программ для уменьшения влияния на батарею
Контроль параметров	Ручной	Автоматический, полуавтоматический, ручной
Защитные системы	Индикация	Интеллектуальные защитные системы и индикаторы
Функционал	Отсутствие дополнительных режимов	Режимы восстановления батареи (десульфатации), «BOOST»
Габариты	Крупные габариты из-за особенностей конструкции	Компактные устройства
Транспортировка	Трудно перемещать	Легко перевозить в машине
Цена	Дешевле относительно импульсных	Дороже относительно трансформаторных

Что представляет собой симистор

У тиристора есть недостаток, усложняющий его применение в сети переменного тока – он пропускает через себя только одну полуволну и на выходе вместо переменного напряжения получается постоянное пульсирующее. Поэтому эти приборы используются парами или вместе с диодным мостом. От этого недостатка свободен симистор.

Симистор внешне похож на тиристор. Также, как и тиристор, он открывается импульсом тока, протекающего через управляющий электрод, но этот прибор пропускает через себя обе полуволны и способен работать в сети переменного тока.

Принципиальная схема симисторного регулятора тока для активной и индуктивной нагрузки Устройство симисторного регулятора аналогично тиристорному. Отличие в том, что симистор управляет обоими полярностями и поэтому нет необходимости использовать диодный мост или встречно-параллельное включение элементов.

Кроме того, для симистора не имеет значение полярность управляющего напряжения, что позволяет упростить схему импульсного управления.

Совет! Для регулировки симистором можно использовать диммер от лампы накаливания. Для этого он включается между анодом и управляющим электродом силового симистора.

Требования к ЗУ для автомобильных аккумуляторов

• Наличие автоматики.
  Аккумулятор ставится на заряд преимущественно ночью. Поэтому ЗУ не должно требовать контроля тока и напряжения со стороны автовладельца.
• Достаточное напряжение.
  Источник питания (ИП) должен выдавать
  14,5 В
  . При падении напряжения на ЗУ нужно выбирать ИП большего напряжения.
• Защитная система.
  При превышении тока заряда автоматика должна необратимо отключать аккумулятор. Иначе прибор может выйти из строя и даже загореться. Система должна сбрасываться в исходное состояние только после вмешательства человека.
• Защита от переполюсовки.
  При неправильном подключении клемм АКБ к ЗУ цепь должна мгновенно отключаться. Система, описанная выше, справляется с этой задачей.

Провод вторичной обмотки 2,5 мм 2

В наше насыщенное время в магазинах доступно практически всё, кроме хороших, лакированных, медных, проводов для намотки трансформатора. О проводах в шёлковой изоляции даже и мечтать не приходится, поэтому было решено использовать обычные медные жилы в ПВХ-изоляции. Такое упрощение значительно снижает качество и надежность трансформатора, но упрощает поиск нужных материалов.

В обычном, строительном, магазине было закуплено 4 метра двухжильного кабеля в двойной изоляции, сечением 2,5 мм 2 . Один виток равен, примерно, 7 см, а потому для 44 витков надо около 3,08 метра провода. С учетом выводов и припусков получается 3,3 метра, но в магазинах с такой точностью вам провод не продадут.

При выборе зарядки необходимо учитывать условия использования, характеристики и необходимые дополнительные функции.

Изначально нужно определиться с типом устройства: достаточно ли вам просто зарядного или нужно пуско-зарядное устройство, более дорогое автоматическое или бюджетный ручной вариант?

Необходимо выбирать качественный вариант с соответствующим аккумулятору характеристиками (напряжением, емкостью).

При покупке обращайте внимание на наличие дополнительных функций: режим питания Boost, импульсная зарядка, встроенный накопитель, запоминающий результаты, режим десульфатации (для восстановления батареи) и др.

Если трансформатор не подходит

Далеко не всегда в гараже или дома вы встретите именно такой трансформатор, который будет питаться от 220В и выдавать на выходных клеммах 13 – 15В. Большинство моделей, используемых в обиходе, действительно имеют первичную катушку на 220В, но на выходе может быть любой номинал. Чтобы это исправить вам потребуется изготовить новую вторичку.

Для начала пересчитайте коэффициент трансформации по формуле: U₁/U₂ = N₁/N₂ ,

где U₁ и U₂ – напряжение на первичной и вторичной обмотке соответственно;

N₁ и N₂ – количество витков в первичке и вторичке соответственно.

К примеру, электрическая машина используется в качестве блока питания на 42В, а вы хотите получить для зарядного устройства 14В. Следовательно, вам необходимо при 480 витках в первичке, сделать 31 виток на вторичке зарядного. Этого можно добиться как путем сокращения числа витков, удалив лишние, так и путем намотки новой. Но первый вариант не всегда подходит, так как сечение обмотки трансформатора может не выдержать силу тока с меньшим числом витков.

Как узнать состояние батареи?

Необходимость в зарядке аккумулятора автомобиля зависит от уровня заряда. И метод проверки, именуемый в народе как «крутит/не крутит» является не самым удачным методом. Если же батарея «не крутит», например, перед выездом, то вы вообще не сможете завести машину, состояние «не крутит»– критическое и может предполагать крайне негативные последствия для самого аккумулятора.

Самым эффективным и безопасным методом является измерение напряжение при помощи самого простого тестера. Так, при температуре воздуха приблизительно около 20 градусов, зависимость степени зарядки от напряжения на клеммах отключенного от нагрузки аккумулятора такова:

• 12,6-12,7 – батарея полностью заряжена;
• 12,3-12,4 – уровень заряда составляет около 75%;
• 12,0-12,1 – приблизительно 50%;
• 11,8-11,9 – 25%;
• 11,6-11,7 – батарея находится в разряженном состоянии;
• если же показатель находится ниже отметки в 11,6 В, то это означает глубокий разряд.

Немного теории об аккумуляторах

Любой аккумулятор (АКБ) — накопитель электрической энергии. При подаче на него напряжения энергия накапливается, благодаря химическим изменениям внутри батареи. При подключении потребителя происходит противоположный процесс: обратное химическое изменение создаёт напряжение на клеммах устройства, через нагрузку течёт ток. Таким образом, чтобы получить от батареи напряжение, его сначала нужно «положить», т. е. зарядить аккумулятор.

Практически любой автомобиль имеет собственный генератор, который при запущенном двигателе обеспечивает электроснабжение бортового оборудования и заряжает аккумулятор, пополняя энергию, потраченную на пуск мотора. Но в некоторых случаях (частый или тяжёлый запуск двигателя, короткие поездки и пр.) энергия аккумулятора не успевает восстанавливаться, батарея постепенно разряжается. Выход из создавшегося положения один — зарядка внешним зарядным устройством.

Зарядное устройство из диода и бытовой лампочки

Диод – это полупроводниковый электронный прибор, который способен проводит ток в одном направлении, имеет сопротивление, приравненное к нулю.

В качестве диода будет использован адаптер зарядки к ноутбуку.

Для изготовления такого вида устройства, нам потребуется:

• адаптер зарядки к ноутбуку;
• лампочка;
• провода длиной от 1 м;

Каждый зарядный прибор для автомобиля выдает около 20в напряжения. Так как диод его заменяет адаптер и пропускает напряжение только в одну сторону, он защищен от короткого замыкания, которое может случиться при неправильном подключении.

Чем больше мощность лампочки, тем быстрее происходит заряд аккумулятора.

Ход выполнения работ:

1. К плюсовому проводу адаптера ноутбука подсоединяем нашу лампочку.
2. От лампочки бросаем провод на плюс.
3. Минус от адаптера напрямую подключаем к аккумулятору.

В случае правильного подключения, наша лампочка будет светиться, потому что ток на клеммах низкий, а напряжение большое.

Исходя из этого, подключать лампочку высокой мощности можно только в особых случаях.

Этот способ предусматривает постоянное наблюдение и измерение напряжения на клеммах. Перезаряд батареи приведет к обильному выделению водорода, и она может выйти из строя.

Что представляет собой симистор

У тиристора есть недостаток, усложняющий его применение в сети переменного тока – он пропускает через себя только одну полуволну и на выходе вместо переменного напряжения получается постоянное пульсирующее. Поэтому эти приборы используются парами или вместе с диодным мостом. От этого недостатка свободен симистор.

Симистор внешне похож на тиристор. Также, как и тиристор, он открывается импульсом тока, протекающего через управляющий электрод, но этот прибор пропускает через себя обе полуволны и способен работать в сети переменного тока.

Принципиальная схема симисторного регулятора тока для активной и индуктивной нагрузки Устройство симисторного регулятора аналогично тиристорному. Отличие в том, что симистор управляет обоими полярностями и поэтому нет необходимости использовать диодный мост или встречно-параллельное включение элементов.

Кроме того, для симистора не имеет значение полярность управляющего напряжения, что позволяет упростить схему импульсного управления.

Совет! Для регулировки симистором можно использовать диммер от лампы накаливания. Для этого он включается между анодом и управляющим электродом силового симистора.

Простое бюджетное зарядное устройство для гелевых кислотных аккумуляторов малой и средней емкости

Минус на минус дает плюс (математическое правило)

Кислотные аккумуляторы выпускаются в широчайшем ассортименте емкостей и напряжений. Если для автомобильных аккумуляторов емкостью более 50 А·ч известно множество схем зарядных устройств (ЗУ) различного уровня сложности, то ниша гелевых кислотных аккумуляторов 1…12 А·ч не может похвастаться таким же их разнообразием. Аккумуляторы такой емкости широко применяются, например, в фонарях, как тяговые для детских автомобилей и т.п. Применение для их зарядки ЗУ, предназначенных для «старшей» емкостной линейки, экономически нецелесообразно ввиду избыточности зарядного тока и стоимости.

Если рассматривать режим заряда кислотных аккумуляторов стабильным током, то можно заметить, что он подобен аналогичному режиму заряда стабильным током литиевых аккумуляторов. Отличие касается только максимального напряжения, до которого следует заряжать тот и другой типы аккумуляторов: 4,15…4,2 В для литиевых и 13,5…13,8 В для кислотных 12-вольтовых аккумуляторов при резервном их применении или 14,4…15 В — в качестве тяговых.

Практичной могло бы быть ЗУ, построенное на базе обратноходового импульсного инвертора (Flyback), однако ее никак нельзя отнести к «простым и бюджетным», удобным для повторения начинающими из «бросовых» деталей, как это определено в заглавии данной статьи. Учитывая требования электробезопасности, такое ЗУ следует строить на базе сетевого понижающего трансформатора. Однако, исходя из принципов «простоты и бюджетности» и к нему предъявляются определенные специфические требования, главное из которых — доступность и отсутствие необходимости перемотки. С этой точки зрения интерес представляют трансформаторы из серии ТН (Трансформатор Накальный), имеющие по крайней мере две вторичных обмотки по 6,3 В, с которых, соединенных последовательно, после выпрямления и фильтрации можно получить около 15…16 В постоянного напряжения. Однако, такое напряжение, в свою очередь, выдвигает свои требования к схеме стабилизации зарядного тока. Например, известная из даташита на LM317 [1] схема простого стабилизатора тока с ограничением максимального напряжения (Рис. 1) требует входного напряжения не менее, чем на 4,25 В больше (1,25 В на резисторе Rs и 3 В на самом стабилизаторе), чем максимальное напряжение на аккумуляторе в конце его заряда.

Рис 1 Простая схема ЗУ со стабилизацией тока на LM317 [1]

Применение т.н. «Low Dropout» (LDO) стабилизаторов с низким падением напряжения (AMS1085, LT1085, LM2940 и т.п.) К сожалению, картину существенно не меняет: падение напряжения все равно остается в пределах 2…2,25 В, чего 15…16 В выпрямленного напряжения не обеспечивают.

Падение напряжения на стабилизаторе тока, построенном с применением LM317 с токостабилизирующим узлом на резисторном токоизмерительном шунте и биполярном транзисторе [1, 2] (Рис. 2, 3), меньше, чем в вышеописанной схеме, всего на 0,55 В.

Виды зарядных устройств

Разработано большое количество схем автомобильных зарядных устройств, использующих разные элементные базы и принципиальный подход. По принципу действия приборы заряда разделяются на две группы:

1. 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.
2. 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).

По своей схемотехники выделяются импульсные и трансформаторные устройства. Первого вида используют в работе высокочастотный преобразователь сигнала, характеризуются малыми размерами и весом. Второго вида в качестве основы используют трансформатор с выпрямительным блоком, просты в изготовлении, но обладают большим весом и низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Выполнено зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов своими руками или приобретено в торговой точке, требования, предъявляемые к нему одинаковы, а именно:

• стабильность выходного напряжения;
• высокое значение КПД;
• защита от короткого замыкания;
• индикатор контроля заряда.

Одной из главных характеристик прибора заряда является величина тока, которым заряжается батарея. Правильно зарядить аккумулятор и продлить его рабочие характеристики получится только при подборе нужного его значения. При этом важна и скорость заряда. Чем больше ток, тем выше и скорость, но высокое значение скорости приводит к быстрой деградации аккумулятора. Считается, что правильным значением тока будет величина равная десяти процентам от ёмкости батарейки. Ёмкость определяется как величина тока, отдаваемая АКБ за единицу времени, измеряется она в ампер-часах.

Похожие записи:

• Ремонт или деньги: кто выбирает, страховая или владелец авто и что лучше?
• Программа по переселению из районов Крайнего Севера в 2023 году
• Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь