УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности, режима зарядки гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят вполне определенным током, значение которого можно определить по формуле

I = 0,1Q — для кислотных аккумуляторных батарей

или

I = 0,25Q — для щелочных аккумуляторных батарей.

Здесь Q — паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах, I — средний зарядный ток в амперах.

Установлено, что зарядка чрезмерно большим током приводит к деформации пластин аккумуляторов и даже разрушению их; зарядка малым током вызывает сульфатацию пластин и снижение емкости аккумуляторной батареи. Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в течение длительного времени. Степень заряженйости аккумуляторной батареи можно контролировать как по значению плотности электролита и напряжению (для кислотных), так и по напряжению (для щелочных) на полюсных выводах.

Окончание зарядки кислотной аккумуляторной батареи определяют по следующим признакам: напряжение на каждом аккумуляторе батареи достигает 2,5...2,6 В; плотность электролита достигает определенног.о значения и больше не изменяется; происходит обильное газовыделение — электролит «кипит»; электрическая емкость, сообщенная батарее, на 15... 20% больше емкости, отданной в процессе разрядки.

Кислотные аккумуляторные батареи чувствительны к недозарядкам и перезарядкам, поэтому своевременно надо заканчивать их зарядку.

Щелочные аккумуляторные батареи менее критичны к режиму эксплуатации. Для них окончание зарядки характеризуется установлением на каждом аккумуляторе постоянного,напряжения 1,6...1,7 В и сообщением батарее 150...160% емкости, отданной ею в процессе разрядки.

Зарядное устройство обычно состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока обычно используют проволочные реостаты и транзисторные стабилизаторы тока. В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная схема такого устройства приведена на рис. 39. В нем тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах V1 — V4 выпрямительного моста и в трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен. Ток зарядкй аккумуляторной батареи GB1 поддерживается на определенном уровне. В процессе зарядки напряжение на батарее увеличивается, а ток, текущий через нее, стремится уменьшиться.

Рис. 39. Упрощенная схема зарядного устройства

Но при этом возрастает приведенное сопротивление первичной обмотки трансформатора Т1, напряжение на ней увеличивается, в результате чего ток через батарею GB1 меняется незначительно.

Как показывают расчеты, наибольшее значение тока через аккумуляторную батарею при заданной емкости конденсатора С1 будет при равенстве падений напряжения на этом конденсаторе и первичной обмотке трансформатора. Первичную обмотку рассчитывают на полное напряжение сети — для большей надежности устройства и применения готовых понижающих трансформаторов. Вторичную обмотку рассчитывают на напряжение в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки.

Рис. 40 Схема зарядного устройства

В соответствии с этими рекомендациями и расчетами было собрано устройство, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 Ач причем ток зарядки можно изменять от 1 А до 15 А ступенями через 1 А. Предусмотрена возможность автоматическрго выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Устройство не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Его схема приведена на рис. 40. Магазин конденсаторов состоит из конденсаторов C1—С4, суммарная емкость которых составляет 37,5 мкФ. Тумблерами S2 — S5 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки. Например, для тока зарядки, равного 11 А, необходимо замкнуть контакты тумблеров S2, S3 и S5.

Как работает устройство? Допустим, что к зажимам Х2 и Х3 подключена аккумуляторная батарея и тумблерами S2 — S5 установлен требуемый зарядный ток. В этом случае при нажатии кнопки S1 «Пуск» сработает реле К1, контактами К1.1 оно заблокирует кнопку S1, а контактами К1.2 подключит к заряжаемой батарее цепь автоматического отключения устройства. Контакты K1.2 необходимы для того, чтобы батарея не разряжалась после отключения устройства от сети через диод V6 и резисторы R3—R5. Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания реле К2 (оно должно срабатывать при напряжении на гнездах Х2 и Х3, равном напряжению полностью заряженной батареи). Когда напряжение батареи достигнет заданного значения, то откроются стабилитрон V10 и транзистор V9. При этом сработает реле К2, которое контактами К2.1 обесточит обмотку реле К1, а оно, отпуская, контактами К1.1 разорвет цепь питания устройства.

При нарушении контакта в цепи нагрузки напряжение на гнездах Х2 и Х3 резко возрастет, отчего также сработает реле К2 и отключит устройство от сети.

Аварийное отключение устройства происходит при любом положении движка переменного резистора R4. Но такие случаи нежелательны, так как в течение времени срабатывания реле К2 и отпускания реле К1 конденсаторы С1—С4 будут находиться под повышенным напряжением. Поэтому зарядное устройство следует включать в сеть лишь после того, как аккумуляторная батарея подсоединена к выходным гнездам. При коротком замыкании в цепи нагрузки ток через гнезда Х2 и Х3 увеличивается незначительно и для устройства это не страшно.

Все постоянные резисторы устройства типа МЛТ-0,5; переменный резистор R4 — СП-1. Вместо транзистора КТ801А (V8) можно применить КТ602, КТ603, П702 с любыми буквенными индексами, вместо транзистора МП38А (V9) — КТ315, КТ312, КТ601—КТ603 с любыми буквами. Измерительные приборы РА1 и PU1 — типа М5-2, рассчитанные соответственно на ток 30 А и напряжение 30 В. Реле К1 типа РС-13 (паспорт РС4.523.029), его контакты К1.1 — параллельно соединенные три группы контактов. Возможно применение реле типа МКУ-48, рассчитанного на переменное напряжение 220 В. В этом случае надобность в диоде V1 и конденсаторе С5 отпадает. Реле К2 типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.129). Диоды Д305 двухполупериодного выпрямителя установлены на радиаторе с поверхностью охлаждения 300 см2; от радиатора они электрически изолированы слюдяными прокладками. Радиатор крепится к шасси из дюралюминия, которое является как бы продолжением радиатора.

Вместо диодов Д305 можно применить Д214, Д242, но в этом случае в три-четыре раза возрастет тепловая мощность, рассеиваемая на них, поэтому размеры радиатора придется увеличить. Конденсаторы C1 — С4 составлены из параллельно соединенных конденсаторов КБГ-МН, МБГЧ, МБГО, МБГП, МБМ соответствующих емкостей. Номинальное напряжение конденсаторов КБГ-МН и МБГЧ, рассчитанных на работу в цепях переменного тока, должно быть не менее 300 В, всех других типов конденсаторов — не менее 600 В. Конденсаторы С5—С7 типа К50-3, ЭГЦ. Тумблеры S2—S5 типа Т1 В2-1-2 или ТП1-2.

Сетевой трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Ш32Х70. Обмотка I содержит 490 витков провода ПЭВ-1 0,72, обмотка II — 52 витка провода ПЭВ-1 2,46. Вторичную обмотку можно выполнять несколькими проводами меньшего диаметра, сложенными вместе.

В качестве корпуса зарядного устройства можно использовать металлическую коробку размерами 360X220X220 мм, просверлив в ее стенках отверстия для свободной циркуляции воздуха.

Налаживание смонтированного устройства сводится к подбору шунта амперметра РА1 на ток 30 А и подбору емкостей конденсаторов C1 — С4, обеспечивающих требуемые зарядные токи.

При зарядке 12-вольтовых аккумуляторных батарей током 15 А КПД устройства достигает 75%, а температура внутри корпуса после 10 ч непрерывной работы не поднимается выше 40° С.

Такое устройство можно применять и для зарядки аккумуляторных батарей с меньшим напряжением, чем 12 В, например мотоциклетных. Но тогда надписи возле тумблеров S2 — S5 не будут соответствовать фактическим значениям зарядных токов. Зарядный же ток в этом случае не должен превышать 15 А.

Можно ли ввести в устройство измеритель сообщенного аккумуляторной батарее заряда? Можно. Принцип работы такого измерителя может быть основан на зарядке конденсатора током, пропорциональным зарядному току батареи. Счетчик заряда может быть стрелочным или цифровым. При цифровом отсчете несложно обеспечить - автоматическое отключение устройства от сети при сообщении батарее заданного заряда.