Как работает тиристорное зарядное устройство для аккумулятора. Какие преимущества дает использование тиристоров в схеме зарядки. Как правильно собрать зарядное устройство на тиристорах своими руками.
Принцип работы тиристорного зарядного устройства
Тиристорное зарядное устройство для аккумулятора основано на использовании тиристоров — полупроводниковых приборов с тремя p-n-переходами. Главное преимущество тиристоров — возможность управлять большими токами при помощи слабых управляющих сигналов.
Принцип работы тиристорного зарядного устройства заключается в следующем:
- Сетевое напряжение понижается трансформатором до нужного уровня
- Пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом
- Тиристор используется для регулирования зарядного тока
- Открытие тиристора происходит в нужный момент времени при подаче управляющего импульса
- Изменяя момент открытия тиристора, регулируется средний ток заряда
Таким образом, тиристор выполняет роль регулируемого ключа, позволяющего точно контролировать процесс заряда аккумулятора.
Преимущества тиристорных зарядных устройств
Использование тиристоров в схеме зарядного устройства для аккумулятора дает ряд существенных преимуществ:
- Высокий КПД за счет малых потерь на тиристоре в открытом состоянии
- Возможность плавной регулировки зарядного тока
- Простота схемы управления тиристором
- Надежность и долговечность тиристоров
- Возможность работы с большими токами и мощностями
Благодаря этим преимуществам, тиристорные зарядные устройства широко применяются для зарядки автомобильных и других свинцово-кислотных аккумуляторов.
Основные элементы схемы тиристорного зарядного устройства
Типовая схема тиристорного зарядного устройства для аккумулятора включает следующие основные элементы:
- Понижающий трансформатор
- Диодный выпрямительный мост
- Силовой тиристор
- Схема управления тиристором
- Датчик тока (шунт)
- Схема стабилизации зарядного тока
- Индикаторы режимов работы
Рассмотрим назначение и принцип работы каждого из этих элементов более подробно.
Понижающий трансформатор
Трансформатор необходим для понижения сетевого напряжения 220В до уровня, необходимого для заряда аккумулятора (обычно 15-20В). Мощность трансформатора выбирается исходя из требуемого зарядного тока. Например, для зарядки автомобильного аккумулятора током 10А потребуется трансформатор мощностью около 200-250 Вт.
Диодный выпрямительный мост
Выпрямительный мост преобразует переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора в пульсирующее постоянное. Для работы с токами до 10-15А подойдут диодные сборки типа КВРС или отдельные диоды серии Д242-Д248.
Силовой тиристор
Схема управления тиристором в зарядном устройстве
Схема управления тиристором формирует управляющие импульсы для открытия тиристора в нужные моменты времени. От правильной работы этой схемы зависит стабильность зарядного тока. Рассмотрим основные варианты построения схемы управления:
Простейшая RC-цепь
Самый простой вариант — RC-цепь, подключенная между анодом и управляющим электродом тиристора. При достижении на конденсаторе порогового напряжения тиристор открывается. Недостаток — нестабильность момента открытия.
Схема с однопереходным транзистором
Более стабильное управление обеспечивает схема с однопереходным транзистором. Транзистор работает в режиме генератора релаксационных колебаний, формируя короткие импульсы для открытия тиристора.
Схема с операционным усилителем
Наиболее точное управление дает схема на операционном усилителе, работающем в режиме компаратора. ОУ сравнивает опорное напряжение с напряжением на датчике тока и формирует управляющие импульсы.
Выбор конкретной схемы управления зависит от требуемой точности стабилизации зарядного тока и сложности реализации.
Стабилизация зарядного тока в тиристорном устройстве
Для обеспечения оптимального режима заряда аккумулятора необходима стабилизация зарядного тока. В тиристорных зарядных устройствах применяются следующие методы стабилизации:
Отрицательная обратная связь по току
Измеренное значение тока через шунт сравнивается с опорным напряжением. Разность этих сигналов управляет моментом отпирания тиристора, стабилизируя средний ток заряда.
ШИМ-регулирование
Тиристор открывается короткими импульсами с переменной скважностью. Изменение скважности позволяет регулировать средний ток заряда.
Фазовое регулирование
Момент открытия тиристора смещается относительно перехода сетевого напряжения через ноль. Изменение фазы открытия регулирует средний ток.
Наиболее эффективным является сочетание фазового регулирования с отрицательной обратной связью по току.
Особенности сборки тиристорного зарядного устройства своими руками
При самостоятельном изготовлении тиристорного зарядного устройства необходимо учитывать следующие моменты:
- Использовать качественные комплектующие, особенно силовые элементы
- Обеспечить надежное охлаждение тиристора и выпрямительных диодов
- Тщательно настроить схему управления тиристором
- Предусмотреть защиту от короткого замыкания и перегрузки
- Использовать качественные разъемы для подключения аккумулятора
При соблюдении этих рекомендаций можно собрать надежное и эффективное зарядное устройство для аккумулятора на тиристорах.
Современные тенденции в разработке зарядных устройств
Несмотря на то, что тиристорные зарядные устройства до сих пор широко применяются, современные тенденции в этой области связаны с использованием импульсных преобразователей и микроконтроллерного управления. Это позволяет:
- Повысить КПД и уменьшить габариты устройства
- Реализовать сложные алгоритмы заряда
- Обеспечить защиту аккумулятора от перезаряда
- Добавить функции диагностики состояния аккумулятора
Однако для самостоятельного изготовления тиристорные схемы остаются оптимальным выбором благодаря простоте и надежности.
Сравнение тиристорных и транзисторных зарядных устройств
Тиристорные и транзисторные зарядные устройства имеют свои преимущества и недостатки. Сравним их основные характеристики:
| Параметр | Тиристорное ЗУ | Транзисторное ЗУ |
|---|---|---|
| КПД | 80-85% | 70-75% |
| Сложность схемы | Средняя | Высокая |
| Стоимость компонентов | Низкая | Средняя |
| Массогабаритные показатели | Большие | Меньше |
| Точность стабилизации тока | Средняя | Высокая |
| Помехи в сеть | Есть | Минимальные |
Как видим, тиристорные зарядные устройства имеют ряд преимуществ, особенно для работы с большими токами. Однако транзисторные схемы обеспечивают более точную стабилизацию и меньшие габариты.
Заключение
Тиристорные зарядные устройства для аккумуляторов, несмотря на появление более современных решений, остаются востребованными благодаря простоте, надежности и эффективности. Понимание принципов работы и особенностей таких устройств позволяет грамотно их эксплуатировать и при необходимости самостоятельно изготовить. При этом важно учитывать современные требования к процессу заряда аккумуляторов для обеспечения их максимального срока службы.
Зарядное устройство для АКБ авто на двух тиристорах | PRACTICAL ELECTRONICS
Идея схема
Самостоятельное изготовление зарядного устройства для свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов с точки зрения схемотехники не составляет особого труда. Даже при наличии различных регулировок, таких как установка зарядного тока, например, и автоматики отключения, сложность схемы не будет превышать средний уровень.
Вопрос здесь в другом — комплектующие для зарядного устройства. Если говорить о схемах, где в качестве преобразования сетевого напряжения выступает трансформатор, то именно его наличие и определяет целесообразность построения схемы. Потому как прежде чем специально покупать трансформатор, много раз подумаешь, глядя на нынешние «конские» ценники.
В этой статье я хочу предложить Вашему вниманию простейшую зарядку на двух тиристорах. Через один из них непосредственно осуществляется зарядка аккумулятора, а другой служит для отключения АКБ по её завершению.
Ну и сразу о самой дорогой «запчасти» — о трансформаторе. Именно он в схеме определяет зарядный ток. Здесь использован силовой понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками по 15 В (отвод от середины). При наличии такого трансформатора, или хотя-бы железа для его изготовления можно изготовить простое и надёжное зарядное устройство, схема которого показана ниже.
Принцип работы
Схема электрическая принципиальная ЗУ на двух тиристорахТрансформатор, как я уже написал выше, содержит две вторичных обмотки по 15 В (или одну на 30 В с отводом от середины). Его мощность в данной схеме и будет определять зарядный ток аккумулятора. Выпрямляется напряжение со вторичных обмоток двумя диодами — VD1 и VD2. Глядя на этот выпрямитель сразу бросается в глаза отсутствие сглаживающего конденсатора. Но на самом деле здесь нет никакой ошибки, потому как на этом основан весь принцип работы этого зарядного устройства. Давайте разберёмся почему.
Сначала рассмотрим цепь на тиристоре VS1, через который и происходит непосредственно заряд аккумуляторной батареи.
На аноде тиристора VS1 действует пульсирующее напряжение частотой 100 Гц по амплитуде напряжение это изменяется от нуля до 20 В. Короче говоря, это положительные полуволны со вторичной обмотки трансформатора Т1. Для перехода тиристора в открытое состояние включена цепочка R1VD4 между его анодом и управляющим электродом. Ток в этой цепи имеет достаточное значение (около 15 мА) для его открытия. При этом, когда тиристор находится в активном режиме работы, то горит светодиод VD4. Между катодом тиристора и общим проводом, который соединён со средней точкой вторичной обмотки трансформатора Т1, подключается заряжаемая аккумуляторная батарея. Так происходит заряд аккумулятора.
А теперь давайте рассмотрим какое условие нужно создать для закрытия тиристора и прекращения зарядки. Вариантов два: разорвать саму цепь заряда аккумулятора или снять управляющий ток. Так вот при снятии управляющего тока тиристор всё равно останется в открытом состоянии (свойство тиристора), пока протекает достаточный ток (ток удержания) в цепи между его анодом и катодом.
Но в этой схеме в цепи действует пульсирующее напряжение, и именно когда напряжение равно нулю происходит закрытие тиристора, потому как прекращается прохождение тока и тиристор больше не чего не удерживает. Этого бы не произошло при наличии сглаживающей ёмкости в выпрямителе т.к. напряжение всегда было бы отлично от нуля.
Теперь к цепи на VS2, которая служит для отключения АКБ (закрытию тиристора VS1) по завершению заряда. Принцип основан на разнице напряжений АКБ в разряженном и заряженном состоянии. Напряжение работы стабилитрона VD3 (12 В) выставляется с помощью потенциометра R2. Значение напряжения полного заряда АКБ должно соответствовать началу перехода VD3 в активное состояние, т.е. в состояние, когда через него будет протекать ток. При этом создастся условие для открытия тиристора VS2. Об открытии тиристора VS2 будет сигнализировать светодиод VD5 зелёного цвета «завершение заряда».
При этом ток в цепи управляющего электрода VS1 станет уже недостаточным для его открытия, и он закроется в момент нулевого напряжения.
Конструкция
Печатная плата для схемы ЗУ на двух тиристорахПечатная плата показана на рисунке выше. Вся настройка устройства сводится к установке порога срабатывания цепи тиристора VS2 подстроечным резистором R2. Делают это на полностью заряженном АКБ. Порог открытия определяется свечением светодиода VD5, в то время, когда VD4 наоборот тухнет.
Тиристор VS1 должен быть закреплён на теплоотводе. Светодиоды VD4 и VD5 любые на номинальный ток 10 мА красного и зеленого цвета соответственно.
радиолюбительэлектрониказарядка
Поделиться в социальных сетях
Вам может понравиться
Тиристорное зарядное устройство со стабилизацией тока • Все своими руками
В статье рассматривается схема устройства для зарядки двенадцативольтовых автомобильных аккумуляторов с управляемым тиристорным выпрямителем.
Данное устройство рассчитано на зарядный ток до семи с половиной ампер и имеет функцию стабилизации тока заряда. Электрическая схема представлена на рисунке 1.
В качестве сетевого трансформатора можно использовать перемотанный трансформатор от старых телевизоров ТС 180. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть в районе 20 вольт. В управляемый выпрямитель входят диоды VD2, VD5 и тиристоры VS1, VS2. Эти диоды и тиристоры должны быть рассчитаны на ток минимум десять ампер.
Параллельно аккумулятору, при его зарядке, подключается нагрузка для разрядки током величиной 0,01 емкости аккумулятора. Т.е. зарядка производится асимметричным током – импульс заряда в 0,1 емкости и импульс разряда в 0,01 емкости. Принято считать, что такой вид зарядки замедляет сульфатацию пластин аккумуляторной батареи. В данном устройстве в качестве нагрузки для разряда применена автомобильная лампочка на пять ватт.
Диоды VD1 и VD4, это вспомогательные диоды, используемые для получения двухпериодного выпрямленного напряжения – график I.
Напряжение такой формы необходимо для формирования пилообразного напряжения, которое в свою очередь используется для формирования импульсов управления тиристорами в определенное время, график II, синий.
Работа формирователя пилообразного напряжения.
Предположим, что напряжение в точке 1 (см. схему)равно нулю, в этот момент ток через светодиод оптрона не течет. Фототранзистор оптрона закрыт и не шунтирует переход база-эмиттер транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается и разряжает через свой переход коллектор-эмиттер формирующий конденсатор С7. На графике II – синяя вертикальная прямая. Через некоторое время напряжение в точке 1 начнет возрастать и это приведет к появлению тока через светодиод оптрона, светодиод засветится, фототранзистор откроется и зашунтирует переход база-эмиттер транзистора VT1. VT1 закроется и начнется заряд С7 через резистор R10 от стабилизатора напряжения LM7812, синяя наклонная линия на графике II. Далее процесс повторяется.
Таким образом, мы получаем пилообразное напряжение, полностью синхронизированное с первичной сетью 220 вольт.
Далее это напряжение подается через резистор R12 на прямой вход компаратора, реализованного на ОУ DA1.3 микросхемы LM324. На инверсный вход компаратора подается напряжение пропорциональное зарядному току, протекающему через шунт R2. Форма зарядного тока импульсная и имеет вид, показанный на фото ниже.
Вернее это форма напряжения, падающего на шунте. Работать с сигналом такой формы практически не возможно, поэтому в схему введены еще два каскада на операционных усилителях. На DA1.1 реализован усилитель падения напряжения шунта с коэффициентом усиления, примерно, равным 50. Конденсаторы С2 и С3 предварительно сглаживают импульсы напряжения. На DA1.2 реализован фильтр нижних частот Саллена-Кея. Частота среза этого фильтра составляет 10 Гц. В результате этого фильтр выделает постоянную составляющую из входного напряжения и активно подавляет пульсацию, равную удвоенной частоте сети (100 Гц).
Таким образом, на выводе 8 DA1.2 будет присутствовать постоянное напряжение пропорциональное зарядному току, часть которого, пройдя через делитель R14,R15,R16 поступает на инверсный вход компаратора DA1.3 (красная линия на графике II). На выходе компаратора при сравнивании этого напряжения и напряжения «пилы» появляются импульсы управления тиристорами. Начало каждого импульса совпадает по времени с моментом пересечения наклонной линии «пилы» и горизонтальной красной линии – напряжения сигнала шунта. Отсюда не сложно заметить, что чем больше величина напряжения шунта или чем больше ток заряда, тем позже появляется импульс на открывание тиристоров и наоборот, если напряжение сигнала шунта меньше – меньше ток заряда, то импульс управления тиристорами появляется раньше. Выставляя на инверсном входе определенное напряжение сигнала шунта, мы имеем возможность стабилизировать ток заряда аккумулятора. Допустим, по мере зарядки аккумулятора ток начинает падать, начинает уменьшаться напряжение сигнала шунта, это приведет к тому, что импульс управления тиристорами сформируется раньше, и тиристор будет находиться в открытом состоянии дольше, тем самым поддерживая ток заряда на определенном уровне.
Транзисторы VT2 и VT3 образуют ключ управления тиристорами. VT3 – КТ973А, VT2 – любой маломощный соответствующей структуры. У меня стоит 2SC945 – из плат старых телевизоров, их там много. Оптрон LTV817. VT1 такой же, как VT2. Диоды VD1,VD4, VD6,VD7 – 1N4002.
Ток заряда измеряется в данном устройстве косвенным путем. Измеряется напряжение сигнала на выводе 8 ОУ DA1.2, которое пропорционально величине зарядного тока. Конечно, о точности речь не идет. Все примерно, хотя, очень много разных схем и тиристорных, и транзисторных с импульсным зарядным током и никто о точности измерения зарядного тока по большому счету даже и не задумывается. Рисуют просто на схеме амперметр, а что он измеряет…? Как настроить амперметр, хотя бы приблизительно. Я поступил следующим образом. Пропустил через шунт постоянный ток величиной 6 ампер. Замерил температуру шунта, она составила +64°С. Потом выставил ток заряда аккумулятора таким, при котором шунт так же нагревался до +64°С. Затем, изменяя величину резистора Riдоб добился соответствующих показаний измерительной головки.
На фото ниже показан готовый узел управляемого выпрямителя.
Вольтметр, я думаю, настроить у вас труда не составит.
Почти все элементы схемы расположены на печатной плате, см. фото 3. Плата, как всегда экспериментальная. В архиве печатная плата будет немного другая, доработанная.
Мощные диоды и тиристоры расположены на двух П образных радиаторах.
Все необходимые файлы можно скачать архивом. Как работает устройство можно посмотреть и в видео.
Удачи во всем и всегда. К.В.Ю.
.
Tiristornoe-zaryadnoe-ustrojstvo-so-stabilizaciej-toka (1697 Загрузок)
.
.
Просмотров:8 451
Метки: Зарядное устройство, своими руками, тиристорное
Схема промышленного выпрямителя/зарядного устройства SCR: лучшее место для блокировочного диода, обратного диода и капельных диодов?
спросил
Изменено 1 год, 6 месяцев назад
Просмотрено 322 раза
\$\начало группы\$
Я работаю над трехфазным выпрямителем/зарядным устройством SCR на 110 В постоянного тока и 100 А.
Я не уверен, какая из схем на изображении лучше для фильтра и диодов. Помогите, пожалуйста, с размещением этих компонентов в схеме:
- обратный диод
- дроссель, блокировочный диод, капельницы (что лучше разместить на плюсовой шине или на минусовой?) Резистор
- (предназначен для обеспечения тока удержания тиристорных тиристоров — необходимо ли пропускать ток через капельные диоды (без нагрузки) для поддержания включенных капельных диодов?
- диоды
- зарядка аккумулятора
- фильтр
- выпрямитель
- scr
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
SCR? Большие катушки индуктивности? Диоды капельницы? Это 1960 год?
Нет, это 2021 год, и сегодня мы относимся к свинцово-кислотным и литий-ионным аккумуляторам так, как они должны относиться: заряжаем их зарядным устройством CCCV, используя импульсные регуляторы.
Итак, отвечая на ваш вопрос: ни один из трех вариантов не является безопасным для ваших аккумуляторов. РЕДАКТИРОВАТЬ, на основе новой информации из OP:
Хотя нашим предкам, возможно, приходилось использовать такие небезопасные схемы для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов, сегодня у нас есть безопасные варианты. Вы должны использовать безопасное зарядное устройство CCCV.
\$\конечная группа\$
2
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
регулируемый (с запретом автоматического усиления)
