Автомат для дозарядки АБ

Рефераты по радиоэлектронике » Автомат для дозарядки АБ

Министерство образования РФ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Электроника и схемотехника»

на тему: «Автомат для дозарядки АБ»

Выполнил:

Астафьев М. А.

Руководитель:

Гурьева Л. В.

Тюмень

2004

Реферат

Данный отчёт содержит 20 страниц 2 таблицы 4 рисунка и один чертёж выполненный на отдельном листе формата А3. Для его создания были использованы 5 источников литературы.

В данном отчёте рассматривается устройство предназначенное для дозарядки и полной зарядки аккумуляторных батарей. Цель отчёта - исследовать устройство и принцип работы с подробным описанием назначения каждого элемента схемы.

Перечень ключевых слов использованных при написании отчёта включает в себя следующие понятия: БЛОК ПИТАНИЯ РЕЛЕ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР ТАЙМЕР КОМПОРАТОР УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ РЕЛЕ.

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат. 2

Введение. 4

1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 5

2. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ.. 8

3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ.. 10

4. ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЕ. 16

5. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ.. 17

Заключение. 18

Список используемых источников. 19

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Принципиальная схема. 20

Введение

В настоящее время радиотехника и радиоэлектроника рассматриваются как сугубо практические дисциплины призванные решать бытовые проблемы современного общества.

Поэтому в данной работе рассматривается автомат для дозарядки АБ необходимый автомобилисту в подержании полной заряженности аккумуляторной батареи при эксплуатации. Автоматы для дозарядки АБ широко используется среди любителей и профессиональных автомобилистов.

Существует большое количество автоматических зарядных устройств в продаже и описанных в радиолюбительской литературе но они прекращают зарядку батареи либо по истечению определенного времени либо по достижении на клеммах батареи определенного (порогового) значения напряжения. В рамках этих функциональных особенностей автоматов и других факторов (природные условия состоянии батареи) не удается произвести качественную дозарядку аккумуляторных батарей.

Имеются другие более надежные признаки получения АБ полного заря­да. Это прекращение (при постоянстве величины зарядного тока) роста напря­жения на клеммах батареи а также прекращение увеличения плотности электролита.

Практика показывает что с достаточ­ной точностью можно ограничиться одним из этих признаков т.е. контро­лем за ростом напряжения на батарее и при его прекращении и постоянстве величины напряжения в течение определенного времени выключать заряд­ное устройство.

Конечно зарядное устройство ис­пользующее этот принцип более слож­но чем простой пороговый автомат однако его преимущества очевидны.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Большая часть деталей устройства размещена на печатной плате размера­ми 75x100 мм (рис.1.1) выполненной из одностороннего фольгированного стек­лотекстолита толщиной 1 5 мм. Плата трансформатор Т1 реле К1 и конденса­тор С1 с резистором R1 смонтированы на П-образном шасси из дюралюминия толщиной 2 мм размерами 20x90x215 мм. Диоды VD1 ...VD4 размещены в основании шасси на отдельных небольших радиаторах с поверхностью охлаждения каждого 10 см2 . Кнопка SB1 светодиоды НL1 HL2 пре­дохранители FU1 FU2 и клеммы XI Х2 вынесены на лицевую панель размерами 95x110x220 мм выполненную из дюралю­миния толщиной 2 мм. В шасси устрой­ства и верхней части задней стенки кор­пуса просверлены отверстия 05 мм для циркуляции воздуха.

Рис 1.1

Все постоянные резисторы использу­емые в зарядном устройстве — МЛТ а подстроенные (R19 R22) —СПЗ-38. Ре­зисторы матрицы (R11...R18) желатель­но подобрать так чтобы сопротивления двух соседних резисторов отличались друг от друга ровно в два раза. Если такой возможности нет можно обойтись и без подбора ре­зисторов однако в этом случае возмож­но не будет обеспечена равномерность изменения напряжения на выходе мат­рицы что впрочем мало повлияет на работу устройства в целом. Резисторы с сопротивлениями выходящими из стандартного ряда (R12 R17 R18) мож­но составить из двух последовательно включенных резисторов стандартных номиналов.

Конденсатор С1 — типа МБГЧ с но­минальным напряжением 250 В. При использовании металлобумажных кон­денсаторов других типов (МБГО МБГП и др.) их номинальное напряжение дол­жно быть не менее 400.. .500 В. Конден­сатор С2 — К50-29 СЗ — К52-1 Б С4 — К53-4 остальные конденсаторы — КМ-5 или КМ-6. Вообще устройство некритич­но к выбору элементов. Так в качестве С2...С4 могут быть использованы оксид­ные конденсаторы любых типов подхо­дящие по емкости и номинальному на­пряжению.

Стабилизатор напряжения 78L09 (DA1) можно заменить любым отече­ственным микросхемным стабилизато­ром напряжения на 9 В например КР1157ЕН902. В качестве DA2 можно использовать компаратор К521САЗ од­нако это потребует изменения трасси­ровки печатной платы.

Диоды выпрямительного моста VD1...VD4 должны допускать прямой ток не менее 2 А. В случае когда не исклю­чаются ошибочные подключения акку­муляторной батареи в обратной поляр­ности лучше применить диоды с неко­торым запасом по допускаемому прямо­му току особенно в импульсе. Можно порекомендовать диоды серии КД206 КД213.

Диоды КД106А (VD5 VD6) можно заме­нить диодами серий КД105 Д226 Д237; остальные —диодами серий Д220 Д223 Д311 Д312. Вместо стабилитрона КС522А (VD8) можно применить КС220Ж или два последовательно включенных стабилит­рона Д814В.

В качестве VT1 можно применить лю­бой маломощный n-p-n транзистор с постоянным напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и коэффициен­том передачи тока базы более 40. По­дойдут транзисторы указанной на схе­ме серии КТ3102 с любым буквенным индексом кроме Г и Е КТ315Г КТ312В. Вместо КТ608Б можно применить тран­зисторы из серий КТ503 КТ807.

В устройстве использовано реле РКМП с сопротивлением обмотки 600 Ом и током срабатывания 20 мА.

Можно использовать любое реле с одной группой нормально разомкнутых контак­тов допускающих коммутацию перемен­ного напряжения 220 В с коммутируемым током не менее 0 3 А. Реле должно на­дежно срабатывать при напряжении не более 12 В и токе 20..40 мА. Подойдут реле РЭС22. При­менимы реле РЭС6 у которых неиспользуемую группу кон­тактов желательно немного отогнуть для уменьшения тока срабатывания.

Кнопка SB1 — КМ1 КМ2-1. В качестве предохранителей FU1 FU2 желательно использовать быстродействующие плавкие вставки ВПЗТ-2 которые мож­но заменить на ВП1.

В зарядном устройстве применен унифицированный трансформатор ТПП277-127/220-50 с номинальной мощностью 72 Вт и током вторичных

обмоток 3 2 А. Можно применить и дру­гие унифицированные трансформаторы рассчитанные на работу от сети часто­той 50 Гц и напряжением 127/220 В: ТПП280 ТПП281 ТПП282 ТН52 ТН53 ТН54 ТН56 ТН57. Если устройство предназначается только для работы с аккумуляторной батареей 6СТ-55 то при зарядном токе 2 75 А подойдет также трансформатор ТН49-127/220-50. Схе­мы включения трансформаторов приве­дены на рис.1.2.

Рис. 1.2.

Правильно собранное устройство на­лаживания не требует. Следует лишь установить необходимые уровни напря­жений на входах компаратора. Для это­го устанавливают движки резисторов R19 и R22 в нижнее по схеме положе­ние. Подключают к клеммам Х1 и Х2 аккумуляторную батарею включают ус­тройство в сеть нажимают кнопку SB1 и убеждаются в срабатывании реле К1.

Измеряют напряжение на клемме Х1. Затем подключив вольтметр к верхнему по схеме выведу резистора R22 передви­гают его движок до тех пор пока вольт­метр не покажет величину напряжения равную 0 45 напряжения на Х1. После это­го вольтметр подключают к выходу резистивной матрицы (общей точке соедине­ния резисторов R11...R18) и резистором R19 устанавливают напряжение 5 0 В.

При такой регулировке диапазон кон­тролируемого напряжения на заряжае­мой аккумуляторной батарее составля­ет (с учетом допустимых соотношений входных напряжений компаратора и на­пряжения питания) от 11 1 до 17 3 В что вполне достаточно для выбранной ве­личины зарядного тока. Следует иметь в виду что падение напряжения на про­водах соединяющих устройство с акку­муляторной батареей не должно превы­шать величины 1 В.

В заключение производят в случае необходимости регулировку зарядного тока подбором емкости конденсатора С1 которую выполняют подключением к его выводам подходящих по номиналь­ному напряжению конденсаторов емко­стью 0 5...1 мк.

2. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Функциональная схема устройства представлена на рисунке 2.1.

Функциональная схема автомата для дозарядки АБ


Рис. 2.1

· Блок питания:

Блок питания подает напряжение на аккумуляторную батарею и стабилизатор напряжения.

· Стабилизатор напряжения:

Обеспечивает питанием цифровую часть устройства.

· Формирователь прямоугольных импульсов:

Формирует импульсы с частотой 50 Гц.

· Управляемый генератор:

Образует ступенчато возрастающего напряжения используемого в качестве опорного для компаратора.

· Компаратор:

Сравнивает опорное напряжение с напряжением на аккумуляторных клеммах.

· Таймер:

Определяет периодичность контроля за ростом напряжения на заряжаемой аккумуляторной батареи.

· Узел управления реле:

Вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени.

· Реле:

Отключает устройство от сети 220 вольт.

3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

На срок службы автомобильной ак­кумуляторной батареи (АБ) значитель­ное влияние оказывает степень ее заряженности. Желательно чтобы боль­шую часть времени батарея была пол­ностью заряжена. В процессе эксплуа­тации обычно наблюдаются колебания степени заряженности АБ около некото­рого среднего значения называемого установившейся степенью заряженнос­ти. Ее величина зависит от многих факторов. Следует отметить что зимой установившаяся степень заряженности как правило значительно ниже чем ле­том. Низкая степень заряженности в ус­ловиях холодного климата является главной причиной интенсивного "оплы­вания" активной массы с электродов аккумуляторной батареи и сокращения ее срока службы.

Возникает необходимость в заряд­ном устройстве с помощью которого за то время пока автомобиль находит­ся в гараже (в большинстве случаев за ночь) можно было бы довести степень заряженности аккумуляторной батареи до полной.

Вполне закономерен вопрос: "Поче­му нельзя использовать для этой цели существующие автоматические заряд­ные устройства?"

Дело в том что большинство имею­щихся в продаже или описанных в ра­диолюбительской литературе автомати­ческих зарядных устройств прекращают зарядку батареи либо по истечении оп­ределенного времени (10... 12 часов) либо по достижении на клеммах бата­реи определенного (порогового) значе­ния напряжения.

Первые предназначены в основном для проведения полного цикла заряд­ки батареи от нулевой степени заря­женности. Что касается вторых то из­вестно что величина порогового на­пряжения зависит от целого ряда фак­торов: "возраста" батареи величины зарядного тока плотности электроли­та его температуры и т.д.

Например при неизменном заряд­ном токе одной и той же величине на­пряжения на клеммах аккумуляторной батареи будет соответствовать 50% ее заряженности при температуре элект­ролита -10.°С и 95% заряженности при температуре электролита +30°С.

С целью исключения несрабатыва­ния устройства автоматического от­ключения устанавливается заведомо заниженная величина порогового напряжения (как правило в пределах 14 3...14 5 В). Однако даже при заряд­ном токе численно равном 0 05 емко­сти батареи напряжение на ее клем­мах при полном заряде может дости­гать величины 15 9...16 2. В. В ре­зультате аккумуляторная батарея оста­ется не дозаряженной в течение всего времени эксплуатации что приводит к необратимой сульфитации электродов и сокращению ее срока службы.

Существуют другие более надежные признаки получения АБ полного заря­да. Это прекращение (при постоянстве величины зарядного тока) роста напря­жения на клеммах батареи а также прекращение увеличения плотности электролита.

Практика показывает что с достаточ­ной точностью можно ограничиться одним из этих признаков т.е. контро­лем за ростом напряжения на батарее и при его прекращении и постоянстве величины напряжения в течение не менее двух часов выключать заряд­ное устройство.

Конечно зарядное устройство ис­пользующее этот принцип более слож­но чем простой пороговый автомат однако его преимущества очевидны. Исключается возможность не отключе­ния устройства от сети из-за установ­ки повышенного значения "порога" а также недозаряд батареи вследствие преждевременного отключения заряд­ного устройства.

Очевидно что для дозарядки бата­реи вполне достаточно иметь устрой­ство обеспечивающее выходной ток равный току второй ступени режима зарядки рекомендуемому инструкци­ей по эксплуатации стартерных аккуму­ляторных батарей (равный в амперах 0 05 емкости батареи в ампер-часах). Снижение величины зарядного тока благоприятно сказывается на аккуму­ляторной батарее. Как отмечается в при этом повышается общий КПД про­цесса зарядки и обеспечивается более полный заряд АБ. В жаркое время года зарядку можно проводить не опасаясь превысить допустимую температуру электролита. Немаловажен и тот факт что заметно уменьшаются масса и га­бариты зарядного устройства.

Вместе с тем проведение полной за­рядки аккумуляторной батареи (от нуле­вой степени заряженности) которая как правило может понадобиться не чаще одного-двух раз в год при контрольном разряде батареи с целью оценки ее со­стояния займет с таким зарядным уст­ройством не более 21...22 часов. В большинстве случаев это удобно (ве­чером поставил на зарядку — вечером через сутки получил полностью заря­женную батарею).

Устройство не боится кратковремен­ных замыканий в цепи нагрузки и об­рывов в ней. Приняты меры для защи­ты устройства при ошибочном подклю­чении аккумуляторной батареи в об­ратной полярности.

Авторский вариант устройства пред­назначен для работы с аккумуляторной батареей 6СТ-60 поэтому зарядный ток выбран равным 3 А. Для исполь­зования устройства с наиболее рас­пространенной батареей 6СТ-55 дос­таточно снизить величину тока заряд­ки до 2 75 А.

Схема зарядного устройства приведе­на на рис.3.1. Она содержит блок питания выполненный по простой и хорошо за­рекомендовавшей себя схеме с гасящим конденсатором. Микросхемный стабили­затор напряжения DA1 обеспечивает питанием цифровую часть устройства. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран формирователь прямоугольных импуль­сов частотой 50 Гц. Счетчики DD2.1 DD3 совместно с элементами DD1.3 DD1.4 образуют таймер определяющий периодичность контроля за ростом на­пряжения на заряжаемой аккумулятор­ной батарее. Двоичные счетчики DD5.1 и DD5.2 совместно с резистивной мат­рицей R11...R20 образуют управляемый генератор ступенчато возрастающего напряжения используемого в качестве опорного для определения с помощью компаратора DA2 прекращения роста напряжения на аккумуляторной батарее. Двоичный счетчик DD2.2 вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени. На транзи­сторах VT1 VT2 собран узел управле­ния реле К1.

Рис.3.1

Светодиод HL1 зеленого цвета инди­цирует включение устройства. Свето­диод HL2 красного цвета зажигается при ошибочном подключении батареи в обратной полярности. После исправ­ления ошибки потребуется сменить предохранитель FU2.

Проследим работу устройства. Перед включением его в сеть необходимо под­ключить к зажимам Х1 и Х2 аккумулятор­ную батарею. Далее нажимают кнопку SB1. Через замкнутые контакты кнопки и конденсатор С1 на трансформатор Т1 подается напряжение сети. Ко вторич­ной обмотке трансформатора подклю­чен выпрямительный мост на диодах VD1...VD4 с которого снимается пуль­сирующее напряжение создающее ток зарядки аккумуляторной батареи. Два диода этого моста совместно с диода­ми VD5 VD6 образуют второй выпрями­тельный мост постоянное напряжение с которого после сглаживания конден­сатором СЗ подается для питания узла на транзисторах VT1 VT2. Цифровая часть устройства залитана от микро­схемного стабилизатора DA1 обеспечи­вающего высокую стабильность и низ­кий уровень пульсаций выходного на­пряжения.

Начинается зарядка аккумуляторной батареи. Через диод VD7 пульсирую­щее напряжение поступает на фильтр низких частот R4-C3 снижающий пуль­сации до уровня при котором они не оказывают заметного влияния на рабо­ту компаратора DA2. С конденсатора СЗ постоянное напряжение пропорци­ональное напряжению на клеммах за­ряжаемой батареи через резистивный делитель напряжения R21-R22 посту­пает на неинвертирующий вход компа­ратора DA2 (вывод 3). На инвертиру­ющий вход компаратора (вывод 4) по­ступает напряжение с резистивной матрицы R11...R20. В момент включе­ния устройства дифференцирующая цепь C5-R10 формирует импульс по­ложительной полярности который об­нуляет все счетчики за исключением DD2.2. Поэтому напряжение на выхо­де резистивной матрицы минимально и заведомо меньше напряжения по­ступающего на вывод 3 DA2. На выхо­де компаратора (вывод 9) при этом высокий уровень который через рези­стор R26 поступает на вход R (вывод 7) счетчика DD2.2 обнуляя также и его. Напряжение низкого уровня с выхода DD2.2 (вывод 4) через резистор R25 поступает на базу транзистора VT1 закрывая его. Транзистор VT2 при этом открывается срабатывает реле К1 и своими контактами блокирует контак­ты кнопки SB1.

Через резистивный делитель R2-R3 на формирователь прямоугольных им­пульсов выполненный на элементах DD1.1 и DD1.2 поступает пульсирующее напряжение частотой 50 Гц. С выхода формирователя импульсы подаются на входы счетчиков DD2.1 и DD5.1. Счет­чик DD2.1 совместно со счетчиком DD3 и элементами DD1.3 DD1.4 образуют таймер отсчитывающий часовые про­межутки времени. С целью некоторого упрощения схемы цикл выбран равным примерно 65 минутам что практически не влияет на режим зарядки аккумуля­торной батареи.

Страницы: 1 2