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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricabatterie e avviatore automatico per la batteria dell'auto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche I dispositivi di avviamento prodotti industrialmente spesso hanno una potenza ridotta e non sono sufficientemente affidabili durante il funzionamento. Anche i circuiti autocostruiti più semplici dei dispositivi di avviamento delle automobili, costituiti solo da un trasformatore e da diodi raddrizzatori di potenza, presentano una serie di svantaggi. Innanzitutto, se i cavi di uscita vengono cortocircuitati accidentalmente, i costosi diodi raddrizzatori possono essere facilmente danneggiati. Se la polarità di collegamento di tale circuito alla batteria non è corretta, l'elettronica di bordo o la batteria stessa potrebbero essere danneggiate. Inoltre, quando si fabbrica il dispositivo di avviamento più semplice, è necessario selezionare correttamente i parametri del trasformatore (il rapporto tra il numero di spire degli avvolgimenti primario e secondario per un tipo specifico di circuito magnetico) in modo che fornisca una corrente a il carico di almeno 100 A con una caduta di tensione di almeno 10 V. Il dispositivo descritto di seguito consente di eliminare tutte queste carenze. Può anche essere utilizzato per ricaricare o addestrare la batteria e l'automazione non consentirà alla tensione della batteria di superare il valore consentito in tutte le modalità operative. Il circuito elettrico fornisce la stabilizzazione della tensione di uscita e la protezione della corrente contro i cortocircuiti. E se la polarità di collegamento della batteria ai terminali di uscita del dispositivo non è corretta, non ne consentirà la messa in funzione. Per far funzionare il caricabatterie-avviatore in diverse modalità, la batteria è collegata agli stessi terminali di uscita, il che è molto comodo durante il funzionamento. Ciò garantisce il monitoraggio del funzionamento del circuito e delle condizioni della batteria utilizzando un voltmetro e un amperometro installati sul pannello frontale della custodia, Fig. 4.13. I regolatori situati lì possono modificare la tensione di uscita U e la corrente limite (protezione) I in un ampio intervallo.
Il dispositivo può funzionare in tre modalità, selezionate tramite l'interruttore SA1 (“modalità”): 1. Carica - la batteria viene caricata con una corrente stabile finché la tensione sulla batteria non aumenta a 14,8 V. In questo caso, la corrente di carica può essere impostata su qualsiasi valore compreso tra 1 e 10 A. 2. Addestramento: utilizzato per prevenire la solfatazione delle piastre della batteria durante lo stoccaggio a lungo termine con elettrolita, ad esempio in inverno. Il dispositivo consente di ciclare il processo di carica-scarica in modalità automatica. La corrente di carica può essere impostata da 1 A, corrente di scarica - 10 A. Il numero di cicli non è limitato. 3. La modalità di avvio viene utilizzata per avviare il motore dell'auto. In questo caso il dispositivo è collegato in parallelo alla batteria e fornisce una corrente fino a 100 A in modalità continua. Ciò facilita l'avviamento del motore in inverno o quando la capacità della batteria è ridotta a causa dell'invecchiamento. Il circuito elettrico del caricatore-avviatore, fig. 4.14, si compone delle seguenti parti: a) trasformatore di potenza T1 con una potenza di circa 1 kW con un raddrizzatore realizzato con tiristori VS1, VS2; b) alimentazione per il circuito di controllo del trasformatore T2 e degli stabilizzatori DA2, DA3; c) schemi di controllo automatico (DA1.DA4, TK); d) circuiti di controllo della modalità (PV1, amplificatore DA6 per la misurazione della corrente, PA1.HL1, HL2); e) unità di commutazione e protezione (K1, K2, DA5).
Tabella 4.1. La tensione di alimentazione sui microcircuiti
Poiché quando si carica la batteria di un'auto si consiglia di mantenere costante la corrente di carica media, i tiristori vengono utilizzati come elemento di regolazione. Funzionano contemporaneamente come raddrizzatori controllati. Per facilità di fabbricazione, il circuito di controllo è alimentato da un trasformatore separato T2. Viene inoltre rimosso un segnale per sincronizzare il funzionamento del circuito con la frequenza di rete (un circuito di elementi VD6-R28-R33). Le tensioni +15 V e -15 V utilizzate per alimentare il circuito di controllo sono stabilizzate sui chip DA2 e DA3. L'unità di controllo automatica funziona come segue. Il segnale di feedback di tensione (Uoc) dai terminali di uscita (X1, X2) attraverso i resistori R1-R4 viene fornito all'ingresso dell'integratore DA1.1. La tensione amplificata in uscita viene sommata alla tensione impostata dal resistore R14 e viene fornita all'ingresso DA4.15. Il chip DA4 (KR1114EU4) è progettato specificamente per la costruzione di circuiti di controllo a impulsi, che consente di semplificare notevolmente il dispositivo. Contiene un set completo di unità funzionali per eseguire il controllo dell'ampiezza dell'impulso (Fig. 4.15) e al suo interno ha: una sorgente di tensione di riferimento di precisione +5 V (ION); amplificatori di errore (1 e 2), comparatori (3 e 4), circuiti di controllo per lo stadio di uscita su transistor e un generatore di tensione a dente di sega. La frequenza del generatore è impostata dal resistore esterno R30 e dal condensatore C15. Il funzionamento dell'autogeneratore è sincronizzato con la frequenza di rete tramite il transistor VT1, il segnale di apertura proviene dal raddrizzatore VD6.
All'uscita del microcircuito DA4/8 si forma un impulso di tensione, la cui ampiezza dipende dalla posizione dei regolatori R19, R14. Poiché per aprire i tiristori sono sufficienti brevi impulsi, per ottenerli viene utilizzato un circuito differenziatore C18-R45. Questi impulsi sono amplificati dai transistor VT2, VT3 e, attraverso un trasformatore di impulsi di disaccoppiamento galvanico (T3), vengono forniti ai terminali di controllo dei tiristori (VS1, VS2). La funzione di stabilizzazione corrente viene eseguita come segue. Il segnale di retroazione di corrente (loc), prelevato dallo shunt Ruj, viene alimentato attraverso il resistore R5 all'ingresso dell'integratore DA1/7. L'integratore amplifica la tensione 10 volte e attenua anche le increspature. Il segnale dall'uscita DA1/10 viene miscelato con la tensione impostata dal resistore R14. La differenza tra queste tensioni viene fornita all'ingresso (DA4/2) dell'amplificatore limitatore di corrente. All'interno del microcircuito viene effettuato un confronto tra i segnali che arrivano agli ingressi DA4/4 e DA4/2, e il maggiore di essi influisce direttamente sulla larghezza degli impulsi di controllo e, di conseguenza, sul momento dell'apertura dei tiristori. Il funzionamento del circuito è controllato dal voltmetro PV1 e dall'amperometro PA1. Quando il dispositivo viene utilizzato come avviatore, l'amperometro PA1 è collegato allo shunt direttamente tramite l'interruttore SA1. A una corrente di 100 A, la tensione sullo shunt dovrebbe essere di 75 mV e questo è sufficiente per deviare l'ago dello strumento a fondo scala. Nel caso in cui sia richiesta una corrente operativa fino a 10 A (modalità di ricarica o allenamento), per una misurazione più accurata, è installato un amplificatore (DA6) con un fattore 10 e l'ago dell'amperometro PA1 può anche deviare a fondo scala. La modalità operativa del dispositivo è indicata dai LED: LED HL1 è acceso - funzionamento, HL2 - il dispositivo è spento e la batteria viene scaricata con una corrente di 0,8 A (in modalità training). L'unità di commutazione e protezione inizia a funzionare quando la batteria viene collegata ai terminali X1, X2 con la polarità corretta, in questo caso se la macchina è accesa. A1, quando si preme il pulsante SB1, a causa della corrente che scorre dalla batteria attraverso l'avvolgimento K1, il resistore R67 e il diodo VD22, il relè K1 si accenderà e con i suoi contatti (K1.1, K1.2) fornirà alimentazione a trasformatore T1 e il circuito di controllo, nonché il circuito del pulsante di blocco (K1,3). È facile notare che se la polarità del collegamento della batteria non è corretta, il diodo VD22 verrà chiuso e non consentirà l'accensione del relè K1. Il chip DA5 contiene un comparatore di tensione che, a seconda della modalità selezionata dall'interruttore SA1, controlla l'algoritmo di funzionamento del dispositivo, impedendo che la tensione sulla batteria superi il livello impostato (tramite il resistore R41) di 14,8 V. Questo è il valore effettivo: l'ampiezza sarà maggiore. Il circuito di R48-VD17 fornisce l'isteresi del comparatore. Consideriamo ora più in dettaglio le caratteristiche del funzionamento del dispositivo di ricarica e avviamento in diverse modalità. Modalità di ricarica La corrente di carica richiesta nella modalità di stabilizzazione della corrente viene impostata dal resistore R14 quando il regolatore di tensione R19 è impostato al massimo. La corrente di carica viene monitorata utilizzando l'amperometro PA1. Per effettuare la ricarica, collegare la batteria ai terminali “+” (X1) e “-” (X2) del dispositivo, rispettando la polarità. Quando si preme il pulsante SB1, il circuito inizierà a funzionare. Non appena la tensione di uscita impostata dal resistore R19 supera il livello disponibile sulla batteria, nel suo circuito di carica dal trasformatore (T1) la corrente inizia a fluire attraverso lo shunt (Rsh), creando tensione su di esso. Questa tensione va all'ingresso dell'amplificatore-integratore con retroazione di corrente DA1.1. Cambierà fino a compensare la tensione di riferimento impostata all'ingresso DA4/2 (questa tensione, a sua volta, determina il momento di apertura dei tiristori, e quindi la corrente nel circuito di potenza). Pertanto, stabilizzare la corrente o la tensione in questa e in altre modalità operative del dispositivo è il processo di impostazione di un tale momento di apertura dei tiristori, al quale la tensione all'uscita del dispositivo attraverso il circuito di retroazione compensa la tensione di riferimento ad un certo punto. Se il circuito funziona in modalità di stabilizzazione della corrente, man mano che la batteria si carica, la tensione su di essa aumenterà. Non appena raggiunge il livello di 14,8 V, il comparatore DA5 viene attivato e il segnale proveniente dalla sua uscita all'ingresso DA4/4 interrompe la formazione di impulsi che controllano l'apertura dei tiristori. Modalità allenamento Il processo di addestramento è sostanzialmente simile al processo di ricarica, tranne che quando l'interruttore SA1 è impostato sulla modalità appropriata, il comparatore DA5 monitora il livello di tensione sulla batteria e, quando supera 14,8 V, invia un segnale di blocco all'ingresso DA4/4. Il che porta alla scomparsa degli impulsi (DA4/8) che comandano l'apertura dei tiristori. In questo caso, anche il transistor VT5 si aprirà e funzionerà il relè K3. Collegherà il carico (R3.1) con i suoi contatti K68 per scaricare la batteria. Il resistore R68 fornisce una corrente di scarica di 0,8 A. La scarica avverrà fino a quando la tensione sulla batteria non scenderà a 10,5 V. Non appena ciò accadrà, l'uscita del comparatore DA5 tornerà al livello zero, disattivando il relè. Cortocircuito e il circuito entrerà in modalità di ricarica della batteria. Questo processo di carica-scarica verrà ripetuto periodicamente e il numero di cicli non è limitato. Modalità di avvio In questa modalità viene limitata non solo la corrente di uscita dell'apparecchio per proteggerlo da eventuali danni, ma anche il livello della tensione di uscita a un valore sicuro per la batteria e la rete di bordo. Per operare in questa modalità, il regolatore di corrente R14 è impostato al massimo e con la resistenza R19 impostiamo la tensione a 1...13 V utilizzando il dispositivo PV14. Ora puoi inserire la chiave nell'accensione dell'auto e avviare il motore. In questo caso, a seconda delle condizioni iniziali, la freccia PA1 può occupare diverse posizioni sull'armadio e il suo valore massimo corrisponderà a 100 A. L'ago del voltmetro PV1 può deviare nella direzione di diminuzione. Caratteristiche e design dell'assieme Il corpo del dispositivo ha dimensioni di 340x240x200 mm ed è realizzato in lamiera di duralluminio. I tiristori VS1 e VS2 sono installati su radiatori con una superficie di circa 1000 cmXNUMX. (i radiatori standard per questi tiristori hanno proprio questa superficie). Strutturalmente, alcune delle parti evidenziate nello schema con una linea tratteggiata, ad eccezione dell'interruttore SA1, si trovano su un circuito stampato a doppia faccia in fibra di vetro di spessore 2,5.3,5-145 mm, di dimensioni 110x4.17.4.19. MM, fig. XNUMX. Per aumentare la densità di installazione, gli elementi VD5 e R8, R9 sono installati rispettivamente sotto T2, C5, C6. I resistori regolati vengono fissati sulla scheda uno sopra l'altro, come mostrato in Fig. 4.20. Per evitare cortocircuiti dei conduttori stampati durante l'installazione sotto il trasformatore. T3 e le resistenze regolate sono poste sotto un distanziatore dielettrico. Inoltre è necessario realizzare sulla scheda due ponticelli volumetrici tra i pin DA5/2-DA4/7-VT1/e.
Il collegamento del circuito stampato con le altre parti avviene tramite un connettore. Tipo HZ. RSh2N-2-15 e lamelle di contatto da qualsiasi connettore miniaturizzato. I cavi di collegamento ai regolatori R14 e R19 devono trovarsi nello schermo. L'installazione della parte di potenza (dal trasformatore T1 ai tiristori e ai terminali X1, X2) viene eseguita con un filo flessibile a trefoli con una sezione trasversale di almeno 8 mm quadrati, ad esempio marca. PVZ. I microcircuiti nel dispositivo possono essere sostituiti con analoghi importati DA1 - A747C; DA2-TL494L; DA3-78L15; DA4-79L15; DA5-LM211N; DA6: non ci sono analoghi. I diodi del tipo KD521 installati agli ingressi dei microcircuiti prevengono il loro danneggiamento accidentale durante il processo di configurazione del circuito e possono essere sostituiti con qualsiasi pulsato a bassa potenza: KD522, KD510, KD503, ecc. I resistori regolati (R38, R40, R41, R44) per facilità di regolazione vengono utilizzati multigiro tipo SP5-3, regolazione R14, R19 tipo SPZ-4a-0,25 W con una caratteristica lineare (A) di variazione della resistenza, il resto può essere di qualsiasi tipo, ad esempio MLT - potenza corrispondente. Condensatori polari. C10, C11, C13, C14 e C17 tipo K50-35; C3, C4 tipo K42U-2 a 0,015 µF a 630 V; il resto proviene dalla serie K10 o. KM-6. Come strumenti di misura sono stati utilizzati un voltmetro a puntatore PV1 e un amperometro PA1 dello stesso tipo M42301. Poiché l'amperometro ha uno shunt interno, dovrai aprire la custodia e rimuoverla. Infatti, nel circuito per misurare una corrente di 100 A, viene utilizzato uno shunt esterno (Ruj). Lo shunt Rm è di tipo standard 75ShSM-100-0,5. Interruttore. A1 (interruttore automatico) - tipo. AE10-31 per corrente 10 A, interruttore tipo SA1. PGZ (PG2), andrà bene qualsiasi pulsante SB1. Relè K1 tipo KP460DC 12 V (produzione polacca) o simile con tre gruppi di contatti di commutazione classificati per corrente fino a 5 A. Relè K2 ecc. Tipo di cortocircuito. Passaporto RES47 RS4.500.407-01 (RS4.500.407-03). Per la fabbricazione di T1 è stato utilizzato il ferro del trasformatore con una sezione trasversale nella posizione dell'avvolgimento Sct = 35 cm72. (la finestra ha una superficie Sok=240 cm2,5). L'avvolgimento primario contiene 1,8 spire di filo PETV con una sezione trasversale di 22 mm quadrati. (diametro 22 mm), secondario 3+10 spire di filo. PSHV-XNUMX con una sezione trasversale di XNUMX mm quadrati. Il trasformatore T2 è qualsiasi a bassa potenza (P - 5 W) con tensioni negli avvolgimenti secondari 3-4-5 - 18 + 18 V e in 6-7-8 - 10 + 10 V, ma è meglio se il suo design comprende l'installazione su circuito stampato a pagamento. Trasformatore di impulsi. T3 viene eseguito su telaio all'interno di coppe corazzate di dimensioni standard. B28 realizzato in ferrite di grado M2000NM. Gli avvolgimenti contengono 1-2 - 80 spire, 3-4 - 40 spire con filo PELSHO di diametro 0,35 mm. Configurazione dello schema Per la configurazione sono necessari un oscilloscopio, un voltmetro digitale, un carico equivalente Rh (un filo con una resistenza di 1.1.2 Ohm e una potenza di almeno 100 W, ad esempio un filo di nicromo con un diametro di 0,5. 1 mm), nonché un amperometro a quadrante esterno (PA2) per correnti fino a 10 A, vedere fig. 4.21.
Gli elementi contrassegnati da asterisco sullo schema elettrico potrebbero richiedere la selezione. Il resistore aggiuntivo R67 nel circuito del relè è selezionato in modo tale che l'armatura del relè K1, dopo il funzionamento, venga rilasciata con una tensione di alimentazione inferiore a 10 V (è meglio farlo prima che il resistore e il relè siano installati nel circuito) . La configurazione preliminare del circuito viene eseguita nella seguente sequenza. È necessario bloccare temporaneamente i contatti del relè K1.1 e K1.2 con i ponticelli e anche dissaldare R36. Impostare l'interruttore SA1 sulla posizione "allenamento" e impostare i resistori R14 e R19 al massimo. Accendendo l'alimentazione di rete (A1) utilizzando un oscilloscopio, controllare la forma della tensione a dente di sega sul pin DA4/5 - non dovrebbe avere un grande passo a livello zero, vedere Fig. 4.16, a (questo potrebbe richiedere la selezione del resistore R28). Quindi, utilizzando un oscilloscopio e un voltmetro digitale, monitoriamo la tensione sui terminali X1 e X2. La forma d'onda della tensione di uscita deve corrispondere a quella mostrata in Fig. 4.16, b ed è regolato dai resistori R44 e R19. Se così non fosse verificare la presenza di impulsi sull'uscita DA4/8 e la corretta installazione.
Utilizzando il resistore trimmer R44 impostiamo il momento di apertura dei tiristori Uopen = 15,5 V. Ciò è necessario affinché in tutte le modalità operative del dispositivo il valore di ampiezza della tensione di uscita superi la tensione sulla batteria (altrimenti i tiristori non si apriranno) . Dopo aver spento il dispositivo, saldare R36 in posizione. Successivamente, quando il circuito è acceso, utilizzare il regolatore R19 per impostare la tensione effettiva all'uscita del dispositivo su 14,8 V e selezionando il resistore R36 ci assicuriamo che quando questa tensione viene raggiunta in uscita, il comparatore DA5 commuta - +5 Sul pin DA9/15 appare V (il LED HL1 si accenderà) . Successivamente, utilizzando il regolatore R19, impostiamo la tensione all'uscita del dispositivo su 10,5 V e regolando il resistore R41 ci assicuriamo che quando questa tensione viene raggiunta sui terminali X1-X2, il comparatore abbia una tensione zero sull'uscita DA5.9 ( il resistore R41 imposta il valore di isteresi per il comparatore). Affinché i controlli installati sul pannello frontale siano comodi da usare, ad es. l'intervallo di regolazione della tensione di uscita tramite il resistore R19 è rimasto nell'intervallo 10...15 V - è necessario selezionare ulteriori resistori R15 e R24. I resistori R10 e R23 sono selezionati in modo simile per l'intervallo di regolazione tramite il resistore R14 di il livello di stabilizzazione corrente nell'intervallo 1...10 A. In questo caso le condizioni consentite per la batteria non verranno superate. Il resistore R19 viene utilizzato per regolare la tensione sui terminali X1-X2 nella modalità "avvio", in altre modalità è impostato sulla tensione di uscita massima, poiché il circuito in queste modalità deve funzionare come stabilizzatore di corrente (la tensione di uscita dipenderà sul valore corrente) e Man mano che la batteria viene caricata, la tensione su di essa aumenterà, ma non supererà il valore consentito. Per calibrare le letture dell'amperometro PA1 nelle modalità “carica” e “allenamento”, è necessario impostare la freccia del dispositivo su “38” utilizzando il resistore R0. Colleghiamo poi il carico Rh (interruttore SA2) e un amperometro a quadrante esterno (PA2), fig. 4.20. Utilizzare il resistore R14 (con R19 al massimo) per impostare la corrente sull'amperometro esterno PA2 su 10 A, e il resistore R40 deve impostare lo stesso valore per la lettura della corrente su PA1. Questa operazione va ripetuta più volte, regolando R38 e R40 finché la freccia PA1 su “0” e ad una corrente di 10 A corrisponda alle letture dell'amperometro esterno. Ora è necessario verificare il funzionamento del circuito nella modalità di stabilizzazione corrente. Per fare ciò, nel momento in cui il dispositivo è acceso, blocchiamo i contatti K1.1, K1.2. Impostare l'interruttore SA1 sulla posizione "start", il regolatore di corrente "I" sulla posizione centrale e "U" al massimo. Colleghiamo un carico con una resistenza di circa 1 Ohm ai terminali di uscita X2-X0,2 (in termini di potenza, dovrebbe essere progettato per una corrente circolante fino a 100 A). In questo caso, le letture dello strumento dovrebbero essere: PA1 - 50 A, PV1 - 10 V. Il regolatore “I” può essere utilizzato per modificare la corrente di uscita - in questo caso cambierà anche la tensione di uscita, che corrisponde alla corrente modalità di stabilizzazione. E quando la resistenza del carico cambia entro piccoli limiti, la corrente non dovrebbe cambiare. A questo punto la regolazione preliminare può considerarsi conclusa e il controllo finale viene effettuato su una batteria vera. Autore: Shelestov I.P.
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