Особенности и управление зарядным устройством с регулировкой по первичной обмотке трансформатора

Особенности регуляторов для первички трансформаторов

Ток зарядки батареи составляет 10% ее емкости. Это значит, что аккумулятор с емкостью 60Ач заряжается током не более 6А. Напряжение заряда при работе автомобиля 14,5В. Учитывая необходимый запас, зарядное устройства должно быть способно выдать 10А при напряжении 16В.

Запас напряжения необходим для регулировки и ограничения зарядного тока.

В разных моделях аппаратов она производится разными способами:

• Добавочными сопротивлениями. Включаются после диодного моста. Самая простая конструкция, но имеющая самые большие размеры.
• Транзисторами. Высокая точность регулировки, но самая сложная схема, требующая хорошего охлаждения силовых транзисторов.
• Тиристорное управление. Простые схемы. Регулировка осуществляется тиристорным ключем в цепи первичной обмотки или тиристорами, установленными вместо диодов в выпрямительный мост.

Сборка ЗУ своими руками

Теперь можно поговорить про тиристорное зарядное устройство. Такая схема может применяться для сборки ЗУ, подходящей для обслуживания автомобильного аккумулятора.

Вообще в настоящее время есть доступ к большому числу разных электронных схем. Есть как сложные, так и простые. В сложных элеткросхемах представлены все необходимые регулировки, высокий уровень защиты, внушительный набор компонентов. Но такие схемы дорогие, и делать из них ЗУ на тиристорах для АКБ своего авто не особо выгодно.

VD1 и VD2 — мостовые выпрямители; VS1 — тиристор; R1, R2, R3 и R4 — резисторы; С1 — конденсатор; R5 — потенциометр; DA1 — микросхема.

В большинстве случаев, планируя своими руками собрать ЗУ для АКБ именно на тиристорах, умельцы используют простые схемы. Такие аппараты включают в себя несколько недорогих элементов. Причём часть из них можно взять из старых компьютеров и другой техники, которая уже непригодна к эксплуатации.

Если вас также интересуют схемы для ЗУ на тиристорах, чтобы заряжать АКБ, нужно детальнее изучить весь процесс сборки.

Рассматривать будет чуть ли не самый простой регулятор, основанный на тиристоре, но позволяющий без проблем заряжать АКБ.

Процесс делится на несколько этапов:

• выбор подходящей схемы;
• подбор нужных компонентов;
• расчёт параметров;
• сборка.

Далее про каждый этап отдельно.

Схема и назначение тиристорного регулятора напряжения для трансформатора

Ток, протекающий при зарядке через аккумуляторную батарею, определяется внутренним сопротивлением аккумулятора, его ЭДС и напряжением на выходе зарядного устройства. Для его изменения, кроме других способов, можно регулировать напряжение на первичной обмотке. Самый удобный способ – использование тиристорного регулятора.

Модели для зарядки аккумуляторов

Зарядные устройства делятся на три группы:

• Пусковые. Предназначены для запуска двигателя при разряженном аккумуляторе. Использовать для зарядки батареи не рекомендуется – недостаточное напряжение и отсутствие регулировок.
• Зарядные. Предназначены для заряда аккумуляторов. Имеют ручную или автоматическую регулировку.
• Пуско-зарядные. Могут выполнять обе функции.

Принцип действия тиристорного регулятора

Тиристор имеет два состояния – открытый, в котором он пропускает электрический ток и закрытый. Открывается этот элемент при протекании тока через управляющий электрод и остается открытым, пока через тиристор идет ток. Переменное напряжение в сети имеет синусоидальную форму. Тиристор, включенный в цепи нагрузки, открывается в определенный момент полуволны. Это называется “угол открытия”. В результате этого через электроприбор ток протекает не все время, а только после перехода элемента в открытое состояние. Это меняет действующее значение напряжения на нагрузке.

Важно! Вольтметр измеряет действующее значение. Для надежной работы допустимое напряжение тиристоров должно соответствовать максимальному напряжению, которое больше в 1,4 раз. Для бытовой сети это 308В.

ЗПА с функцией разряда аккумуляторных батарей

Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей на подстанциях и электростанциях включает в себя не только правильный заряд, но и периодические разряды батареи. Полный разряд батареи — это, по сути, единственный абсолютно надежный способ определения реальной емкости батареи. Кроме того, при периодических полных разрядах батареи с последующим ее полным зарядом замедляется процесс естественного старения батареи. Это особенно важно для батарей, постоянно находящихся в режиме поддерживающего заряда. Поэтому многие конструкции ЗПА снабжены набором мощных резисторов, предназначенных для разряда батареи контролируемым током. Наиболее продвинутые модели обеспечивают разряд батареи на питающую сеть, то есть возвращают в сеть энергию, накопленную батареей (этот процесс называется «рекуперацией»). Основное отличие этих моделей от описанного выше простого ЗПА заключается в наличии дополнительных контакторов в выходной цепи (рис. 8), обеспечивающих изменение полярности подключения батареи к ЗПА при переключении его в режим разряда, а также в наличии дополнительного контроллера (рис. 9), обеспечивающего синхронизацию с сетью и поочередное управление каждым тиристором по специальному алгоритму.

Рис. 8. Фрагмент схемы силовой части ЗПА с дополнительными контакторами К1 и К2, служащими для переключения из режима заряда батареи в режим разряда

Тиристоры, как известно, не могут самостоятельно перейти в непроводящее состояние (запереться) при протекании через них постоянного тока, превышающего некоторое очень небольшое значение тока удержания. Однако в схеме ЗПА в режиме разряда батареи отпирание определенного тиристора приводит к приложению обратного по направлению напряжения к тиристору, через который в данный момент протекает ток разряда батареи, вследствие чего этот проводящий тиристор запирается и переходит в непроводящее состояние. Таким образом, чередуя отпирание одних запертых тиристоров в определенной последовательности, удается одновременно запирать другие открытые тиристоры. В результате тиристорной схемой формируются прямоугольные импульсы тока противоположной полярности (меандр), которые после прохождения через индуктивности дросселей и обмоток силового трансформатора (работающего в этом режиме как бы в «обратном направлении») приобретают форму синусоиды и уже в таком виде поступают в сеть.

Рис. 9. Контроллер типа SIMATIC S7-200 (Siemens), используемый в ЗПА компании ELCO для управления процессом разряда батареи на питающую сеть

Учитывая, что процесс разряда батареи должен производиться постоянным по величине током, становится понятным, что обеспечить нужный алгоритм работы ЗПА непросто, для этого нужен отдельный контроллер. В самых современных моделях ЗПА с микропроцессорным управлением отдельных контроллеров уже не требуется.

Разновидности и технические характеристики тиристорного регулятора

Из-за того, что тиристор пропускает через себя напряжение только одной полярности, его нелзя использовать для управления трансформатором без дополнительных элементов:

• Включить тиристор в диодный мост из 4 диодов на вывода “+” и “-“. Вывода “~” подключаются в разрыв цепи вместо выключателя или последовательно с ним. Диодный мост выпрямляет напряжение и на тиристор подается питание только одной полярности.
• Использовать два тиристора, включенные встречно-параллельно и для управления через переменный резистор соединяются управляющие вывода. Каждый из элементов открывается при своей полярности, а оба вместе управляют напряжением на нагрузке.

Открытие тиристора происходит при прохождении тока больше определенной величины и есть два способа управления углом открывания:

• Переменным сопротивлением, включенным между анодом и управляющим электродом. В течении первой половины полуволны напряжение и ток управления растут и при достижении его определенной величины, зависящей от марки элемента. Недостаток этой схемы в ограниченном диапазоне регулировки 110-220В, но этого достаточно для управления трансформатором зарядного устройства.
• Управление импульсами, которые подает отдельная схема на управляющий электрод в определенный момент полуволны синусоиды. Допустимый ток и напряжение тиристорного регулятора зависят в первую очередь от установленных тиристоров. Самые распространенные – тиристоры серии КУ 202, но в некоторых случаях допускается применение других элементов:
• КУ 202Н – 400В, 30А. Крепятся на резьбе М6. При регулировке первичной обмотки, ток которой менее 1А, используются без радиаторов.
• КУ 201л – 300В, 30А, крепление- резьба М6. Допускается использовать в первичной обмотке.
• КУ 201а – 25В, 30А, крепление – резьба М6. Можно использовать только с радиаторами при регулировке после трансформатора.
• КУ 101г – 80В, 1А. Похож на транзистор. В силовых цепях зарядных устройствах не используются, только в схемах управления.
• КУ 104а – 6В, 3А. Так же в силовых цепях не применяются.

Процесс сборки

Поскольку схемы могут видоизменяться, плюс каждый мастер по-своему видит процесс сборки, описать подробную инструкцию здесь сложно. Но всё же несколько основных моментов выделить стоит. А именно:

• сначала распечатывается плата, на которой будет основано тиристорное зарядное устройство;
• устанавливаются все компоненты и распаиваются;
• далее сверлятся крепёжные отверстия;
• подбираются компоненты корпуса и измерительный прибор для контроля процесса зарядки;
• подключаются диоды и радиаторы;
• устанавливается тиристор;
• всё качественно изолируется;
• изготавливается передняя панель;
• подводятся и соединяются провода;
• выполняется окончательная сборка всех оставшихся элементов.

Остаётся лишь протестировать полученное зарядное устройство.

Да, внешне оно может выглядеть неказисто, особенно если корпус как таковой отсутствует. Но это всё вопрос вашего желания и возможностей.

Кто хочет, может заморочиться и изготовить действительно красивый корпус, который ничем не будет уступать заводским зарядным устройствам.

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.

Как работает такое устройство?

Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем.

При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.

Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).

Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.

Другие простые варианты регулировки напряжения в первичке

Кроме тиристорных и симисторных регуляторов есть другие способы управления зарядным током в первичной обмотке трансформатора:

• Переключением выводов первичной обмотки. Недостаток в том, что эти вывода необходимо делать при намотке катушек.
• Подключением зарядного аппарата после ЛАТРА (лабораторного автотрансформатора). Его мощность должна быть не менее 160Вт.
• Переменным сопротивлением, подключаемым последовательно с трансформатором. Его параметры приблизительно 50-100Ом, мощностью 50Вт и зависят от конкретного зарядного.

Несмотря на появление современных зарядных устройств, аппараты с обычными трансформаторами есть у многих владельцев автомобилей, и регулировка аппарата по первичной обмотке позволяет обойтись без мощных тиристоров или добавочных сопротивлений.

Некоторые итоги

Заканчивая рассмотрение различных видов ЗПА, следует отметить, что наиболее распространенным их типом являются устройства на основе трехфазного тиристорного регулируемого выпрямителя. Переносные ЗПА облегченного типа выполняются со звеном высокой частоты. Наиболее надежными и долговечными являются ЗПА феррорезонансного типа, но они же являются и самыми тяжелыми.

Литература

1. Руководство по проектированию систем оперативного постоянного тока (СОПТ) ПС ЕНЭС. СТО 56947007-29.120.40.093-2011.
2. Богданов Д. И. Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. М.: Энергия, 1972.