Зарядное устройство на «скорую руку. Электрические схемы бесплатно. Расчет трансформатора для зарядного устройства аккумулятора Расчет трансформаторов для зарядки аккумуляторов
Неоднократно автолюбитель сталкивался с проблемой зарядки свинцового аккумулятора автомобиля. С учетом типа и емкости стартерных аккумуляторов (45-120 Ампер/часов) нужно подобрать довольно мощное зарядное устройство, которое может долговременно обеспечивать зарядный ток.
Зарядный ток кислотного аккумулятора должен составлять десятую часть емкости самого аккумулятора, иными словами, если аккумулятор на 60 Ампер/часов, то зарядное устройство должно заряжать его током 6 Ампер. Такой ток получить довольно сложно, если задействовать сетевой трансформатор.
Давайте сделаем небольшой подсчет. Напряжение зарядного устройства составляет 14-14.4 Вольт, с учетом тока 6 ампер, вам будет нужен трансформатор с примерной мощностью 14.5х6 ватт, с учетом потерь в узла управления, трансформаторе и диодах транс должен быть как минимум на 100 ватт и это только для аккумуляторов не более 60 Ампер.
Для строения универсального зарядного устройства трансформаторы нужны ватт на 150-200 ватт.
Сетевой трансформатор на такую мощность найти можно, но опять же – рулят импульсные схемы из-за низкой стоимости, малых размеров, легкого веса и это еще не все.
Хотя и свинцовые аккумуляторы малочувствительны к параметрам зарядного устройства, но желательно иметь стабилизированное зарядное устройство. Если к примеру собрать зарядку для аккумулятора на основе сетевого трансформатора, добавить к нему диодный выпрямитель (который будет недурно нагреваться в ходе работы) далее собрать узел регулировки тока заряда и добавить напоследок стабилизацию, то мы получим как минимум 20% потерь на тепло. Те же функции можно без проблем реализовать с импульсными блоками питания, но уже с минимальными потерями.
LED драйверы для светодиодных лент сегодня довольно популярны. В продаже можно встретить такие блоки буквально любой мощности – от пару десятков ватт до 1киловатт. Эти блоки удобны тем, что выдают на выходе стабилизированное напряжение, которое можно регулировать в пределах 9-14,5 Вольт – то, что нам нужно. В моем варианте для обзора был куплен блок питания с током 15 Ампер, заявленная производителем мощность составляет 180 ватт. Все, что нам нужно, это сетевой шнур, амперметр с током 10-15 Ампер (цифровой или стрелочный, можно и простой мультиметр в режиме амперметра)
Подключаем сетевой шнут к соответствующим контактным клеммам блока питания, подключаем БП в сеть 220 Вольт. Дальше должен гореть зеленый светодиод, что свидетельствует о наличии выходного напряжения бп.
Далее последовательным образом подключаем в разрыв плюсовой шины наш амперметр, минус с блока питания напрямую подключается к минусу аккумулятора. Этим процесс завершен. Ток по сути зависит от напряжения заряда, а напряжение мы можем выставит с помощью переменника, который имеется на плате блока питания.
Несколько слов о конструкции драйвера (блока питания) светодиодных лент.
Такие драйверы для светодиодных лент выпускаются в алюминиевых корпусах, со всеми удобствами, следовательно, в дополнительном корпусе нет нужды. Все активные компоненты укреплены на теплоотвод, в роль которого играет корпус блока питания.
Схема схожа с компьютерным блоком питания – тот же полумостовой понижающий иип построенный на ШИМ контроллере ТЛ494. В качестве силовых ключей задействованы мощные высоковольтные биполяшки серии MJE13009.
Спереди размещена контактная площадка с клеммами входа сетевого питания и выходных шин 12 Вольт.
Рядом с контактами имеется небольшой регулятор, которым можно выставить выходное напряжение в пределах 9-14.5 Вольт.
На плате бп также реализован довольно хороший сетевой фильтр, встроенный на плату предохранитель и разрядная цепь для мощных конденсаторов полумоста. Параллельно вторичной и первичной обмотке можно увидеть цепи снаббера.
Регулировка выходного напряжения осуществляется микросхемой ТЛ431 – довольно часто применяют в импульсных источниках питания.
При желании заменой одного резистора в обвязке TL431 можно поднять выходное напряжение блока питания до 22-х Вольт, но в таком случае нужно заменить выходные электролиты, которые рассчитаны на 25 Вольт.
Сетевой фильтр на входе питания состоит из дросселя с двумя независимыми обмотками. Перед и после дросселя стоят пленки 0,1мкФ. Параллельно этим конденсаторам стоят разряжающие резисторы на пару сотен килоом, для разрядки конденсаторов после отключения бп.
Также в цепи сетевого питания стоит варистор, который предназначен для снижения пускового тока блока, в момент подачи сетевого напряжения.
Также в блоке питания предусмотрено заземление.
Можно изготовить при наличии понижающего трансформатора. Самыми распространенными трансформаторами, применяемыми, в том числе для освещения гаражей, используются на напряжение 12 и 36 вольт. Трансформатор на напряжение 12 вольт не сможет обеспечить необходимый ток зарядки, и лучше применить для этой цели трансформатор с напряжением не менее 16 вольт.
Для зарядки аккумулятора необходимо выпрямленное, пульсирующее (без сглаживания при помощи конденсаторов и дросселей) напряжение, поданное через регулятор тока. Считается, что оптимальным током для зарядки автомобильного аккумулятора является ток 0,1Iн, т.е. для самого распространенного аккумулятора на ток 55 ампер, ток зарядки должен быть 5 - 5,5 ампер, при этом время заряда должно быть равно примерно 10 - 12 часов.
Самым простым зарядным устройством, может быть устройство по схеме на рис.1:
В схеме применяется выпрямительный диод на ток 5...50 ампер и обратное напряжение не менее 100 вольт, например: Д242 - Д247, КД203, КД206, КД210 и пр. Регулятором тока в этой схеме применена автомобильная лампа, а мощность ее зависит от напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Так при напряжении 24 вольта, автомобильная лампа должна иметь мощность 40 ватт, для этой цели подойдут две лампы на 21 ватт, соединенных параллельно, или боле мощные лампы. Ток заряда по такой схеме будет около 1 ампера.
При напряжении трансформатора на 36 вольт необходимо применять автомобильные лампы на напряжение 24В, или включенные последовательно две по 12 вольт. Ток зарядки при этом будет ~1,5 ампера.
Для увеличения зарядного тока в 2 раза, и наличии 4-х выпрямительных диодов, можно собрать мостовую схему выпрямления напряжения по схеме рис. 2:
Такие зарядные устройства применимы для подзарядки аккумулятора, так как для зарядки полностью разряженного аккумулятора требуется очень длительное время (до 20-и часов и более).
При работе с данными с зарядными устройствами соблюдайте следующие меры безопасности!!!
- отключите зарядное устройство от сети, и только потом отсоединяйте от аккумулятора, во избежание взрыва электролита;
- при зарядке (подзарядке) аккумулятора непосредственно на автомобиле необходимо снять хотя бы одну клемму с выводов аккумулятора (проще клемму "-", соединенную с "массой" кузова автомобиля);
- при работе с сетевым напряжением 220В соблюдайте осторожность: используйте целые сетевые вилки и провода, желательно использовать УЗО или автоматические выключатели, а так же евро-розетки и евро-вилки с заземляющим проводом;
- Включенное зарядное устройство должно находиться под наблюдением, либо предприняты меры по пожарной безопасности, на случай перегорания или взрыва ламп;
- Заземлить корпус и пластины трансформатора.
В самых сложных условиях, когда нет понижающего трансформатора, но имеется выпрямительный диод на напряжение 400 вольт на ток не менее 2-х ампер, и лампы накаливания на 220 вольт, можно собрать зарядное устройство по схеме на рис 3.
В этой схеме ток зарядки зависит от мощности лампы накаливания. Так при мощности лампы 200 ватт, зарядный ток будет составлять около ~0,5 ампера (лампы можно соединять параллельно). Для увеличения зарядного тока можно применить более мощную лампу, либо применить любые бытовые приборы (утюг, электроплитка), мощностью 500…1000 ватт. Ток заряда пропорционально увеличивается.
При наличии 4-х выпрямительных диодов (рис.4) ток заряда увеличивается вдвое.
ВНИМАНИЕ!!!
Рынок буквально наполнен различными техническими новинками. Поэтому приобрести ЗУ для АКБ, тем более что и цена на такие изделия вполне доступная, сегодня не проблема. Но многие автолюбители все-таки предпочитают обходиться простейшими зарядными устройствами. Основных причин две – одни не верят в надежность современных приборов, а другим не нужны их многочисленные функции, и они считают это лишней тратой денег.
Простейшую «зарядку» для аккумулятора на 12 В несложно сделать из силового трансформатора, который есть во многих старых моделях бытовой техники.
Какой нужен Тр? Понятно, что обмотка первичная – на 220. Вторичная может быть одна или несколько; это непринципиально. Главное, чтобы с трансформатора можно было «снять» U 2 = 13±0,5 В. Больше или меньше – схема будет функционировать некорректно, если в данном случае этот термин уместен. Идеально для изготовления ЗУ подходит силовой трансформатор от ТВ-приемников старых (еще ламповых) моделей (ТС-180). Да и в первых телевизорах цветного изображения есть Тр, который имеет нужные выводы вторичных обмоток.
Что нужно сделать?
- Замерить напряжения на всех обмотках. Даже если они указаны в паспорте, на корпусе, проверить их работоспособность стоит. Применительно к ТС-180 берутся две «накальные» (они выдают по 6,3 В), и соединяются перемычкой последовательно. В итоге получается требуемый минимум – 12,6.
- Собрать диодный мост. Например, на основе п/п приборов серии Д242А. Их можно найти в том же телевизоре б/у, отпаять и использовать. Как вариант, купить готовую диодную сборку в магазине (KBPC10005 или подобную; продавец подскажет, если объяснить, для чего она нужна).
- Изготовить радиатор. Он необходим, чтобы при длительной зарядке мост не перегревался. Для диодов подойдет ребристая конструкция из алюминиевых (или дюралевых) пластин. Покупной мост достаточно закрепить на основе, подложив под него лишь одну, предварительно нанеся на нее слой термопасты. Ее можно купить в том же радиомагазине.
- Собрать схему. Из рисунка видно, что здесь не нужно быть «великим электронщиком» – все предельно просто и понятно.
Сделать зарядное устройство по этой схеме под силу даже тем, кто лишь приблизительно понимает, что такое электротехника и ее законы. Более «продвинутым» автомобилистам, скорее всего, понравятся другие. В исполнении они сложнее, но их преимущество – в возможности регулировать процесс заряда АКБ.
Нередко случается так, что нужно ехать, но АКБ «сел», и зарядки, по известному закону, под рукой нет. В подобных форс-мажорных обстоятельствах «палочкой-выручалочкой» может стать примитивная схема из лампы и диода.
Поскольку нагрузочный ток сравнительно небольшой, можно использовать диод 1N4004 или аналогичный по характеристикам. Он включается в цепь катодом (его вывод обозначается полоской на корпусе) к клемме «+» батареи. Но АКБ необходимо полностью отключить от бортовой сети автомобиля во избежание дальнейших проблем с ее электроникой.
Принцип работы схемы понять несложно. Ток регулируется самой лампой, так как ее нить накала имеет определенное сопротивление (I=P/U). Мощность осветительного прибора можно подобрать расчетным путем, хотя для упрощения задачи достаточно привести некоторые примеры. Их вполне хватит, чтобы понять, как собрать схему.
Лампочка на 60 Вт обеспечивает в цепи ток в 0,27 А. С учетом диода (он пропускает лишь один полупериод синусоиды) нагрузочный равен 0,318 х I. Чтобы получить I зар = 0,15 А, в цепь нужно включить лампу-сотку.
Постоянно использовать такую примитивную схему для зарядки автомобильного аккумулятора, естественно, не стоит. Но в трудной ситуации, когда нет иного решения, она очень даже выручит.
2017-07-20Это зарядное устройство я сделал для зарядки автомобильных аккумуляторов, выходное напряжение 14.5 вольт, максимальный ток заряда 6 А. Но им можно заряжать и другие аккумуляторы, например литий-ионные, так как выходное напряжение и выходной ток можно регулировать в широких пределах. Основные компоненты зарядного устройства были куплены на сайте АлиЭкспресс.
Вот эти компоненты:
Еще потребуется электролитический конденсатор 2200 мкФ на 50 В, трансформатор для зарядного устройства ТС-180-2 (как распаивать трансформатор ТС-180-2 посмотрите в ), провода, сетевая вилка, предохранители, радиатор для диодного моста, крокодилы. Трансформатор можно использовать другой, мощностью не менее 150 Вт (для зарядного тока 6 А), вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток 10 А и выдавать напряжение 15 – 20 вольт. Диодный мост можно набрать из отдельных диодов, рассчитанных на ток не менее 10А, например Д242А.
Провода в зарядном устройстве должны быть толстые и короткие. Диодный мост нужно закрепить на большой радиатор. Необходимо нарастить радиаторы DC-DC преобразователя, или использовать для охлаждения вентилятор.
Сборка зарядного устройства
Подсоедините шнур с сетевой вилкой и предохранителем к первичной обмотке трансформатора ТС-180-2, установите диодный мост на радиатор, соедините диодный мост и вторичную обмотку трансформатора. Припаяйте конденсатор к плюсовому и минусовому выводам диодного моста.
Подключите трансформатор к сети 220 вольт и произведите замеры напряжений мультиметром. У меня получились такие результаты:
- Переменное напряжение на выводах вторичной обмотки 14.3 вольта (напряжение в сети 228 вольт).
- Постоянное напряжение после диодного моста и конденсатора 18.4 вольта (без нагрузки).
Руководствуясь схемой, соедините с диодным мостом DC-DC понижающий преобразователь и вольтамперметр.
Настройка выходного напряжения и зарядного тока
На плате DC-DC преобразователя установлены два подстроечных резистора, один позволяет установить максимальное выходное напряжение, другим можно выставить максимальный зарядный ток.
Включите зарядное устройство в сеть (к выходным проводам ничего не подсоединено), индикатор будет показывать напряжение на выходе устройства, и ток равный нулю. Потенциометром напряжения установите на выходе 5 вольт. Замкните между собой выходные провода, потенциометром тока установите ток короткого замыкания 6 А. Затем устраните короткое замыкание, разъединив выходные провода и потенциометром напряжения, установите на выходе 14.5 вольт.
Данное зарядное устройство не боится короткого замыкания на выходе, но при переполюсовке может выйти из строя. Для защиты от переполюсовки, в разрыв плюсового провода идущего к аккумулятору можно установить мощный диод Шоттки. Такие диоды имеют малое падение напряжения при прямом включении. С такой защитой, если перепутать полярность при подключении аккумулятора, ток протекать не будет. Правда этот диод нужно будет установить на радиатор, так как через него при заряде будет протекать большой ток.
Подходящие диодные сборки применяются в компьютерных блоках питания. В такой сборке находятся два диода Шоттки с общим катодом, их нужно будет запараллелить. Для нашего зарядного устройства подойдут диоды с током не менее 15 А.
Нужно учитывать, что в таких сборках катод соединен с корпусом, поэтому эти диоды нужно устанавливать на радиатор через изолирующую прокладку.
Необходимо еще раз отрегулировать верхний предел напряжения, с учетом падения напряжения на диодах защиты. Для этого, потенциометром напряжения на плате DC-DC преобразователя нужно выставить 14.5 вольт измеряемых мультиметром непосредственно на выходных клеммах зарядного устройства.
Как заряжать аккумулятор
Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо. Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.
Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.
Рассчитывать трансформатор меня научили еще в профессиональном училище в 1972году.Расчет приблизительный, но его вполне достаточно для практических конструкций радиолюбителей. Все результаты расчета округляются в ту сторону, при которой обеспечивается наибольшая надежность. И так начнем. Вам например нужен трансформатор на 12В и ток 1А т.е. на мощность Р2 = 12В х 1А = 12ВА. Это мощность вторичной обмотки. Если обмоток не одна, то общая мощность равна сумме мощностей всех вторичных обмоток.
Так как КПД трансформатора примерно 85%, то мощность забираемая от первичной сети первичной обмоткой будет в 1,2раза больше мощности вторичных обмоток и равна Р1 = 1,2 х Р2 = 14,4ВА. Далее, исходя из полученной мощности можно примерно прикинуть, какой нужен сердечник.
Sс=1,3√Р1, где Sс — площадь сечения сердечника, Р1 — мощность первичной обмотки.Данная формула справедлива для сердечников с Ш-образными пластинами и с обычным окном т.к. не учитывает площади последнего. От величины, которой в той же степени, что и от площади сердечника, зависит мощность трансформатора.
Для сердечников с уширенным окном этой формулой пользоваться нельзя. Так же в формулах заложена частота первичной сети 50Гц. Итак мы получили:Sс = 1,3 х √14,4 = 4,93см. Примерно 5 квадратных сантиметров. Можно конечно взять сердечник и побольше, что обеспечит бо"льшую надежность. Зная площадь сечения сердечника можно определить число витков на один вольт. W1вольт = 50/Sс это для нашего случая значит, чтобы получить на выходе трансформатора 12 вольт нам надо намотать W2 = U2 х 50/Sс= 12 х 50/5= 120 витков. Естественно количество витков первичной обмотки будет равно W1вольт х 220 вольт. Получаем 2200 витков.
D2 = 0,7 х √I2 ; где I2 — ток вторичной обмотки в амперах.
D2 = 0,7 х √1 = 0,7 мм.
Для определения диаметра провода первичной обмотки находим ток через её протекающий. I1 = Р1/U1 = 0,065А.
D1 = 0,7 х √0,065 = 0,18 мм.
Вот и весь расчет. Главным недостатком его является то, что нет возможности определить уберутся ли обмотки в окне сердечника, в остальном все в порядке.
И еще чуть-чуть. От коэффициента «50» в формуле расчета количества витков на один вольт зависит общее количество витков обмоток, в конкретном случае, чем больше вы выбираете этот коэффициент, тем больше витков в первичной обмотке, тем меньше ток покоя трансформатора, тем меньше его разогрев, тем меньше внешнее магнитное поле рассеяния, тем меньше наводок на монтаж радиоаппаратуры. Это очень актуально, когда вы занимаетесь аналоговыми системами. Однажды, давным-давно, когда ревербераторы были еще магнитофонными, ко мне обратились друзья одного из ВИА. У ревербератора, который они приобрели был повышенный фон переменного напряжения и довольно сильный. Увеличение емкости электролитических конденсаторов в фильтре блока питания ни к чему не привело. Пробовал экранировать платы — ноль. Когда открутил транс и стал менять его расположение относительно монтажа, стало ясно, что причиной фона является его магнитное поле рассеяния. И вот тогда я и вспомнил про этот «50». Разобрал тр-р. Определил, что для расчета количества витков использовался коэффициент 38. Пересчитал тр-р с коэфф. равным 50, домотал к обмоткам необходимое число витков(благо место позволяло) и фон пропал. Так что, если вы занимаетесь УНЧ аппаратурой и тем более имеющей чувствительные входа, то советую выбирать этот коэффициент вплоть до 60.
И еще чуть-чуть. Это уже о надежности. Допустим, что вы имеете трансформатор с числом витков первичной обмотки на 220В для коэффициента равного 38, а я намотал число витков для коэффициента 55. Т.е. мое количество витков будет больше вашего примерно в полтора раза, значит и перегрузка сети в 220 х 1,45 = 318 вольт будет ему «по плечу». При увеличении этого коэффициента уменьшается напряжение между соседними витками и между слоями обмотки, a это уменьшает вероятность межвитковых и междуслоевых пробоев. Между тем его увеличение ведет к увеличению активного сопротивления обмоток, увеличению затрат на медь. Так что все должно быть в разумных пределах. Для расчета трансформаторов написано уже много программ и анализируя их, приходишь к выводу, что многие авторы выбирают минимальный коэффициент. Если у Вашего трансформатора, есть место для увеличения количества витков, обязательно увеличьте. До свидания. К.В.Ю.
