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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregador automático e acionador de partida para bateria de carro. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas Os dispositivos de partida da produção industrial geralmente têm baixa potência e não são suficientemente confiáveis na operação. Os circuitos auto-fabricados mais simples de dispositivos de partida automotivos, consistindo apenas em um transformador e diodos retificadores de potência, também apresentam várias desvantagens. Primeiro, se os fios de saída entrarem acidentalmente em curto, diodos retificadores caros podem ser facilmente danificados. Se a polaridade de conectar tal circuito à bateria estiver incorreta, os componentes eletrônicos integrados ou a própria bateria podem ser danificados. Além disso, na fabricação do dispositivo de partida mais simples, é necessário selecionar corretamente os parâmetros do transformador (a relação entre o número de voltas dos enrolamentos primário e secundário para um determinado tipo de circuito magnético), de modo que forneça uma corrente para a carga de pelo menos 100 A com uma queda de tensão de pelo menos 10 V. Eliminar todas essas deficiências permite o dispositivo descrito abaixo. Também pode ser usado para recarregar ou treinar a bateria, e a automação não permitirá que a tensão da bateria exceda o valor permitido em todos os modos de operação. O circuito elétrico fornece estabilização da tensão de saída e proteção de corrente contra curtos-circuitos. E se a bateria estiver conectada aos terminais de saída do aparelho com a polaridade errada, não permitirá que seja ligada. Para operar o carregador de partida em modos diferentes, a bateria é conectada aos mesmos terminais de saída, o que é muito conveniente durante a operação. Ao mesmo tempo, o funcionamento do circuito e o estado da bateria são monitorados por meio de um voltímetro e um amperímetro instalados no painel frontal da caixa, fig. 4.13. Os reguladores localizados no mesmo local podem alterar a tensão de saída U e a corrente de limitação (proteção) I em uma ampla faixa.
O dispositivo pode operar em três modos, que são selecionados pela chave SA1 ("modo"): 1. Carregamento - a bateria recarregável (AB) é carregada com uma corrente estável até que a tensão na bateria suba para 14,8 V. Nesse caso, a corrente de carregamento pode ser ajustada para qualquer uma na faixa de 1 ... 10 A. 2. Treinamento - é usado para evitar a sulfatação das placas da bateria durante seu armazenamento prolongado com eletrólito fornecido, por exemplo, no inverno. O dispositivo permite que você percorra o processo de carga e descarga no modo automático. A corrente de carga pode ser ajustada de 1 A, descarga - 10 A. O número de ciclos não é limitado. 3. O modo de partida é usado para ligar o motor do carro. Nesse caso, o dispositivo é conectado em paralelo com a bateria e fornece uma corrente de até 100 A em modo contínuo. Isso facilita a partida do motor no inverno ou com capacidade reduzida da bateria devido ao envelhecimento. O circuito elétrico do carregador-arranque, fig. 4.14, consiste nas seguintes partes: a) transformador de potência T1 com potência de cerca de 1 kW com retificador feito nos tiristores VS1, VS2; b) alimentação do circuito de controle do transformador T2 e estabilizadores DA2, DA3; c) esquemas de controle automático (DA1.DA4, TK); d) circuitos de controle de modo (PV1, amplificador DA6 para medição de corrente, PA1.HL1, HL2); e) unidade de comutação e proteção (K1, K2, DA5).
Tabela 4.1. A tensão de alimentação nos microcircuitos
Como é recomendável manter a corrente média de carga constante ao carregar uma bateria de carro, os tiristores são usados como elemento regulador. Eles funcionam simultaneamente como retificadores controlados. Para facilitar a fabricação, o circuito de controle é alimentado por um transformador separado T2. Um sinal também é removido dele para sincronizar a operação do circuito com a frequência da rede (um circuito de elementos VD6-R28-R33). As tensões de +15 V e -15 V usadas para alimentar o circuito de controle são estabilizadas nos microcircuitos DA2 e DA3. A unidade de controle automático funciona da seguinte maneira. O sinal de feedback de tensão (Uoc) dos terminais de saída (X1, X2) através dos resistores R1-R4 é alimentado na entrada do integrador DA1.1. A tensão amplificada de saída é adicionada à tensão definida pelo resistor R14 e é alimentado na entrada DA4.15. Chip DA4 (KR1114EU4) é projetado especificamente para a construção de circuitos de controle de pulso, o que simplifica muito o dispositivo. Ele contém um conjunto completo de unidades funcionais para realizar o controle de largura de pulso (Fig. 4.15) e dentro dele possui: uma fonte de tensão de referência de precisão +5 V (ION); amplificadores de erro (1 e 2), comparadores (3 e 4), circuitos de controle para o estágio de saída em transistores e um gerador de tensão dente de serra. A frequência do gerador é definida por um resistor externo R30 e um capacitor C15. A operação do oscilador é sincronizada com a frequência da rede elétrica usando o transistor VT1, cujo sinal de abertura vem do retificador VD6.
Na saída do microcircuito DA4 / 8, é formado um pulso de tensão, cuja largura depende da posição dos reguladores R19, R14. Como pulsos curtos são suficientes para abrir os tiristores, um circuito diferenciador C18-R45 é usado para obtê-los. Esses pulsos são amplificados pelos transistores VT2, VT3 e através de um transformador de pulso de desacoplamento galvânico (T3) são alimentados nas saídas de controle dos tiristores (VS1, VS2). A função de estabilização de corrente é executada da seguinte maneira. O sinal de feedback de corrente (loc), retirado do shunt Ruj, é alimentado através do resistor R5 para a entrada do integrador DA1/7. O integrador amplifica a tensão em 10 vezes e também suaviza as ondulações. O sinal da saída DA1 / 10 é misturado com a tensão definida pelo resistor R14. A diferença entre essas tensões é alimentada na entrada (DA4 / 2) do amplificador limitador de corrente. Dentro do microcircuito, os sinais que chegam às entradas DA4 / 4 e DA4 / 2 são comparados, sendo que o maior deles afeta diretamente a largura dos pulsos de controle e, consequentemente, no momento da abertura dos tiristores. A operação do circuito é controlada pelo voltímetro PV1 e amperímetro PA1. Quando o dispositivo é usado como dispositivo de partida, o amperímetro PA1 é conectado diretamente ao shunt pela chave SA1. Com uma corrente de 100 A, a tensão no shunt deve ser de 75 mV e é suficiente para desviar a agulha do instrumento para o fundo de escala. No caso em que a corrente operacional é necessária até 10 A (modo “carregamento” ou “treinamento”), um amplificador (DA6) com fator 10 é instalado para sua medição mais precisa, e a agulha do amperímetro PA1 também pode desviar à escala completa. A indicação do modo de operação do dispositivo é realizada por LEDs: o LED HL1 acende - funciona, HL2 - o dispositivo está desligado e a bateria está sendo descarregada com uma corrente de 0,8 A (no modo de treinamento). A unidade de alimentação e proteção começa a funcionar quando a bateria é conectada aos terminais X1, X2 na polaridade correta, neste caso, se a máquina estiver ligada. A1, quando o botão SB1 é pressionado, devido à corrente que flui da bateria através do enrolamento K1, do resistor R67 e do diodo VD22, o relé K1 liga e com seus contatos (K1.1, K1.2) fornecerá energia ao transformador T1 e ao circuito de controle e também bloqueará a cadeia de botões (K1,3). É fácil perceber que se a polaridade da bateria for conectada incorretamente, o diodo VD22 será fechado e não permitirá a ativação do relé K1. Um comparador de tensão é montado no chip DA5, que, dependendo do modo selecionado pela chave SA1, controla o algoritmo de operação do dispositivo, evitando que a tensão da bateria exceda o nível predeterminado (pelo resistor R41) de 14,8 V. Este valor efetivo - a amplitude será maior. O circuito de R48-VD17 fornece a histerese do comparador. Vamos agora considerar com mais detalhes os recursos de operação do iniciador do carregador em diferentes modos. Modo de carregamento A corrente de carga necessária no modo de estabilização de corrente é definida pelo resistor R14 quando o regulador de tensão R19 é definido como máximo. A corrente de carga é controlada pelo amperímetro PA1. Para realizar a carga, a bateria é conectada aos terminais “+” (X1) e “-” (X2) do aparelho, respeitando a polaridade. Quando você pressiona o botão SB1, o circuito começa a funcionar. Assim que a tensão de saída, definida pelo resistor R19, excede o nível disponível na bateria, a corrente começa a fluir do transformador (T1) através do shunt (Rsh) em seu circuito de carga, criando uma tensão nele. Essa tensão entra na entrada do integrador de realimentação de corrente DA1.1. Ele irá variar até compensar a tensão de referência ajustada na entrada DA4/2 (esta tensão, por sua vez, determina o momento em que os tiristores abrem e, portanto, a corrente no circuito de potência). Assim, a estabilização da corrente ou tensão neste e em outros modos de operação do dispositivo é o processo de configuração de tal momento de abertura dos tiristores, no qual a tensão na saída do dispositivo através do circuito de realimentação compensa a referência tensão em um determinado ponto. Se o circuito operar no modo de estabilização de corrente, à medida que a bateria for carregada, a tensão aumentará. Assim que atinge o nível de 14,8 V, o comparador DA5 é acionado e o sinal vindo de sua saída para a entrada DA4/4 interrompe a formação dos pulsos que controlam a abertura dos tiristores. Modo de treinamento O processo de treinamento é basicamente semelhante ao processo de carregamento, exceto que, quando a chave SA1 é ajustada para o modo apropriado, o comparador DA5 monitora o nível de tensão da bateria e, se ultrapassar 14,8 V, envia um sinal de bloqueio para o DA4 / 4 entrada. O que leva ao desaparecimento dos pulsos (DA4/8) que controlam a abertura dos tiristores. Nesse caso, o transistor VT5 também abrirá e o relé K3 funcionará. Ele conectará a carga (R3.1) com seus contatos K68 para descarregar a bateria. O resistor R68 fornece uma corrente de descarga de 0,8 A. A descarga ocorrerá até que a tensão da bateria caia para 10,5 V. Assim que isso acontecer, o nível zero aparecerá novamente na saída do comparador DA5, que desligará o relé. Curto-circuito e o circuito entrará no modo de carregamento da bateria. Este processo de carga e descarga será repetido periodicamente e o número de ciclos não é limitado. Modo de início Neste modo, não apenas a corrente de saída do dispositivo é limitada para protegê-lo contra danos, mas também o nível de tensão de saída para um valor seguro para a bateria e a rede de bordo. Para trabalhar neste modo, o regulador de corrente R14 é ajustado ao máximo e o resistor R19 ajusta a tensão de 1 ... 13 V de acordo com o dispositivo PV14. Agora você pode inserir a chave na ignição do carro e ligar o motor. Neste caso, dependendo das condições de partida, a seta PA1 pode ocupar diferentes posições na escala, e seu valor máximo corresponderá a 100 A. A seta do voltímetro PV1 pode desviar para baixo. Características de montagem e design O corpo do dispositivo tem dimensões de 340x240x200 mm e é feito de duralumínio. Os tiristores VS1 e VS2 são montados em radiadores com uma área de cerca de 1000 cmXNUMX. (dissipadores de calor padrão para esses tiristores têm exatamente essa área de superfície). Estruturalmente, a parte das peças destacadas no diagrama por uma linha pontilhada, exceto o switch SA1, está localizada em uma placa de circuito impresso dupla face feita de fibra de vidro com espessura de 2,5.3,5 mm e tamanho de 145x110. MM, fig. 4.17.4.19. Os elementos VD5 e R8, R9 são instalados sob T2, C5, C6, respectivamente, para aumentar a densidade de montagem. Os resistores sintonizados são fixados na placa um acima do outro, como mostrado na Fig. 4.20. Para evitar o circuito de condutores impressos durante a instalação, sob o transformador. Os resistores T3 e sintonizados são colocados sob uma junta dielétrica. Além disso, é necessário fazer dois jumpers volumétricos na placa entre as saídas DA5 / 2-DA4 / 7-VT1 / e.
A conexão da placa de circuito impresso com as demais partes é feita através do conector. Tipo HZ. РШ2Н-2-15 e pétalas de contato de qualquer conector em miniatura. Os fios de conexão aos reguladores R14 e R19 devem ser blindados. A instalação da seção de potência (do transformador T1 aos tiristores e terminais X1, X2) é realizada com um fio flexível flexível com seção transversal de pelo menos 8 mmXNUMX, por exemplo, uma marca. PVZ. No dispositivo, os microcircuitos podem ser substituídos por análogos importados DA1 - A747C; DA2-TL494L; DA3-78L15; DA4-79L15; DA5-LM211N; DA6 - sem análogos. Os diodos do tipo KD521 instalados nas entradas dos microcircuitos evitam danos acidentais durante a configuração do circuito e podem ser substituídos por quaisquer diodos de pulso de baixa potência: KD522, KD510, KD503, etc. Resistores ajustáveis (R38, R40, R41, R44) para facilitar o ajuste usado tipo multivoltas SP5-3, ajustando R14, R19 tipo SPZ-4a-0,25 W com uma característica linear (A) de mudança de resistência, o restante pode ser de qualquer tipo, por exemplo MLT - a potência correspondente. capacitores polares. C10, C11, C13, C14 e C17 tipo K50-35; C3, C4 tipo K42U-2 a 0,015 uF a 630 V; o resto da série K10 ou. KM-6. Como instrumentos de medição, foram utilizados um voltímetro de ponteiro PV1 e um amperímetro RA1 do mesmo tipo M42301. Como o amperímetro possui uma derivação interna, você precisará abrir a caixa e removê-la. De fato, no circuito para medir uma corrente de 100 A, é usado um shunt externo (Ruj). O shunt Rm foi tomado como um tipo padrão 75ShSM-100-0,5. Trocar. A1 (máquina atual) - tipo. AE10-31 para corrente 10 A, chave tipo SA1. PGZ (PG2), qualquer botão SB1 serve. Relé K1 tipo KP460DC para 12 V (produção polonesa) ou similar com três grupos de contatos inversores classificados para corrente de até 5 A. Relé K2 i. Tipo KZ. Passaporte RES47 RS4.500.407-01 (RS4.500.407-03). Para a fabricação do T1, foi utilizado o ferro do transformador com seção transversal no local do enrolamento Sct = 35 cm. (a janela tem área de Sok=72 cm240). O enrolamento primário contém 2,5 voltas de fio PETV com uma seção transversal de 1,8 mm22. (diâmetro 22 mm), secundário 3 + 10 voltas com fio. PShV-XNUMX com uma seção de XNUMX mm quadrados. Qualquer transformador de baixa potência T2 (P - 5 W) com tensões nos enrolamentos secundários 3-4-5 - 18 + 18 V e em 6-7-8 - 10 + 10 V, mas é melhor se seu design fornecer para instalação em uma taxa de placa de circuito impresso. Transformador de pulso. O T3 é realizado no quadro dentro dos copos de armadura do tamanho padrão. B28 da marca de ferrite M2000NM. Os enrolamentos contêm 1-2 - 80 voltas, 3-4 - 40 voltas com fio PELSHO com diâmetro de 0,35 mm. Configuração do esquema Para configurar, você precisa de um osciloscópio, um voltímetro digital, uma carga equivalente Rh (resistor de fio com resistência de 1.1.2 ohms e potência de pelo menos 100 W, por exemplo, um fio de nicromo com diâmetro de 0,5 mm é adequado), bem como um amperímetro de ponteiro externo (PA1) em corrente de até 2 A, consulte a fig. 10.
Elementos marcados com um asterisco no diagrama de circuito podem requerer seleção. O resistor adicional R67 no circuito do relé é selecionado para que a armadura do relé K1, após a operação, seja liberada com uma tensão de alimentação inferior a 10 V (é melhor fazer isso antes que o resistor e o relé sejam instalados no circuito) . A configuração preliminar do esquema é realizada na seguinte sequência. É necessário bloquear temporariamente os contatos do relé K1.1 e K1.2 com jumpers e também dessoldar R36. Coloque a chave SA1 na posição "treinamento" e leve os resistores R14 e R19 ao máximo. Ligando a rede elétrica (A1) usando um osciloscópio, verifique a forma da tensão dente de serra no pino DA4 / 5 - não deve ter um grande passo no nível zero, veja a fig. 4.16, a (isso pode exigir a seleção do resistor R28). Em seguida, com um osciloscópio e um voltímetro digital, controlamos a tensão nos terminais X1 e X2. A forma da tensão de saída deve corresponder à mostrada na fig. 4.16, b e ser regulado pelos resistores R44 e R19. Caso contrário, deve-se verificar a presença de pulsos na saída do DA4 / 8 e a instalação correta.
Com o resistor trimmer R44, definimos o momento de abertura dos tiristores Uopen = 15,5 V. Isso é necessário para que em todos os modos de operação do dispositivo o valor da amplitude da tensão de saída exceda a tensão na bateria (caso contrário, os tiristores irão não aberto). Após desligar o aparelho, solde o R36 no lugar. Depois disso, quando o circuito é ligado, com o regulador R19, ajustamos a tensão efetiva na saída do dispositivo para 14,8 V e, selecionando o resistor R36, garantimos que, ao atingir essa tensão na saída, o comparador DA5 comuta - +5 V aparece na saída DA9 / 15 (o LED HL1 acenderá) . Em seguida, com o regulador R19, definimos uma tensão de 10,5 V na saída do dispositivo e, ajustando o resistor R41, garantimos que, ao atingir essa tensão nos terminais X1-X2, o comparador tenha tensão zero na saída DA5.9 .41 (o resistor RXNUMX define o valor de histerese para o comparador). Para que os controles instalados no painel frontal sejam convenientes de usar, ou seja, a faixa de ajuste da tensão de saída pelo resistor R19 permaneceu na faixa de 10 ... 15 V - é necessário selecionar resistores adicionais R15 e R24 Da mesma forma, os resistores R10 e R23 são selecionados para a faixa de ajuste do nível de estabilização atual por resistor R14 na faixa de 1 ... 10 A. Neste caso, os modos permitidos para a bateria não serão excedidos. O resistor R19 é usado para ajustar a tensão nos terminais X1-X2 no modo "iniciar", em outros modos é ajustado para a tensão máxima de saída, pois o circuito nesses modos deve funcionar como um estabilizador de corrente (a tensão de saída dependerá no valor atual) e conforme a bateria for carregada, a tensão nela aumentará, mas não ultrapassará o valor permitido. Para calibrar as leituras do amperímetro PA1 nos modos "carga" e "treinamento", é necessário colocar o ponteiro do instrumento em "38" com o resistor R0. Em seguida, conectamos a carga Rh (com a chave SA2) e um amperímetro ponteiro externo (RA2), fig. 4.20. Com o resistor R14 (quando R19 está no máximo), ajuste a corrente para 2 A usando o amperímetro externo PA10, e com o resistor R40 você precisa definir o mesmo valor das leituras de corrente no PA1. Esta operação deve ser repetida várias vezes, ajustando R38 e R40 até que a seta PA1 em "0" e com uma corrente de 10 A corresponda às leituras do amperímetro externo. Agora você precisa verificar a operação do circuito no modo de estabilização atual. Para isso, na hora de ligar o aparelho, bloqueamos os contatos K1.1, K1.2. Coloque a chave SA1 na posição "start", o regulador de corrente "I" na posição intermediária e "U" no máximo. Conectamos uma carga com resistência de cerca de 1 Ohm aos terminais de saída X2-X0,2 (em termos de potência, deve ser projetada para uma corrente de fluxo de até 100 A). Nesse caso, as leituras dos dispositivos devem ser: RA1 - 50 A, PV1 - 10 V. O regulador "I" pode alterar a corrente de saída - nesse caso, a tensão de saída também mudará, o que corresponde à estabilização da corrente modo. E quando a resistência de carga muda dentro de pequenos limites, a corrente não deve mudar. Com isso, o ajuste preliminar pode ser considerado completo e a verificação final é realizada em uma bateria real. Autor: Shelestov I.P.
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