ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregamento automático de células galvânicas e baterias com corrente assimétrica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas Os leitores são apresentados a dois designs de carregadores que diferem na quantidade de corrente de carga, mas possuem um único método de recuperação - corrente assimétrica. Como você sabe, a recuperação de células galvânicas e baterias é melhor feita carregando com uma corrente assimétrica. Nesse caso, a corrente de carga é 10 vezes maior que a corrente de descarga e a duração é duas vezes menor [1, 2]. Os dispositivos podem ser carregados com longas interrupções, por exemplo, devido a uma falha de energia. Quando a energia é aplicada, o carregamento será retomado automaticamente. Os dispositivos não têm medo de curtos-circuitos acidentais nas tomadas de saída. Ao armazenar baterias por um longo período, dispositivos podem ser usados para mantê-las carregadas. O carregamento é encerrado automaticamente ao atingir a tensão definida no elemento que está sendo carregado. Os dispositivos permitem que você defina dentro de uma ampla faixa sem instrumentos (com precisão suficiente para a prática) a corrente de carga e descarga, bem como a tensão de terminação de carga. Primeiro projeto projetado para carregar pequenas baterias individuais tipo D-0,1; D-0,25; D-0,55; TsNK-0,45; NGCC-1,8 ou suas contrapartes importadas e baterias compostas por eles, bem como células galvânicas do tipo 316, 322, 343, 373, baterias compostas por eles e baterias 3336, "Krona", "Korund", etc. O número de células galvânicas carregadas simultaneamente - 7 unid. E baterias recarregáveis - 9 unid. O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na Fig.1. Consiste em uma fonte de alimentação em um transformador T1, uma ponte retificadora nos diodos VD1-VD4 e um capacitor de filtro C1. O estabilizador de corrente de carga é feito nos transistores VT2, VT4, junto com o diodo Zener VD9 e o resistor R22, é uma fonte de corrente. O valor da corrente é regulado pelo resistor R18. O estabilizador de corrente de descarga é feito nos transistores VT1, VT5 e LED HL2, que serve simultaneamente como fonte de tensão de referência fornecida à base do transistor VT5 e indicador da corrente de descarga. A corrente de descarga é definida pelo resistor R23. A corrente de carga (em amperes) geralmente corresponde a 0,1 e a descarga - 0,01 da capacidade em ampères-hora. Por exemplo, para células 316, 332 ou baterias delas, a corrente de carga é de 60 mA, e a corrente de descarga é de 6 mA, para células 343, 373 ou baterias delas, 200 mA e 20 mA, respectivamente. Um gerador de pulso retangular que gera pulsos de corrente de carga e descarga é montado nos elementos DD1.2 e DD1.3, resistores R9, R10, diodos VD7, VD8. A relação entre a duração dos pulsos de alto nível e as pausas entre eles é de 1:2. A duração dos pulsos é determinada pelo resistor R9 e a duração da pausa depende do resistor R10. A frequência de oscilação é de cerca de 100 Hz (dependendo do capacitor C5). O gerador parte quando há um sinal de nível alto na saída do elemento DD1.1. No comparador integral DA1, é feita uma unidade para desligar e ligar automaticamente o carregamento (AOD e AVZ). Ele compara a tensão de referência (retirada do motor R4) do estabilizador paramétrico VD5R2 ou VD6R3 fornecido à entrada inversora com a tensão variável no divisor R20, R21, proporcional à tensão da célula ou bateria galvânica carregada, que é aplicada à entrada não inversora DA1. Como a tensão de referência é retirada de outro estabilizador paramétrico VD5R2, para a primeira faixa (1 ... A tensão AOS é definida pelo resistor R6. Por conveniência, os limites do nó de automação são divididos em duas faixas: 4 ... 1 V e 6 ... 6 V. A faixa é selecionada pela chave SA13. Operação do dispositivo. Ao conectar uma célula ou bateria galvânica descarregada, a tensão na entrada não inversora DA1 é menor que a referência na entrada inversora, que é definida pelo resistor R4. Portanto, a saída do coletor aberto (pino 9) do comparador é ajustada para uma tensão de baixo nível, e a saída do inversor DD1.1 é ajustada para uma tensão de alto nível, o que permite o funcionamento do gerador de pulsos. Ao mesmo tempo, um sinal de alto nível aparece na saída do elemento DD1.3, abrindo os transistores principais VT2 e VT3. A abertura do transistor VT2 levará ao surgimento de tensão no diodo zener VD9, o que significa que o transistor VT4 será aberto e uma corrente de carga pré-definida fluirá através do elemento que está sendo carregado. Ao mesmo tempo, um sinal de baixo nível da saída DD1.2 irá para a entrada inferior do elemento DD1.4 de acordo com o circuito. Na entrada superior do elemento DD1.4 de acordo com o esquema, há um sinal de nível alto, que é mantido até o final do carregamento. Como resultado, um sinal de alto nível aparece na saída do elemento DD1.4, que fechará o transistor VT1. Consequentemente, o transistor VT5 também fechará, o que impossibilita o fluxo da corrente de descarga. Com o aparecimento de um sinal de baixo nível na saída do elemento DD1.3, os transistores VT2 e VT3 serão fechados. A corrente de carga irá parar. Ao mesmo tempo, um sinal de alto nível será recebido da saída do elemento DD1.2 para a entrada inferior do elemento DD1.4 (o sinal de alto nível continua sendo recebido na entrada superior), que abrirá os transistores VT1 e VT5. Isso permite que a corrente de descarga flua. A chegada do próximo pulso positivo da saída do gerador possibilitará o fluxo da corrente de carga e a impossibilidade de descarga. Assim, o processo de carga-descarga continuará até que a tensão no elemento que está sendo carregado atinja o valor da operação da unidade AOD. Como resultado, o comparador mudará e, em sua saída, a tensão mudará de baixa para alta. A saída do inversor DD1.1 será um sinal de baixo nível. O gerador vai parar de funcionar. Por esta razão, um sinal de baixo nível será definido na saída de DD1.3. Os transistores VT2 e VT4 fecharão e o carregamento será interrompido. Devido à operação da unidade AOD e à parada do gerador, um sinal de alto nível é definido na saída do elemento DD1.2 e, portanto, no elemento inferior DD1.4 de acordo com o circuito. Como há um sinal de baixo nível na saída do elemento DD1.1 e, portanto, na entrada superior do elemento DD1.4 de acordo com o circuito, a saída do elemento DD1.4 será um sinal de alto nível. VT1 e VT5 serão fechados. A descarga irá parar. Quando a corrente do pulso de carga flui, a tensão na célula galvânica ou bateria sobe para um valor superior ao limite para a operação da unidade AOD, o que levará ao desligamento prematuro do carregador. Isso pode causar subcarga significativa. Para evitar que isso aconteça, a tensão no elemento carregado é comparada com a referência na ausência de corrente de carga, o que permite carregar em plena capacidade. No momento do carregamento, o transistor VT3 abre e desvia o resistor R21, o que aumenta o limite de comutação do comparador. Quando ocorre a descarga, os transistores VT2 e VT3 são fechados. O comparador compara a tensão real no elemento que está sendo carregado com a tensão de referência. Quando o valor de tensão definido do AOS é atingido, a corrente de carga para completamente. A corrente de descarga através do divisor R20, R21, VT3 e do transistor VT5 é insignificante e para um elemento de 1,5 V é de apenas 10 μA e para 7 elementos - 200 μA. No entanto, à medida que os processos químicos são concluídos, a tensão na célula eletroquímica ou bateria que está sendo carregada diminui lentamente, o que fará com que o comparador desarme, pois a tensão de referência excederá a tensão de saída. Para excluir tal inclusão do carregador, é introduzido um resistor R7, que serve para criar uma histerese - a diferença entre as tensões do AOD e do AVR. A histerese garante que o carregador reinicie quando a bateria estiver descarregada mais profundamente. Ao escolher o valor de R7, deve-se levar em consideração que, quando a tensão no elemento descarregado for menor que a tensão AVZ, o gerador inicia quando o carregador é conectado à rede, independentemente de o elemento a ser carregado ser conectado antes ou depois do dispositivo ser conectado à rede. Quando a tensão no elemento descarregado é maior que a tensão AVZ, o gerador inicia somente quando o dispositivo é conectado à rede, seguido da conexão do elemento ou da bateria. Para operação estável do comparador e gerador, sua fonte de alimentação é estabilizada pelo estabilizador paramétrico VD5R2. O diodo VD10 impede a descarga através do carregador em caso de falha de energia no circuito de alimentação. Os capacitores C3 e C4 protegem o dispositivo contra operação falsa quando ocorre ruído de impulso na rede. O dispositivo é montado em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro com espessura de 1,5 mm. O desenho da placa é mostrado na Fig.2. No painel frontal estão os LEDs HL1-HL3 e os resistores variáveis R4, R18 e R23 com escalas impressas neles, além da chave SA1. O transistor VT4 é montado em uma placa dissipadora de calor de 40 × 25 mm de tamanho e 6 mm de espessura. O TS-10-ZM1 foi usado como transformador de rede, qualquer outro que forneça uma tensão de 16 ... 18 V no enrolamento secundário a uma corrente de pelo menos 250 mA também é adequado. Detalhes. O dispositivo não contém peças caseiras ou difíceis de encontrar. O switch SA1 pode ser de qualquer tipo. Capacitores C1, C2 tipo K50-6; C3-C5 tipo KM. Resistores fixos do tipo MLT, variáveis PP3-11 do grupo A. O microcircuito DD1 é substituível por K561LE5, o comparador DA1 é K521CA3. Em vez do LED verde AL307V, AL307G, AL307NM serve, e em vez do LED vermelho AL307B - AL307K, AL307BM. Os diodos D9B podem ser substituídos por D220, D311, KD503, KD509 com qualquer índice de letras. Em vez do diodo zener KS512A, dois KS156A conectados em série podem ser usados. O transistor KT3102B substituirá o KT315G ou KT3117 por qualquer índice de letras e, em vez do transistor KT3107B, você pode usar o KT361 com qualquer índice de letras, exceto A. KT814B pode ser substituído por KT814V, G, KT816B, G. Ajustamento. Se a instalação foi concluída sem erros, quando o dispositivo estiver conectado à rede, os LEDs HL1, HL2, HL3 devem acender. Você pode observar os pulsos conectando um osciloscópio à saída do gerador DD1.3. Ao aumentar temporariamente o valor do capacitor C5 para 1 ... 2 μF, a frequência do gerador é reduzida e as flutuações podem ser vistas pelo piscar dos LEDs. Então AOP é estabelecido. Isso exigirá uma fonte de alimentação estabilizada com uma corrente de carga de pelo menos 0,2 A e uma tensão de 0 ... 15 V. A tensão de saída é controlada por um voltímetro CC. Em primeiro lugar, os limites para regular a tensão da automação são definidos na faixa I (6 V) e II (13 V). Para fazer isso, solde o cátodo do diodo VD10. O resistor R15 é soldado de R14 e DD1.3, e o resistor R12 é do elemento DD1.4 e conectado ao terminal de energia negativo. Ao mesmo tempo, VT5 abre e VT3 fecha, o que corresponde ao modo de descarga, quando o elemento que está sendo carregado é monitorado. O controle deslizante do resistor R23 é ajustado para a posição inferior de acordo com o diagrama para reduzir a carga na unidade estabilizada. Fornecemos tensão da fonte auxiliar aos soquetes XS1, XS2. O resistor R4 é colocado primeiro na posição mais alta e depois na posição mais baixa de acordo com o circuito e, aplicando tensão da fonte, certifique-se de que os limites de regulação de tensão da automação estejam dentro de 1 ... 6 V (faixa I) e 6 ... 13 V (faixa II). O limite inferior de tensão do AOD é especificado por uma seleção dos resistores R5 e R6 (dependendo das faixas I e II, respectivamente), e o limite superior é determinado usando VD5 e VD6. As chaves do comparador correspondem ao valor de tensão no qual o LED HL3 se apaga (o LED HL2 fica constantemente aceso durante o ajuste). Em seguida, a escala do resistor R4 "Tensão do fim do carregamento" é calibrada em ambas as faixas, fornecendo várias tensões da fonte de alimentação auxiliar. Para isso, o motor do resistor R4 é transferido para a posição superior de acordo com o esquema. A tensão correspondente ao valor de configuração é definida na saída da fonte auxiliar e o controle deslizante do resistor R4 é movido lentamente para a posição inferior de acordo com o diagrama. A tensão AOZ corresponde à posição do controle deslizante do resistor R4, na qual o LED HL3 se apaga. Ao aumentar ligeiramente a tensão e depois diminuí-la gradualmente, o limite de comutação real do comparador é verificado. Se necessário, essas operações são repetidas. Ao reduzir suavemente a tensão da fonte, a tensão do AVZ é verificada pela iluminação do LED HL3. Se necessário, selecione o resistor R7. Depois disso, eles procedem à graduação da escala do resistor R23 "Corrente de descarga". Ao conectar um miliamperímetro com um limite de medição de pelo menos 1 mA no vão do soquete XS20 e a saída positiva da fonte de alimentação auxiliar, a tensão é aplicada e, alterando a resistência do resistor R23, a escala é calibrada de acordo com o valor da corrente através do dispositivo. Em seguida, calibre a escala do resistor R18 "Corrente de carga". Para fazer isso, R14 é soldado de DD1.3 e conectado à saída positiva do estabilizador (+12 V). Conecte um miliamperímetro com limite de pelo menos 10 mA ao cátodo do diodo VD2 e ao soquete XS200 e, alterando o valor do resistor R18 de acordo com o valor da corrente que passa pelo aparelho, calibre a balança. Depois disso, os resistores R12, R14, R15, bem como o diodo VD10, são soldados no lugar. Durante a operação, a tensão AOS é definida na taxa de 1,7 ... 1,9 V para uma célula galvânica recarregável e 1,35 ... 1,45 V para uma bateria. Segundo projeto Projetado para carregar baterias de carros. Sua diferença está no uso de um poderoso estabilizador para carregar a corrente e descarregar a corrente. O diagrama esquemático é mostrado na Fig.3. Vamos nos concentrar apenas em alguns dos recursos. O resistor R4 aumenta a histerese. Uma fonte de corrente simples e poderosa é usada como estabilizador de corrente de carga [3]. No entanto, a alimentação é fornecida ao amplificador operacional através de VT2, pois quando Uin = 0, uma pequena tensão de saída permanece na saída de DA2, o que leva à abertura do transistor VT4. O dispositivo eletrônico é montado em uma placa de circuito impresso de fibra de vidro unilateral de 1,5 mm de espessura. O desenho da placa é mostrado na Figura 4. Os diodos VD1-VD4 e o transistor VT6 são instalados em dissipadores de calor com área de pelo menos 100 cm2, o transistor VT4 é instalado em um dissipador de calor com área de pelo menos 200 cm2. Transformador T1 serial TN-61220 / 127-50 ou outro com tensão no enrolamento secundário de 15 ... 18 V a uma corrente de 7 ... 8 A. Transformador T1, capacitor C1, resistores R18, R23, diodos VD1-VD4, VD5, bem como os transistores VT4 e VT6 são montados separadamente. Os resistores variáveis R15, R19 e R22, bem como os LEDs HL1, HL3 são colocados no painel frontal. Detalhes. Os diodos D231 podem ser substituídos por D243, D245, KD213A e outros para uma corrente de pelo menos 5 A. Capacitores C1, C2 do tipo K50-6, K50-16. Em vez do diodo zener D818E, você pode usar o diodo zener KS191 com qualquer índice de letras. Resistor R18 tipo C5-16MV, R20 tipo PEV15. Substituiremos o amplificador operacional K553UD2 K153UD2 ou KR140UD18. É importante que a faixa de tensão de entrada seja até a tensão de alimentação positiva. Os circuitos de potência são feitos com fio de cobre com seção transversal de pelo menos 0,75 mm2. O estabelecimento é semelhante ao primeiro projeto. Eles começam com a unidade de automação (AOZ e AVZ). Para isso, o cátodo do diodo VD10, o resistor R10 são soldados do elemento DD1.4 e o resistor R13 do resistor R12 e do elemento DD1.3. Os resistores R10 e R13 são conectados ao fio de energia negativo. O resistor R22 é colocado na parte inferior e o resistor R19 na parte superior, de acordo com o diagrama de posição. Uma fonte estabilizada é conectada aos terminais de saída com uma corrente de carga de pelo menos 0,5 A e uma tensão de saída de 10 ... 15 V. A tensão de saída é controlada por um voltímetro CC. O valor de tensão necessário é fornecido (14,2 ... 14,8 V) e o controle deslizante R19 é girado lentamente para a posição inferior de acordo com o diagrama até que o LED HL3 se apague. Este valor é anotado na escala R19 "Tensão do fim do carregamento". Em seguida, reduzindo gradativamente a tensão da fonte, verificam se o aparelho está ligado em 12,4 ... 12,8 V (se necessário, selecione R4, R5). Depois disso, a escala do resistor R22 "Corrente de descarga" é calibrada. Para fazer isso, um miliamperímetro para uma corrente de 0 ... 500 mA é incluído no espaço entre o terminal positivo e a fonte de alimentação auxiliar e, alterando o valor do resistor R22, a corrente necessária é definida e a escala é calibrada. Em seguida, calibre a escala do resistor R15 "Corrente de carga". Para fazer isso, o resistor R12 é soldado do elemento DD1.3 e conectado ao fio positivo do regulador de tensão de +12 V. A bateria é conectada ao menos do carregador com um terminal negativo. Um amperímetro com um limite de medição de pelo menos 5 A é conectado ao cátodo do diodo VD10 e ao fio positivo da bateria. Ligue o aparelho e, alterando o valor do resistor R15, defina a corrente necessária e calibre a balança. Depois disso, o diodo VD10, os resistores R10, R12 e R13 são restaurados. A bateria descarregada é conectada ao dispositivo. Em seguida, a corrente de carga e descarga necessária é definida, bem como a tensão AOD e, em seguida, o dispositivo é conectado à rede. Se desejar, você pode inserir um LED para conexão incorreta da bateria. Literatura:
Autor: N. I. Mazepa Veja outros artigos seção Carregadores, baterias, células galvânicas. Leia e escreva útil comentários sobre este artigo. Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica: Couro artificial para emulação de toque
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