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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cargador y arrancador automáticos para una batería de coche. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas Los dispositivos de arranque de producción industrial a menudo tienen poca potencia y no son suficientemente fiables en su funcionamiento. Los circuitos de fabricación propia más simples de los dispositivos de arranque de automóviles, que consisten solo en un transformador y diodos rectificadores de potencia, también tienen una serie de desventajas. Primero, si los cables de salida se cortocircuitan accidentalmente, los costosos diodos rectificadores pueden dañarse fácilmente. Si la polaridad de conexión de dicho circuito a la batería es incorrecta, se pueden dañar los componentes electrónicos integrados o la propia batería. Además, en la fabricación del dispositivo de arranque más simple, se requiere seleccionar correctamente los parámetros del transformador (la relación del número de vueltas de los devanados primario y secundario para un tipo particular de circuito magnético), de modo que proporcione una corriente a la carga de al menos 100 A con una caída de voltaje de al menos 10 V. Eliminar todas estas deficiencias permite el dispositivo que se describe a continuación. También se puede usar para recargar o entrenar la batería, y la automatización no permitirá que el voltaje de la batería exceda el valor permitido en todos los modos de funcionamiento. El circuito eléctrico proporciona estabilización del voltaje de salida y protección actual contra cortocircuitos. Y si la batería está conectada a los terminales de salida del dispositivo con la polaridad incorrecta, no permitirá que se encienda. Para operar el cargador de arranque en diferentes modos, la batería está conectada a los mismos terminales de salida, lo cual es muy conveniente durante la operación. Al mismo tiempo, el funcionamiento del circuito y el estado de la batería se controlan mediante un voltímetro y un amperímetro instalados en el panel frontal de la caja, fig. 4.13. Los reguladores ubicados en el mismo lugar pueden cambiar el voltaje de salida U y la corriente de limitación (protección) I en un amplio rango.
El dispositivo puede funcionar en tres modos, que se seleccionan mediante el interruptor SA1 ("modo"): 1. Carga: la batería recargable (AB) se carga con una corriente estable hasta que el voltaje de la batería aumenta a 14,8 V. En este caso, la corriente de carga se puede configurar en cualquier rango de 1 ... 10 A. 2. Entrenamiento: se utiliza para evitar la sulfatación de las placas de la batería durante el almacenamiento a largo plazo con suministro de electrolito, por ejemplo, en invierno. El dispositivo le permite recorrer el proceso de carga y descarga en modo automático. La corriente de carga se puede configurar desde 1 A, descarga - 10 A. El número de ciclos no está limitado. 3. El modo de arranque se utiliza para arrancar el motor del automóvil. En este caso, el dispositivo se conecta en paralelo con la batería y proporciona una corriente de hasta 100 A en modo continuo. Esto facilita el arranque del motor en invierno o con una capacidad de batería reducida debido al envejecimiento. El circuito eléctrico del cargador-arrancador, fig. 4.14, consta de las siguientes partes: a) transformador de potencia T1 con una potencia de aproximadamente 1 kW con un rectificador hecho con tiristores VS1, VS2; b) fuente de alimentación para el circuito de control en el transformador T2 y estabilizadores DA2, DA3; c) esquemas de control automático (DA1.DA4, TK); d) circuitos de control de modo (PV1, amplificador DA6 para medir corriente, PA1.HL1, HL2); e) unidad de maniobra y protección (K1, K2, DA5).
Tabla 4.1. La tensión de alimentación en los microcircuitos.
Dado que se recomienda mantener constante la corriente de carga promedio cuando se carga una batería de automóvil, los tiristores se utilizan como elemento regulador. Funcionan simultáneamente como rectificadores controlados. Para facilitar la fabricación, el circuito de control está alimentado por un transformador T2 separado. También se le quita una señal para sincronizar el funcionamiento del circuito con la frecuencia de la red (un circuito de elementos VD6-R28-R33). Los voltajes de +15 V y -15 V utilizados para alimentar el circuito de control se estabilizan en los microcircuitos DA2 y DA3. La unidad de control automático funciona de la siguiente manera. La señal de retroalimentación de voltaje (Uoc) de los terminales de salida (X1, X2) a través de las resistencias R1-R4 se alimenta a la entrada del integrador DA1.1.El voltaje amplificado de salida se suma al voltaje establecido por la resistencia R14 y se alimenta a la entrada DA4.15. El chip DA4 (KR1114EU4) está diseñado específicamente para construir circuitos de control de pulsos, lo que simplifica enormemente el dispositivo. Contiene un conjunto completo de unidades funcionales para realizar el control de ancho de pulso (Fig. 4.15) y en su interior tiene: una fuente de voltaje de referencia de precisión +5 V (ION); amplificadores de error (1 y 2), comparadores (3 y 4), circuitos de control para la etapa de salida en transistores y un generador de voltaje de diente de sierra. La frecuencia del generador se establece mediante una resistencia externa R30 y un condensador C15. El funcionamiento del oscilador se sincroniza con la frecuencia de la red mediante el transistor VT1, cuya señal de apertura proviene del rectificador VD6.
A la salida del microcircuito DA4 / 8, se forma un pulso de voltaje, cuyo ancho depende de la posición de los reguladores R19, R14. Como son suficientes pulsos cortos para abrir los tiristores, para obtenerlos se utiliza un circuito diferenciador C18-R45. Estos pulsos son amplificados por los transistores VT2, VT3 ya través de un transformador de pulsos de desacoplamiento galvánico (T3) son alimentados a las salidas de control de los tiristores (VS1, VS2). La función de estabilización de corriente se realiza de la siguiente manera. La señal de retroalimentación de corriente (loc), tomada de la derivación Ruj, se alimenta a través de la resistencia R5 a la entrada del integrador DA1/7. El integrador amplifica el voltaje 10 veces y también suaviza las ondas. La señal de la salida DA1 / 10 se mezcla con el voltaje establecido por la resistencia R14. La diferencia entre estos voltajes se alimenta a la entrada (DA4 / 2) del amplificador limitador de corriente. Dentro del microcircuito, se comparan las señales que llegan a las entradas DA4 / 4 y DA4 / 2, y la mayor de ellas afecta directamente el ancho de los pulsos de control y, como resultado, en el momento de abrir los tiristores. El funcionamiento del circuito está controlado por el voltímetro PV1 y el amperímetro PA1. Cuando el dispositivo se utiliza como dispositivo de arranque, el amperímetro PA1 se conecta directamente a la derivación mediante el interruptor SA1. A una corriente de 100 A, el voltaje en la derivación debe ser de 75 mV y es suficiente para desviar la aguja del instrumento a escala completa. En el caso de que se necesite corriente de funcionamiento hasta 10 A (modo “carga” o “entrenamiento”), se instala un amplificador (DA6) con un factor de 10 para su medición más precisa, y la aguja del amperímetro PA1 también puede desviarse a fondo de escala. La indicación del modo de funcionamiento del dispositivo se realiza mediante LED: el LED HL1 se enciende: funciona, HL2: el dispositivo está apagado y la batería se descarga con una corriente de 0,8 A (en modo de entrenamiento). La unidad de encendido y protección comienza a funcionar cuando la batería está conectada a los terminales X1, X2 en la polaridad correcta, en este caso, si la máquina está encendida. A1, cuando se presiona el botón SB1, debido a la corriente que fluye de la batería a través del devanado K1, la resistencia R67 y el diodo VD22, el relé K1 se encenderá y con sus contactos (K1.1, K1.2) suministrará energía al transformador T1 y al circuito de control, y también bloqueará el circuito del botón (K1,3). Es fácil ver que si la polaridad de la batería está conectada incorrectamente, el diodo VD22 se cerrará y no permitirá que el relé K1 se encienda. Se ensambla un comparador de voltaje en el chip DA5 que, según el modo seleccionado por el interruptor SA1, controla el algoritmo de operación del dispositivo, evitando que el voltaje de la batería exceda el nivel predeterminado (por la resistencia R41) de 14,8 V. Este valor efectivo: la amplitud será mayor. El circuito de R48-VD17 proporciona la histéresis del comparador. Consideremos ahora con más detalle las características del funcionamiento del cargador-arrancador en diferentes modos. modo de carga La corriente de carga requerida en el modo de estabilización de corriente se establece mediante la resistencia R14 cuando el regulador de voltaje R19 se establece al máximo. La corriente de carga es controlada por el amperímetro PA1. Para realizar la carga, la batería se conecta a los terminales "+" (X1) y "-" (X2) del dispositivo, respetando la polaridad. Cuando presione el botón SB1, el circuito comenzará a funcionar. Tan pronto como el voltaje de salida, establecido por la resistencia R19, excede el nivel disponible en la batería, la corriente comienza a fluir desde el transformador (T1) a través de la derivación (Rsh) en su circuito de carga, creando un voltaje en él. Este voltaje ingresa a la entrada del integrador de retroalimentación de corriente DA1.1. Irá cambiando hasta compensar la tensión de referencia establecida en la entrada DA4/2 (esta tensión, a su vez, determina el momento en que se abren los tiristores y, por tanto, la corriente en el circuito de potencia). Por lo tanto, la estabilización de la corriente o el voltaje en este y otros modos de funcionamiento del dispositivo es el proceso de establecer un momento de apertura de los tiristores en el que el voltaje en la salida del dispositivo a través del circuito de retroalimentación compensa el voltaje de referencia en un punto determinado. Si el circuito funciona en el modo de estabilización de corriente, a medida que la batería se carga, el voltaje aumentará. Tan pronto como alcanza el nivel de 14,8 V, el comparador DA5 se dispara y la señal proveniente de su salida a la entrada DA4 / 4 detiene la formación de los pulsos que controlan la apertura de los tiristores. Modo de entrenamiento El proceso de entrenamiento es básicamente similar al proceso de carga, excepto que cuando el interruptor SA1 se configura en el modo apropiado, el comparador DA5 monitorea el nivel de voltaje en la batería y, si supera los 14,8 V, envía una señal de bloqueo a la entrada DA4 / 4. Lo que lleva a la desaparición de los pulsos (DA4/8) que controlan la apertura de los tiristores. En este caso, el transistor VT5 también se abrirá y el relé K3 funcionará. Conectará la carga (R3.1) con sus contactos K68 para descargar la batería. La resistencia R68 proporciona una corriente de descarga de 0,8 A. La descarga ocurrirá hasta que el voltaje en la batería baje a 10,5 V. Tan pronto como esto suceda, aparecerá nuevamente el nivel cero en la salida del comparador DA5, lo que apagará el relé. Cortocircuito y el circuito entrará en modo de carga de batería. Este proceso de carga-descarga se repetirá periódicamente y el número de ciclos no está limitado. Modo de inicio En este modo, no solo se limita la corriente de salida del dispositivo para protegerlo de daños, sino también el nivel de voltaje de salida a un valor seguro para la batería y la red de a bordo. Para trabajar en este modo, el regulador de corriente R14 se establece al máximo y la resistencia R19 establece el voltaje de 1 ... 13 V según el dispositivo PV14. Ahora puede insertar la llave en el encendido del automóvil y arrancar el motor. En este caso, dependiendo de las condiciones de arranque, la flecha PA1 puede ocupar diferentes posiciones en la escala, y su valor máximo corresponderá a 100 A. La flecha del voltímetro PV1 puede desviarse hacia abajo. Características de montaje y diseño. El cuerpo del dispositivo tiene unas dimensiones de 340x240x200 mm y está fabricado en chapa de duraluminio. Los tiristores VS1 y VS2 están montados en radiadores con un área de aproximadamente 1000 cmXNUMX. (los disipadores de calor estándar para estos tiristores tienen tal área de superficie). Estructuralmente, la parte de las piezas resaltadas en el diagrama con una línea de puntos, a excepción del interruptor SA1, se encuentra en una placa de circuito impreso de fibra de vidrio de doble cara con un grosor de 2,5.3,5 mm y un tamaño de 145x110. MM, fig. 4.17.4.19. Los elementos VD5 y R8, R9 se instalan debajo de T2, C5, C6, respectivamente, para aumentar la densidad de montaje. Las resistencias sintonizadas se fijan en la placa una encima de la otra, como se muestra en la Fig. 4.20. Para evitar el circuito de conductores impresos durante la instalación, debajo del transformador. Las resistencias T3 y sintonizadas se colocan debajo de una junta dieléctrica. Además, es necesario realizar dos puentes volumétricos en la placa entre las salidas DA5/2-DA4/7-VT1/e.
La conexión de la placa de circuito impreso con el resto de piezas se realiza a través del conector. tipo HZ. РШ2Н-2-15 y pétalos de contacto de cualquier conector en miniatura. Los cables de conexión a los reguladores R14 y R19 deben estar blindados. La instalación de la sección de potencia (desde el transformador T1 hasta los tiristores y los terminales X1, X2) se realiza con un cable trenzado flexible con una sección transversal de al menos 8 mmXNUMX, por ejemplo, una marca. PVZ. En el dispositivo, los microcircuitos se pueden reemplazar por análogos importados DA1 - A747C; DA2-TL494L; DA3-78L15; DA4-79L15; DA5-LM211N; DA6 - sin análogos. Los diodos del tipo KD521 instalados en las entradas de los microcircuitos evitan su daño accidental durante la configuración del circuito y pueden ser reemplazados por cualquier diodo de pulso de baja potencia: KD522, KD510, KD503, etc. Las resistencias ajustables (R38, R40, R41, R44) para facilitar el ajuste utilizaron el tipo SP5-3 de múltiples vueltas, ajustando R14, R19 tipo SPZ-4a-0,25 W con un cambio de resistencia de característica lineal (A), el resto puede ser de cualquier tipo, por ejemplo MLT - potencia correspondiente. condensadores polares. C10, C11, C13, C14 y C17 tipo K50-35; C3, C4 tipo K42U-2 a 0,015 uF a 630 V; el resto de la serie K10 o. KM-6. Como instrumentos de medida se utilizaron un voltímetro de aguja PV1 y un amperímetro RA1 del mismo tipo M42301. Dado que el amperímetro tiene una derivación interna, deberá abrir la caja y quitarla. De hecho, en el circuito para medir una corriente de 100 A, se utiliza una derivación externa (Ruj). La derivación Rm se tomó como tipo estándar 75ShSM-100-0,5. Cambiar. A1 (máquina actual) - tipo. AE10-31 para corriente 10 A, interruptor tipo SA1. PGZ (PG2), cualquier botón SB1 servirá. Relé K1 tipo KP460DC para 12 V (producción polaca) o similar con tres grupos de contactos inversores clasificados para corriente de hasta 5 A. Relé K2 i. tipo KZ. Pasaporte RES47 RS4.500.407-01 (RS4.500.407-03). Para la fabricación de T1, se utilizó hierro transformador con una sección transversal en la ubicación del devanado Sct = 35 cm. (la ventana tiene un área de Sok=72 cm240). El devanado primario contiene 2,5 vueltas de cable PETV con una sección transversal de 1,8 mm22. (diámetro 22 mm), secundario 3 + 10 vueltas con hilo. PShV-XNUMX con una sección de XNUMX mm cuadrados. Cualquier transformador T2 de baja potencia (P - 5 W) con voltajes en los devanados secundarios 3-4-5 - 18 + 18 V, y en 6-7-8 - 10 + 10 V, pero es mejor si su diseño prevé la instalación en una placa de circuito impreso. Transformador de pulsos. T3 se lleva a cabo en el marco dentro de las copas de armadura de tamaño estándar. B28 de ferrita marca M2000NM. Los devanados contienen 1-2 - 80 vueltas, 3-4 - 40 vueltas con cable PELSHO con un diámetro de 0,35 mm. Configuración del esquema Para configurar, necesita un osciloscopio, un voltímetro digital, una carga equivalente Rh (resistencia de cable con una resistencia de 1.1.2 ohmios y una potencia de al menos 100 W, por ejemplo, es adecuado un cable de nicromo con un diámetro de 0,5 mm), así como un amperímetro de puntero externo (RA1) para corriente de hasta 2 A, consulte la Fig. 10.
Los elementos marcados con un asterisco en el diagrama del circuito pueden requerir selección. La resistencia adicional R67 en el circuito del relé se selecciona de modo que la armadura del relé K1, después de la operación, se libere a una tensión de alimentación de menos de 10 V (es mejor hacer esto antes de instalar la resistencia y el relé en el circuito). La configuración preliminar del esquema se realiza en la siguiente secuencia. Es necesario bloquear temporalmente los contactos de relé K1.1 y K1.2 con puentes, y también desoldar R36. Coloque el interruptor SA1 en la posición de "entrenamiento" y lleve las resistencias R14 y R19 al máximo. Al encender la fuente de alimentación (A1) con un osciloscopio, verifique la forma del voltaje del diente de sierra en el pin DA4 / 5; no debe tener un gran paso en el nivel cero, vea la fig. 4.16, a (esto puede requerir la selección de la resistencia R28). Después de eso, con un osciloscopio y un voltímetro digital, controlamos el voltaje en las terminales X1 y X2. La forma de la tensión de salida debe corresponder a la que se muestra en la fig. 4.16, by ser regulado por las resistencias R44 y R19. Si este no es el caso, entonces debe verificar la presencia de pulsos en la salida de DA4 / 8 y la correcta instalación.
Con la resistencia trimmer R44, configuramos el momento de apertura de los tiristores Uopen = 15,5 V. Esto es necesario para que en todos los modos de funcionamiento del dispositivo, el valor de amplitud del voltaje de salida exceda el voltaje en la batería (de lo contrario, los tiristores no se abrirán). Después de apagar el dispositivo, suelde R36 en su lugar. Después de eso, cuando se enciende el circuito, con el regulador R19 configuramos el voltaje de funcionamiento en la salida del dispositivo a 14,8 V y al seleccionar la resistencia R36 nos aseguramos de que cuando se alcance este voltaje en la salida, el comparador DA5 cambia - Aparece +5 V en la salida DA9 / 15 (el LED HL1 se iluminará). Después de eso, con el regulador R19 configuramos un voltaje de 10,5 V en la salida del dispositivo y ajustando la resistencia R41 aseguramos que cuando se alcance este voltaje en las terminales X1-X2, el comparador tenga voltaje cero en la salida DA5.9 (la resistencia R41 establece el valor de histéresis para el comparador). Para que los controles instalados en el panel frontal sean cómodos de usar, es decir, el rango de ajuste del voltaje de salida por la resistencia R19 se mantuvo en el rango de 10 ... 15 V; es necesario seleccionar resistencias adicionales R15 y R24. Del mismo modo, las resistencias R10 y R23 se seleccionan para el rango de ajuste del nivel de estabilización de corriente por la resistencia R14 en el rango de 1 ... 10 A. En este caso, no se excederán los modos permitidos para la batería. La resistencia R19 se usa para ajustar el voltaje en los terminales X1-X2 en el modo de "inicio", mientras que en otros modos se establece en el voltaje de salida máximo, ya que el circuito en estos modos debería funcionar como un estabilizador de corriente (el voltaje de salida dependerá del valor actual) y a medida que la batería se carga, el voltaje aumentará, pero no excederá el valor permitido. Para calibrar las lecturas del amperímetro PA1 en los modos de "carga" y "entrenamiento", es necesario configurar el puntero del instrumento en "38" con la resistencia R0. Luego conectamos la carga Rh (interruptor SA2) y un amperímetro de aguja externo (RA2), fig. 4.20. Con la resistencia R14 (cuando R19 está al máximo), configure la corriente a 2 A usando el amperímetro externo PA10, y con la resistencia R40 debe configurar el mismo valor de las lecturas de corriente en PA1. Esta operación debe repetirse varias veces, ajustando R38 y R40 hasta que la flecha PA1 en "0" ya una corriente de 10 A corresponda a las lecturas del amperímetro externo. Ahora debe verificar el funcionamiento del circuito en el modo de estabilización actual. Para ello, en el momento de encender el dispositivo, bloqueamos los contactos K1.1, K1.2. Coloque el interruptor SA1 en la posición de "inicio", el regulador de corriente "I" en la posición media y "U" en la posición máxima. Conectamos una carga con una resistencia de aproximadamente 1 ohmios a los terminales de salida X2-X0,2 (en términos de potencia, debe estar diseñado para un flujo de corriente de hasta 100 A). En este caso, las lecturas de los dispositivos deben ser: RA1 - 50 A, PV1 - 10 V. Puede cambiar la corriente de salida con el regulador "I"; en este caso, también cambiará el voltaje de salida, que corresponde al modo de estabilización de corriente. Y cuando la resistencia de carga cambia dentro de pequeños límites, la corriente no debería cambiar. En esto, el ajuste preliminar puede considerarse completo y la verificación final se realiza en una batería real. Autor: Shelestov I.P.
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