Простое, автомобильное ЗУ на тиристоре с регулировкой тока 0…10 А
Сегодня нет недостатка в продаже зарядных устройств для свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов. Рынок наполнен различными моделями зарядных устройств от простых до сложных, автоматических и с ручным управлением.
Опубликовано:
Сегодня нет недостатка в продаже зарядных устройств для свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов. Рынок наполнен различными моделями зарядных устройств от простых до сложных, автоматических и с ручным управлением.
Можно даже заказать готовые платы или DIY-наборы для самостоятельной сборки на Aliexpress, но результат может быть очень сомнителен.
Самостоятельное изготовление зарядного устройства, при наличии хотя бы базовых знаний по радиоэлектронике и основам пайки, не составляет особого труда. Большинство схем зарядных устройств просты в понимании и легки в настройке. Здесь вопрос можно поставить несколько иначе: целесообразность самостоятельного изготовления. Если говорить о схемах, где в качестве начального понижения напряжения питания используется силовой трансформатор, то именно от его наличия и зависит целесообразность сборки зарядного устройства.
Потому, как цены на трансформаторы промышленного изготовления мощностью от 100 Вт, довольно высоки и специально покупать его, дело сомнительное. А вот если есть в наличии такой трансформатор или хотя бы железо подходящей мощности с первичной обмоткой, то здесь уже вопросов не возникает.
Конструкция зарядного устройства, которую я хочу предложить Вам для повторения, как раз основана на понижении сетевого напряжения с помощью силового трансформатора, напряжение на вторичной обмотке которого лежит в диапазоне от 18 до 22 В.
Естественно трансформатор должен иметь соответствующую мощность, чтобы обеспечить конечный зарядный ток для аккумуляторной батареи. Данная схема рассчитана на максимальный зарядный ток в 10 А. поэтому и трансформатор должен обеспечивать выходной ток вторичной обмотки от 10 А. Схема позволяет регулировать зарядный ток практически от нулевого значения до максимального (здесь от 0 до 10 А). Регулирующий элемент — мощный тиристор.
Форма зарядного тока для этой схемы — импульсы сетевого выпрямленного напряжения со вторичной обмотки трансформатора Т1. Регулировка зарядного тока осуществляется путём изменения ширины этих импульсов. Существует мнение, что именно такой режим заряда аккумулятора позволяет продлить его срок службы, препятствуя образованию сульфата свинца на его пластинах.
Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.
Глядя на схему, первое на что обращаешь внимание, это отсутствие сглаживающего конденсатора после диодного моста VD1. На самом деле, в этой схеме это принципиально важно. Сама схема зарядного устройства представляет собой не что иное, как регулятор мощности с фазоимпульсным управлением. VT1 и VT2 включены по схеме одно переходного транзистора. Время, за которое они переключаются определяется зарядом конденсатора С1. А время за которое конденсатор С1 зарядится, зависит от сопротивления резисторов, через которые он подключен к напряжению питания — в схеме это R1R2. Резистор R1 у нас переменный, значит этим временем можно управлять. Путём заряда-разряда, переключения VT1VT2 и формируется управляющий импульс на тиристоре VS1.
Длительность (ширина) управляющего импульса определяет время, в течении которого тиристор VS1 находится в активном режиме до перехода напряжения к нулю и на аккумуляторную батарею поступает зарядный ток. Средний зарядный ток на АКБ равен среднему времени длительности этих импульсов. Для наглядности ниже представлены три осциллограммы, соответствующие трём положениям движка резистора R1 — двум крайним и среднему. На осциллограммах представлены графики напряжений с управляющего электрода VS1 (управляющий импульс) и сетевого выпрямленного напряжения.
Если бы после диодного моста VD1 стояла сглаживающая ёмкость, то первый же управляющий импульс открыл бы тиристор, а т.к. напряжение всегда отличается от нуля, закрыть бы его было бы нечем.
Печатная плата (можно скачать) выполнена из фольгированного стеклотекстолита в одностороннем варианте.
Для контроля процесса заряда АКБ необходима стрелочная измерительная головка с соответствующим шунтом на ток 10-15 А. Цифровые индикаторы могут давать в таком режиме измерения погрешность. Тиристор VS1 вместе с платой крепят на радиаторе площадью 400 см2. При правильном монтаже и исправных деталях схема в наладке не нуждается.
Как вам статья?
Схемы зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов на тиристорах. Простое зарядное устройство. Тиристорный регулятор в зарядном устройстве
Более современная конструкция несколько проще в изготовлении и настройке и содержит доступный силовой трансформатор с одной вторичной обмоткой, а регулировочные характеристики выше, чем у предыдущей схемы.
Предлагаемое устройство имеет стабильную плавную регулировку действующего значения выходного тока в пределах 0,1 … 6А, что позволяет заряжать любые аккумуляторы, а не только автомобильные. При зарядке маломощных аккумуляторов желательно последовательно в цепь включить балластный резистор сопротивлением несколько Ом или дроссель, т.к. пиковое значение зарядного тока может быть достаточно большим из-за особенностей работы тиристорных регуляторов. С целью уменьшения пикового значения тока зарядки в таких схемах обычно применяют силовые трансформаторы с ограниченной мощностью, не превышающей 80 — 100 Вт и мягкой нагрузочной характеристикой, что позволяет обойтись без дополнительного балластного сопротивления или дросселя. Особенностью предлагаемой схемы является необычное использование широко распространённой микросхемы TL494 (KIA494, К1114УЕ4). Задающий генератор микросхемы работает на низкой частоте и синхронизирован с полуволнами сетевого напряжения с помощью узла на оптроне U1 и транзисторе VT1, что позволило использовать микросхему TL494 для фазового регулирования выходного тока. Микросхема содержит два компаратора, один из которых используется для регулирования выходного тока, а второй используется для ограничения выходного напряжения, что позволяет отключить зарядный ток по достижению на аккумуляторе напряжения полной зарядки (для автомобильных аккумуляторов Uмах = 14,8 В) .
Как только зарядка завершена, схема автоматически отключается. Это выпрямленное напряжение используется для зарядки аккумулятора. . Здесь компаратор сравнивает напряжение на батарее с опорным напряжением. Проектирование всей схемы зависит от типа батареи, которую необходимо перезарядить.
Как работать с зарядным устройством?
Первоначально, когда цепь питается и уровень заряда батареи ниже порогового напряжения, схема выполняет зарядку аккумулятора. Теперь, когда батарея начинает заряжаться и в определенный момент, когда он полностью заряжен, напряжение на делитель напряжения достигает значения выше опорного напряжения. Это означает, что напряжение на инвертирующей клемме меньше напряжения на неинвертирующей клемме, а выход компаратора больше, чем пороговое базовое излучательное напряжение для транзистора.
Конденсатор С7 напаян прямо на печатные проводники. Чертёж печатной платы в натуральную величину .
В качестве измерительного прибора использован микроамперметр с самодельной шкалой, калибровка показаний которого производится резисторами R16 и R19. Можно использовать цифровой измеритель тока и напряжения, как показано в схеме зарядного с цифровой индикацией. Следует иметь ввиду, что измерение выходного тока таким прибором производится с большой погрешностью из-за его импульсного характера, но в большинстве случаев это несущественно. В схеме можно применять любые доступные транзисторные оптроны, например АОТ127, АОТ128. Операционный усилитель DA2 можно заменить практически любым доступным ОУ, а конденсатор С6 может быть исключён, если ОУ имеет внутреннюю частотную коррекцию. Транзистор VT1 можно заменить на КТ315 или любой маломощный. В качестве VT2 можно использовать транзисторы КТ814 В, Г; КТ817В, Г и другие. В качестве тиристора VS1 может использоваться любой доступный с подходящими техническими характеристиками, например отечественный КУ202, импортные 2N6504 … 09, C122(A1) и другие. Диодный мост VD7 можно собрать из любых доступных силовых диодов с подходящими характеристиками.
Ограничения цепи зарядного устройства
Это заставляет транзистор проводить и включается. Опять же, когда заряд батареи падает ниже порогового уровня, операция зарядки возобновляется описанным выше способом. Его можно использовать как автоматическое зарядное устройство, которое используется специально во время вождения.
- Его можно использовать для зарядки батарей, используемых для игрушек.
- Это переносная схема и может переноситься в любом месте.
Цепь была разработана для производства зарядного устройства для автомобилей, в котором используются только 12-вольтовые батареи.
На втором рисунке показана схема внешних подключений печатной платы. Наладка устройства сводится к подбору сопротивления R15 под конкретный шунт, в качестве которого можно применить любые проволочные резисторы сопротивлением 0,02 … 0,2 Ом, мощность которых достаточна для длительного протекания тока до 6 А. После настройки схемы подбирают R16, R19 под конкретный измерительный прибор и шкалу.
Типичные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов имеют простую конструкцию, обеспечивающую несколько ампер во время работы при непрерывной зарядке аккумулятора. При проектировании этой схемы этого типа проблемы можно избежать, контролируя состояние зарядки аккумулятора через обратную схему управления. Это делается путем введения большого тока заряда до завершения зарядки. При создании этой конструкции кабели, которые соединяют трансформатор с контуром, должны обладать достаточной площадью поперечного сечения, чтобы предотвратить падение напряжения при нагревании по мере протекания тока.
Для более полного ознакомления с последуущим материалом, просмотрите предыдущие статьи:
и . ♣ В этих статьях говориться о том, что существуют 2–х полупериодные схемы выпрямления с двумя вторичными обмотками, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение. Обмотки работают поочередно: одна на положительной полуволне, другая на отрицательной.
Используются два полупроводниковых выпрямительных диода.
Это делается с использованием техники ареометра. Если подключена незаряженная батарея, получается низкое напряжение на клеммах. Эти батареи в основном используются в различных транспортных средствах, используемых в суше, воздухе и воде, таких как личные водные суда, такие как лодка, яхта, реактивные лыжи и другие морские применения.
Это также может быть полезно для инвалидов, предоставляя помощь инвалидным креслам и мобильным скутерам. Цепь наиболее популярна, хотя она будет очень большого размера, чем у других типов батарей. Но у них есть преимущество: дешево, легко купить и долгую жизнь, если правильно использует.
♣ Предпочтительность такой схемы:
- — токовая нагрузка на каждую обмотку и каждый диод в два раза меньше, чем на схему с одной обмоткой;
- — сечение провода двух вторичных обмоток может быть в два раза меньше;
- — выпрямительные диоды могут быть выбраны на меньший максимально допустимый ток;
- — провода обмоток наиболее охватывают магнитопровод, магнитное поле рассеяния минимально;
- — полная симметричность — идентичность вторичных обмоток;
♣ Используем такую схему выпрямления на П – образном сердечнике для изготовления регулируемого зарядного устройства на тиристорах.
Двух — каркасная конструкция трансформатора позволяет это сделать наилучшим образом.
К тому же две полу-обмотки получаются совершенно одинаковыми.
Наибольшее значение имеет зарядка. Когда мне было 10 лет назад. Мой отец купил его мне в первый раз в моей жизни.
Как обычно этот тип батареи, если правильно зарядить, можно использовать в течение 4-5 лет. Во все времена не используйте и не храните их в слишком высокой области. Важность во время зарядки не требует быстрой зарядки при высоком токе и высоком напряжении.
♣ И так, наше задание : построить устройство для зарядки аккумулятора с напряжением
Мною уже предлагался для изготовления , но регулировка зарядного тока в нем проводится ступенчато.
Посмотрите в этой статье, как выполнялся расчет трансформатора на Ш – образном сердечнике. Эти расчетные данные подходят и под П –образный трансформатор той же мощности.
Простая автоматическая схема зарядного устройства
Это автоматическая схема зарядного устройства, которая, как правило, производитель будет указывать на батарею следующим образом. И аккуратный уровень напряжения не должен превышать 15 вольт или 5 раз от напряжения батареи. На моем сайте мы предлагаем много схем зарядного устройства. Вы полюбите его, потому что используйте простую схему, дешевую, так легко построить.
И когда останавливаешься? Обычно мы должны заряжать батарею, когда напряжение ниже 4 вольт, а максимальное напряжение большинства аккумуляторов — 4 вольта, но кто-то гуру говорит мне, что напряжение на 8 или 13 вольт приблизительно. И это наша работа просто старая. Когда мы начинаем, мы изучаем основной принцип электронных деталей, мне нравится использовать диод, стабилитрон, который они оба являются клапанами для электрических токов. Ток будет протекать в одну сторону. Но стабилитрон подключен назад.
Расчетные данные из статьи таковы:
- — мощность трансформатора – 100 ватт ;
- — сечение сердечника – 12 см. кв. ;
- — выпрямленное напряжение — 18 вольт ;
- — ток — до 5 ампер ;
- — количество витков на 1 вольт – 4,2 .
Первичная обмотка:
- — количество витков – 924 ;
- — ток – 0,45 ампера;
- — диаметр провода – 0,54 мм.
Вторичная обмотка:
Затем он блокирует ток до тех пор, пока напряжение не превысит определенный уровень. Потому что дешево и легко использовать. Как показано на рисунке 1, это идеальная схема. Который никакой ток к батарее и напряжению вниз вниз. Хотя эти проекты будут легкими технологиями, но очень полезными для всех.
Если вы хотите прочитать больше: как это работает, список деталей и посмотреть изображение полного размера. Этот стоп-ток дает батарею, когда напряжение аккумулятора достигает уровня, который нагрузка с полной скоростью уже впереди, чтобы защитить что-то зарядное устройство слишком плохой дистиллированной сухой водой. Эта схема может использоваться очень широко, она может использоваться с батареей многих моделей. Фурнинг украшает в то время как первоначальная свинцовая батарея на зарядном устройстве до тех пор, пока не будет достигнута полная скорость вперед, чтобы построить досягаемость на полюсе для зарядного устройства.
- — количество витков – 72 ;
- — ток – 5 ампер;
- — диаметр провода – 1,8 мм.
♣ Эти расчетные данные примем за основу построения трансформатора на П – образном сердечнике.
С учетом рекомендаций выше указанных статей по изготовлению трансформатора на П — образном сердечнике, построим выпрямитель для зарядки аккумулятора с плавной регулировкой зарядного тока .
Примечание: выше схема — просто базовый идеал, который мы только видим, чтобы увидеть действительно используемые ниже. В зависимости от изменений, некоторые устройства. Особенностью тока будет непрерывная положительная половина синусоидальной волны. Который будет отличаться напряжением от конденсаторного фильтра, который является гладким, как прямая линия. Так как волновая форма напряжения Негладкая по прямой. Который в этой цепи не имеет положительной стороны диапазона электропитания.
Например, устройство имеет положительное отрицательное значение. Для обеспечения безопасности, первый шаг настройки, чтобы найти полное напряжение аккумулятора, подключите его к цепи, чтобы исправить полярность. Таким образом, батарея будет адаптирована для первой схемы, которая должна быть действительно полным напряжением.
Схема выпрямителя изображена на рисунке. Она состоит из трансформатора ТР , тиристоров Т1 и Т2 , схемы управления зарядным током, амперметра на 5 — 8 ампер, диодного моста Д4 — Д7 .
Тиристоры Т1 и Т2 одновременно выполняют роль выпрямительных диодов и роль регуляторов величины зарядного тока.
Пожалуйста, смотрите видео ниже, чтобы лучше понять эти проекты. Мы можем изменить каждую часть стоимости как аккуратную заряженную батарею. В приведенной ниже таблице показано изменение каждого устройства. Эти типы энергетических систем широко используются в суровых условиях эксплуатации, возникающих при производстве и распределении электроэнергии, нефти и газа, промышленных приборах и береговых или морских нефтехимических применениях. Ассортимент тиристорных систем представляет собой высокопрочные промышленные системы, подходящие для самых требовательных к окружающей среде и условиям эксплуатации. Индивидуально разработанные системы могут быть настроены из множества доступных опций. Он обеспечивает привод к тиристорам, мониторам, компонентам выпрямительного блока. Проприетарное программное обеспечение доступно для удаленного мониторинга зарядного устройства. Тиристорные регулируемые выпрямительные модули предназначены для трехфазного ввода и выполнены с полностью управляемой трехфазной мостовой схемой. Устройство с мягким пуском предотвращает переход высоковольтных переходных процессов к нагрузкам во время включения. Нагрузки электрически отделены от входа с помощью функций. Методы зарядки. Для повышения производительности в контроллере зарядного устройства предварительно запрограммированы разные способы зарядки. Все соответствующие параметры, в соответствии с требованиями к батарее, настраиваются пользователем с помощью клавиатуры на передней панели. Это сложное комбинированное решение для измерения, оповещения и дистанционного мониторинга различных параметров зарядного устройства и аккумулятора. Конфигурации зарядного устройства. Выпрямитель должен быть сконструирован таким образом, чтобы он мог обеспечивать нагрузку, и в то же время аккумулятор должен быть способен повысить заряд, даже если он находится в полностью разряженном состоянии. Различные схемы, которые обычно используются, зависят от критичности нагрузок и требований к сайту. Приведена отдельная таблица операций, описывающая функционирование каждой схемы в разных условиях эксплуатации. Рейтинги зарядного устройства с однофазным входом с 6-ти импульсным дизайном с 12-ти импульсным дизайном с 24-импульсным дизайном. Примечание: более высокие оценки по спецификациям заказчика. Другие рейтинги также доступны по требованию клиента. . Обратите внимание на зарядные устройства, для которых они одобрены.
♣ Трансформатор Тр состоит из магнитопровода и двух каркасов с обмотками.
Магнитопровод может быть набран как из стальных П – образных пластин, так и из разрезанного О – образного сердечника из навитой стальной ленты.
Первичная обмотка (сетевая на 220 вольт — 924 витка) делится пополам – 462 витка (а – а1) на одном каркасе, 462 витка (б – б1) на другом каркасе.
Вторичная обмотка (на 17 вольт) состоит из двух полуобмоток (по 72 витка) мотается на первом (А — Б) и на втором (А1 – Б1) каркасе по 72 витка . Всего 144 витка.
Зарядные устройства также указывают уровень заряда
Как правило, устройства зарядки аккумулятора могут использоваться как для батарей, так и для них. Существуют, однако, модели, которые вы можете подключить только к свинцовым кислотным батареям, а не к гелевым батареям или батареям из кальция. Если уровень заряда падает ниже 12, 4 В, индикатор Комфорта становится красным. Это указание на то, что зарядка необходима для предотвращения сульфатирования батареи. Следуйте каждому описанию продукта, чтобы выбрать зарядное устройство, которое вам подходит.
Третья обмотка (с — с1 = 36 витков) +(d — d1 = 36 витков) в сумме 8,5 В +8,5 В = 17 вольт служит для питания схемы управления и состоит из 72 витков провода. На одном каркасе (с – с1) 36 витков и на другом каркасе (d — d1) 36 витков.
Первичная обмотка мотается проводом диаметром – 0,54 мм .
Каждая вторичная полуобмотка мотается проводом диаметром 1,3 мм. , рассчитанным на ток 2,5 ампера.
Третья обмотка мотается проводом диаметром 0,1 — 0,3 мм , какой попадется, ток потребления здесь маленький.
Зарядные устройства теперь онлайн
Например, предлагает зарядные устройства, которые подходят только для свинцово-кислотных аккумуляторов. Кроме того, вам необходимо контролировать различные зарядные устройства, чтобы батарея не была повреждена перезарядкой. Обычно это относится к не требующим обслуживания батареям на 12 В, которые работают с кислотой свинца. Вы также можете забрать свой заказ в одном из наших 600 магазинов. Воспользуйтесь огромным выбором по низким ценам.
Тиристорный регулятор в зарядном устройстве
Она свободна и уверяет вас в каждой покупке ценных бонусных очков, с которыми вам не обойтись. Когда его емкость составляет менее 80% от первоначальной мощности, она становится опасным отходом и должна быть переработана. Основными требованиями, в которых должна быть установлена батарея, будет. Пол в хорошем состоянии, что предотвращает утечку кислоты или свинца и вступает в контакт с землей. Верхняя крыша в хорошем состоянии, так что дождь не падает. Избегайте источников тепла, чтобы не вызвать какой-либо пожар и хорошо кондиционированный воздух.
♣ Плавная регулировка зарядного тока выпрямителя основана на свойстве тиристора переходить в открытое состояние по импульсу, поступающему на управляющий электрод. Регулируя время прихода управляющего импульса, можно управлять средней мощностью проходящей через тиристор за каждый период переменного электрического тока.
♣ Приведенная схема управления тиристорами работает по принципу фазо-импульсного метода .
Схема управления состоит из аналога тиристора, собранного на транзисторах Тр1 и Тр2 , временной цепочки, состоящей из конденсатора С и резисторов R2 и Ry , стабилитрона Д7 и разделительных диодов Д1 и Д2 . Регулировка зарядного тока производится переменным резистором Ry .
Переменное напряжение 17 вольт снимается с третьей обмотки, выпрямляется диодным мостом Д3 – Д6 и имеет форму (точка №1) (в кружке №1). Это, пульсирующее напряжение положительной полярности с частотой 100 герц , меняющее свою величину от 0 до 17 вольт . Через резистор R5 напряжение поступает на стабилитрон Д7 (Д814А, Д814Б или любой другой на 8 – 12 вольт ). На стабилитроне напряжение ограничивается до 10 вольт и имеет форму (точка №2 ). Далее следует зарядно – разрядная цепочка (Ry, R2, C) . При возрастании напряжения от 0 начинает заряжаться конденсатор С, через резисторы Ry, и R2 .
♣ Сопротивление резисторов и емкость конденсатора (Ry, R2, C) подобраны таким образом, чтобы конденсатор зарядился за время действия одного полупериода пульсирующего напряжения. Когда напряжение на конденсаторе достигнет максимальной величины (точка №3) , с резисторов R3 и R4 на управляющий электрод аналога тиристора (транзисторы Тр1 и Тр2 ) поступит напряжение для открытия. Аналог тиристора откроется и заряд электричества, накопленный в конденсаторе, выделится на резисторе R1 . Форма импульса на резисторе R1 показана в кружке №4 .
Через разделительные диоды Д1 и Д2 импульс запуска подается одновременно на оба управляющих электрода тиристоров Т1 и Т2 . Открывается тот тиристор, на который в данный момент поступила положительная полуволна переменного напряжения с вторичных обмоток выпрямителя (точка №5) .
Изменяя сопротивление резистора Ry , изменяем время за которое полностью зарядится конденсатор С , то есть изменяем время включения тиристоров во время действия полуволны напряжения. В точке №6 показана форма напряжения на выходе выпрямителя.
Изменяется сопротивление Ry, изменяется время начала открывания тиристоров, изменяется форма заполнения полупериода действующим током (фигура №6). Заполнение полупериода может регулироваться от 0 до максимума. Весь процесс регулирования напряжения во времени показан на рисунке.
♣ Все показанные замеры формы напряжения в точках №1 — №6 проведены относительно плюсового вывода выпрямителя.
Детали выпрямителя:
— тиристоры Т1 и Т2 – КУ 202И-Н на 10 ампер . Каждый тиристор устанавливать на радиатор площадью 35 – 40 см.кв. ;
— диоды Д1 – Д6 Д226 или любые на ток 0,3 ампера и напряжение выше 50 вольт ;
— стабилитрон Д7 — Д814А — Д814Г или любой другой на 8 – 12 вольт ;
— транзисторы Тр1 и Тр2 любые маломощные на напряжение свыше 50 вольт .
Подбирать пару транзисторов необходимо с одинаковой мощностью, разными проводимостями и с равными коэффициентами усиления (не менее 35 — 50 ).
Мною опробованы разные пары транзисторов: КТ814 – КТ815, КТ816 – КТ817; МП26 – КТ308, МП113 – МП114 .
Все варианты работали хорошо.
— Сонденсатор емкостью 0,15 микрофарады ;
— Резистор R5 ставить мощностью в 1 ватт . Остальные резисторы мощностью 0,5 ватта .
— Амперметр рассчитан на ток 5 – 8 ампер
♣ Необходимо с вниманием отнестись к монтажу трансформатора. Советую перечитать статью . Особенно то место, где приводятся рекомендации по фазировке включения первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать схему фазировки первичной обмотки приведенную ниже, как на рисунке.
♣ В цепь первичной обмотки последовательно включается электрическая лампочка на напряжение 220 вольт и мощность 60 ватт . эта лампочка будет служить вместо предохранителя.
Если обмотки будут сфазированы неправильно , лампочка загорится .
Если соединения проведены правильно , при включении трансформатора в сеть 220 вольт лампочка должна вспыхнуть и потухнуть.
На клеммах вторичных обмоток должно быть два напряжения по 17 вольт , вместе (между А и Б) 34 вольта .
Все монтажные работы необходимо проводить с соблюдением ПРАВИЛ ТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ!
Решение проблем мегаваттных зарядных устройств
Исполнительный директор Littelfuse подробно описывает альтернативный метод быстрой и эффективной зарядки мощных коммерческих электромобилей.
Dr. Martin
12-импульсный тиристорный блок с принудительным воздушным охлаждением поддерживает выходную мощность 2 МВт и занимает меньше места, чем конфигурация с полевым МОП-транзистором. (Littelfuse)Наиболее серьезным препятствием для роста числа электромобилей (EV) является инфраструктура для зарядки аккумуляторов. Доступность зарядных станций и время, необходимое для подзарядки транспортных средств, стали критическим препятствием, ограничивающим внедрение электромобилей, что особенно актуально для коммерческих электромобилей для дальних перевозок (CEV). Большегрузные транспортные средства, работающие на ископаемом топливе, такие как грузовики и автобусы, составляют около 25 процентов от общего объема выбросов транспортных средств.
Д-р Мартин Шульц, глобальный директор по разработке приложений, Littelfuse. (Littelfuse)Электрификация этих транспортных средств большой грузоподъемности создает проблему для инфраструктуры зарядки, поскольку транспортные средства перемещаются на большие расстояния и имеют случайные маршруты. Зарядной станции потребуется доступная мощность более 1 МВт, чтобы перезарядить CEV для дальних перевозок менее чем за 30 минут, время, которое водитель сочтет приемлемым для перерыва на обед.
В традиционной схеме мощной зарядной станции используются полупроводники с широкой запрещенной зоной, такие как SiC MOSFET. Однако максимально возможная эффективность должна быть наиболее важной целью проектирования, поскольку потери мощности могут привести к увеличению затрат и нерациональному использованию энергии. Альтернативный дизайн, подробно описанный в этой статье, основан на топологиях, используемых для электролиза, что существенно повышает эффективность схемы, снижает сложность системы и значительно снижает затраты на электроэнергию.
Величина требуемой мощности
Транспортные средства доставки CEV, обеспечивающие внутригородские перевозки в течение дня, часто имеют центральное депо, где возможна ночная зарядка. При простое не менее восьми часов зарядного устройства мощностью 8-10 кВт достаточно для подзарядки 50-80 кВтч аккумуляторной батареи автомобиля. Типичный электрический автобус будет иметь мощность 250 кВтч, и ему потребуется 30-40 кВт для подзарядки в течение 6-8 часов простоя. Зарядное устройство на 500 кВтч обычно удовлетворяет этим требованиям.
Когда роскошь зарядки в течение ночи нецелесообразна, например, для транспортных средств, путешествующих на большие расстояния, должны быть доступны зарядные устройства на станциях вдоль дороги. CEV для дальних перевозок может использовать 500 кВт, поставляемых менее чем за 30 минут, и для такого уровня доставки энергии требуется зарядная мощность более 1 МВт. В результате стандарты для мощных зарядных станций определяют уровни мощности до 2,2 МВт и допускают возможность модернизации до 4,5 МВт в ближайшие годы.
Технология зарядки высокой мощности
Рис. 1. Система зарядки высокой мощности с четырьмя станциями, использующая трансформатор среднего напряжения. (Littelfuse)Имеющиеся на рынке зарядные устройства, такие как зарядные устройства для легковых автомобилей, имеют уровень мощности до 350 кВт и часто устанавливаются группами от шести до десяти зарядных станций. Требуемая мощность для установки требует понижающих трансформаторов для преобразования напряжения сети 10-30 кВ примерно в 690 В переменного тока. На рис. 1 показана блок-схема установки зарядной станции с четырьмя зарядными устройствами. Преобразователи переменного тока в постоянный достигают мощности 350 кВт за счет параллельного подключения блоков, мощность которых обычно составляет 60–80 кВт. Преобразователь переменного тока в постоянный состоит из входного состояния со схемами повышения и коррекции коэффициента мощности и выходного каскада понижающего преобразователя постоянного тока. Выходной каскад подает регулируемое напряжение, подходящее для заряженной аккумуляторной батареи автомобиля.
Рис. 2. Традиционная топология мощного зарядного устройства с использованием мощных МОП-транзисторов для преобразования переменного тока в постоянный. (Littelfuse)Для аккумуляторных систем класса 800 В зарядные устройства должны работать при напряжении до 920 В для надлежащей зарядки этих аккумуляторов. Используя MOSFET на основе SiC 1200 В в конструкции силовой части, как показано на рис. 2, схема может достичь общего КПД до 97 процентов.
Пространство, необходимое для конструкции преобразователя переменного тока в постоянный на основе МОП-транзисторов, содержит объем 35 литров на единицу, что может поместиться в 19Стойка шириной 483 мм, глубиной 800 мм и двумя единицами высоты (HU). Пять из этих 70-киловаттных преобразователей переменного тока в постоянный, соединенных друг с другом для получения мощности 350 кВт, заполняют 175 литров — и это не включает насосы и радиаторы, необходимые для охлаждения контура. Для двойного зарядного устройства мощностью 350 кВт минимальное занимаемое пространство — это куб со сторонами 1,5 м (59 дюймов) и объемом 3,4 м3 (120 футов3). В этот объем входят силовая электроника, система охлаждения и вспомогательные системы.
Для CEV напряжение новых аккумуляторных батарей, скорее всего, достигнет 1,5 кВ. Одним из способов решения проблемы более высокого напряжения батареи было бы использование полевых МОП-транзисторов с более высоким номинальным напряжением, которые занимали бы еще больше места. Однако другой подход может обеспечить лучший вариант для зарядных устройств мощностью 2 МВт и выше.
Эффективная конструкция, основанная на электролизе
Электролиз, электрохимический процесс, используемый для создания чистых элементов, использует постоянное напряжение для запуска химических реакций на катоде и аноде. Процесс требует качественного постоянного напряжения и точного контроля тока. Технология, используемая для электролиза, может работать для зарядки аккумуляторов, что также является электрохимическим процессом.
Рис. 3. Топология мощного 12-пульсного зарядного устройства на основе мостового выпрямителя. (Littelfuse)В мощных электролизных системах часто используется топология схемы, основанная на тиристорах в конфигурации управляемого 12-импульсного мостового выпрямителя. На рис. 3 приведен пример такой мощной тиристорной электролизной системы. Конструкция демонстрирует выдающуюся эффективность и надежность, поскольку представляет собой одноступенчатое преобразование энергии переменного тока в постоянный. Конструкции на основе тиристоров используются десятилетиями, а компоненты имеют превосходные возможности по мощности и термоциклированию.
Трансформаторы, используемые в конструкции на основе тиристоров, имеют тот же размер, что и трансформаторы, используемые для питания конструкций на основе полевых МОП-транзисторов, которые выдают эквивалентную мощность. Экономия пространства достигается за счет тиристорной топологии, которая может составлять всего 10 процентов от размера увеличенной конструкции полевого МОП-транзистора.
Рис. 4. Зарядное устройство с буферным питанием, использующее два последовательно соединенных 6-импульсных мостовых выпрямителя. (Littelfuse)Включение аккумуляторной батареи в систему становится возможностью разгрузить энергосистему от высокой мощности, потребляемой системами зарядки аккумуляторов. Конструкция на основе тиристора может заряжать блок буферных батарей. Блок буферных батарей имеет более высокое напряжение, чем батареи CEV, поэтому для схемы зарядки требуется понижающий преобразователь постоянного тока для согласования выходного напряжения зарядного устройства с батареей CEV. В зависимости от выбора способа обмотки трансформатора конструкторы могут использовать схему либо с параллельными тиристорными мостами, как показано на рис. 3, либо с последовательными мостами, как показано на рис. 4.
С тиристорной топологией схемы, оборудованной батареями, зарядное устройство может либо разгружать сеть при пиковых нагрузках, либо поставлять в сеть накопленную энергию. В отличие от тиристорных конструкций, выпрямительная конструкция зарядных устройств на основе полевых МОП-транзисторов не способна возвращать энергию в сеть. Напротив, угол открытия тиристоров определяет, распределяет ли схема мощность постоянного тока в батарею или мощность переменного тока обратно в сеть. Если угол открытия менее 90°, тиристоры находятся в режиме выпрямления. Тиристоры находятся в инверторном режиме, когда угол открытия составляет от 90° и 180°.
Преимущества тиристорной конструкции
Рис. 5. Ориентировочная рабочая зона зарядного устройства мощностью 2,2 МВт. (Littelfuse)Организация CharIN, некоммерческая организация, содействующая сотрудничеству между компаниями в области электромобильности, опубликовала рекомендации по зарядке мощных транспортных средств. В рекомендациях указаны рекомендуемые максимальные значения зарядного напряжения, тока и общей мощности. На рис. 5 показана рекомендуемая рабочая зона зарядного устройства для зарядных устройств мощностью до 2,2 МВт.
При использовании подходящего мощного тиристора, который может отдавать более 1000 А с сопротивлением в проводящем состоянии около 1 мОм, мостовая схема конфигурации B6 может выдавать 1,1 МВт при внутренних потерях всего 2200 Вт. В результате эффективность превышает 99,7 процента.
Используя топологию MOSFET, два параллельных зарядных устройства могут повысить эффективность с 97 до 98,5 процентов. Даже в этом случае эта конфигурация не приближается к эффективности топологии на основе тиристоров. Кроме того, конфигурация MOSFET с двумя зарядными устройствами имеет гораздо более высокую стоимость и меньшую надежность.
Конструкция на основе тиристоров также требует гораздо меньше места. Стек B12C на 2000 В, способный выдавать 1700 А, имеет размеры, показанные на главном изображении. Для двух блоков с воздушным охлаждением требуется 0,4 м3 (14 футов3). Конструкция на основе тиристоров, исключающая жидкостное охлаждение с соответствующими насосами, трубками и чиллерами, уменьшает пространство для установки с примерно 6 м3 (212 футов3) до менее 1 м3 (35 футов3), экономя 83 процента пространства, необходимого для установки.
Зарядное устройство мощностью 2,4 МВт может передать 400 кВтч в аккумуляторную батарею дальнемагистрального CEV за 10 минут. Если предположить, что зарядное устройство обеспечивает 10-минутную зарядку трех транспортных средств за один час, в течение 24 часов зарядное устройство может поставлять 72 CEV каждый день. За год работы 7 дней в неделю зарядное устройство может обслуживать более 26 000 автомобилей.
Суммарная энергия, выдаваемая зарядным устройством, превысит 10 миллионов кВтч. Зарядное устройство с эффективностью 97 процентов потеряет около 300 000 кВтч в виде тепла. При стоимости электроэнергии в размере 0,11 доллара США за кВтч зарядное устройство мощностью 2,4 МВт будет стоить более 33 000 долларов США из-за потери энергии. Потеря энергии на каждую 1000 установок зарядных устройств будет стоить 33 миллиона долларов.
Зарядное устройство мощностью 2,4 МВт на основе тиристорной топологии, обеспечивающее КПД 99,7 %, снизит потери зарядного устройства с КПД 97 % на 90 %. Кроме того, более низкие требования к охлаждению силовой электроники зарядного устройства еще больше снижают потребление энергии.
В преобразователе с КПД 97% потери 60 кВт должны компенсироваться активной системой охлаждения. Чиллеры и насосы, необходимые для рассеивания 60 кВт, легко потребляют 20 кВт. При работе в течение тех же 4300 часов, что и зарядное устройство, чиллеры и насосы потребляют дополнительно 86 000 кВтч. Дополнительные потребности в электроэнергии добавляют 9,5 миллионов долларов к счету за электроэнергию на каждую 1000 установленных зарядных устройств.
Каждый сэкономленный киловатт-час устраняет 0,5 кг CO2 при производстве электроэнергии. Таким образом, более эффективный подход способствует экономии дополнительных 190 тонн CO2 на зарядное устройство каждый год.
Д-р Мартин Шульц, директор по глобальным разработкам приложений, Littelfuse, отправил эту статью в SAE Media.
Темы:
Архитектура Архитектура Аккумуляторы Аккумуляторы Аккумуляторы Аккумуляторы Аккумуляторы Зарядные станции Зарядные станции Электромобили Коммерческие автомобили Коммерческие автомобили Коммерческие автомобили 0075 Электрические системы Электрические системы Электрификация Электронные системы управления Электронные системы управления Аккумулирование энергии Системы накопления энергии Системы накопления энергии Двигатель/трансмиссия Высоковольтные системы Высоковольтные системы Управление питанием Источники питания Силовая электроника Силовая электроника электроника Транспорт Зарядка автомобиля Зарядка автомобиля Vehicles Voltage regulators Voltage regulators
More From SAE Media Group
Automotive Engineering
Autonomous Vehicle Engineering
Automotive Engineering
Truck & Off-Highway Engineering
Top Stories
INSIDERAerospace
Collins Aerospace Completes Предварительный проект электродвигателя мощностью 1 МВт
INSIDERWeapons Systems
Raytheon соединяет лазерное оружие с системой противовоздушной обороны NASAMS — мобильность. ..
INSIDERПроизводство и прототипирование
Ракетная фабрика In-A-Box Ракетная двигательная установка в любое время и в любом месте
INSIDERPower
Полностью электрический пригородный самолет совершает первый полет — проектирование мобильности… Использование в космосе — технология мобильной инженерии
INSIDERGovernment
Военно-морской флот получает интегрированную многоцелевую систему лазерного оружия — инженерная мобильность…
Интернет-трансляции
Программное обеспечение
Машинное обучение для сокращения разрыва между моделированием и тестированием
Мощность
Прецизионное импульсное высокое напряжение: электропорация, позволяющая медицинскому… …
Автомобилестроение
Электромагнитное моделирование для проектирования автомобилей
Транспорт
Выбор материалов для повышения надежности, производительности,…
Energy
Моделирование для развития устойчивого продукта
Тенденции.
Создание смоделированных лидарных изображений человеческих поз в виртуальной лаборатории
Краткий обзор приложений Propulsion
Гибридный беспилотный вертолет
СтатьиАэрокосмическая промышленность
Как указать и выбрать ВЧ фильтры
SAE Media Group
Забыли логин?Предоставляя свою личную информацию, вы соглашаетесь с тем, что SAE Media Group и тщательно отобранные отраслевые спонсоры этого контента могут связаться с вами, и что вы прочитали и согласны с Политикой конфиденциальности.
Вы можете связаться с нами по адресу [email protected].
Вы можете отказаться от подписки в любое время.
Услуги
Цепь автоматической зарядки аккумуляторов – Matha Electronics
Аккумуляторы широко используются везде, будь то мобильный телефон, аварийное освещение или автомобиль. Перезаряжаемые батареи также широко используются в инверторах, где их постоянное напряжение преобразуется в сетевое переменное напряжение и используется для питания бытового оборудования во время отключения электроэнергии.
Ценность батареи заключается в том, что она хранит энергию. Кроме того, когда заряд батареи заканчивается, ее можно заменить, пополнить или зарядить (очевидно, только с перезаряжаемыми батареями), что делает ее чрезвычайно эффективным и экономичным источником питания.
Схема зарядного устройства может быть относительно простой по конструкции, но батареи, как правило, не выдерживают грубых зарядных напряжений, поэтому всегда рекомендуется использовать высококачественные зарядные устройства с постоянным напряжением для поддержания батареи в хорошем состоянии и постоянного напряжения.
Большинство из нас не инженеры, но мы хотим иметь возможность решать и избегать проблем с батареями простым способом. Мы используем зарядное устройство для устранения таких проблем. Это безопасно для всех пользователей.
На этой странице обсуждается автоматическое зарядное устройство, принцип его работы и многие другие темы.
Основные параметры зарядкиПри надежной зарядке аккумулятора необходимо соблюдать три ключевых элемента.
- Постоянный ток (CC)
- Постоянное напряжение (CV) и
- Автоматическое отключение
Постоянный ток – Величина зарядного тока батареи в этом случае является фиксированной. Напряжение изменяется, чтобы поддерживать этот ток. Это простая форма зарядки аккумуляторов, при этом уровень тока устанавливается примерно на 10% от максимального номинала аккумулятора. Этот метод подходит для аккумуляторов типа Ni-MH. Батарея должна быть отключена или после зарядки должна использоваться функция таймера.
Постоянное напряжение — Ток будет изменяться по мере необходимости для зарядки аккумулятора, в то время как напряжение остается постоянным. Позволяет полному току зарядного устройства поступать в аккумулятор до тех пор, пока источник питания не достигнет заданного напряжения. Затем ток снизится до минимального значения, как только будет достигнут этот уровень напряжения. Аккумулятор можно оставить подключенным к зарядному устройству до тех пор, пока он не будет готов к использованию, и он будет оставаться на этом «плавающем напряжении», подзаряжаясь для компенсации нормального саморазряда аккумулятора.
Автоматическое отключение — Постоянно проверяет напряжение зарядки аккумулятора и отключает напряжение зарядки, когда аккумулятор полностью заряжен.
Это три основных принципа, которые необходимо соблюдать для эффективной зарядки аккумулятора без сокращения срока его службы. Давайте кратко рассмотрим основные характеристики, перечисленные выше.
Цепь постоянного напряженияПостоянное напряжение позволяет полному току зарядного устройства поступать в аккумулятор до тех пор, пока источник питания не достигнет заданного напряжения. Как только этот порог напряжения будет достигнут, ток снизится до минимума. Аккумулятор можно оставить подключенным к зарядному устройству до тех пор, пока он не будет готов к использованию, и он будет продолжать заряжаться при этом «плавающем напряжении», подзарядке для компенсации типичного саморазряда аккумулятора.
Непрерывная зарядка — это метод зарядки аккумуляторов путем регулирования заданного постоянного напряжения. Его основное преимущество заключается в том, что он позволяет избежать перенапряжения и необратимых побочных реакций, что продлевает срок службы батареи. Из-за постоянного напряжения зарядный ток уменьшается по мере зарядки аккумулятора. На почти стадии процесса зарядки большое значение тока необходимо для обеспечения стабильного напряжения на клеммах. Быстрая зарядка обеспечивается высоким зарядным током в диапазоне от 15% до 80% SOC; тем не менее, большой ток нагружает батарею и может вызвать разрушение решетки и поломку полюса.
Как указывалось ранее, мы исследуем режим CV зарядного устройства для литиевых батарей, в котором мы должны управлять напряжением батареи от 6,4 В до 8,4 В. Регулятор напряжения IC LM317 может выполнить это с помощью всего двух резисторов. На схеме ниже показана схема зарядного устройства в режиме постоянного напряжения.
Для расчета выходного напряжения регулятора LM317:
- Vout= 1,25*(1= (R2/R1)), где 1,25 — опорное напряжение.
В этом случае выходное напряжение (Vout) должно быть 8,4 В. Сопротивление R1 в этой схеме должно быть меньше 1000 Ом, поэтому мы выбираем резистор на 560 Ом. Мы можем вычислить значение R2, используя предыдущий алгоритм.
- 8,4 В= 1,25*(1+(R2/560 Ом)
- R2= 3,3 кОм.
В качестве альтернативы можно использовать любую комбинацию номиналов резисторов, обеспечивающую выходное напряжение 8,4 В.
Цепь постоянного токаЗарядка CC* — это базовый подход, при котором батарея заряжается небольшим постоянным током на протяжении всего процесса зарядки.При достижении заданного значения зарядка CC прекращается.Этот метод обычно используется для зарядки NiCd, NiMH и Li-ion. Аккумуляторы.Величина зарядного тока является наиболее важным аспектом, поскольку он оказывает большое влияние на то, как ведет себя аккумулятор.В результате основная проблема зарядки CC заключается в определении соответствующего значения зарядного тока, которое соответствует как времени зарядки, так и использованию емкости. Высокий зарядный ток обеспечивает быструю зарядку, но также оказывает значительное влияние на процесс старения батареи.Низкий зарядный ток обеспечивает хорошее использование емкости, но приводит к относительно медленному заряду. rge, что нежелательно для приложений EV.
Микросхему LM317 можно использовать в качестве регулятора тока с помощью одного резистора. Схема зарядного устройства для данного стабилизатора тока изображена на схеме ниже.
Как указано выше, мы рассматриваем 1000 мА как постоянный ток зарядки.
Чтобы рассчитать номинал резистора для требуемого тока (указанный в паспорте аккумулятора),
Резистор (Ом) = 1,25 / Ток (А)
- R= 1,25/1A= 1,25 Ом.
Чтобы сделать эту схему, нам понадобится резистор на 1,25 Ом. У нас нет резистора с сопротивлением 1,25 Ом, поэтому мы используем следующее ближайшее число, 1,5 Ом, как показано на принципиальной схеме.
Цепь автоматического отключенияФункция автоматического отключения является наиболее важным аспектом зарядки аккумулятора. Схема автоотключения сейчас используется в большинстве аккумуляторов. На приведенной ниже схеме показана схема зарядного устройства с функцией автоматического отключения. Он реализован с помощью регулируемого стабилизатора напряжения LM317.
Эта схема обеспечивает переменное выходное напряжение постоянного тока и заряжает батарею. LM317 представляет собой монолитную интегральную схему, которая поставляется в трех различных корпусах. Этот регулируемый стабилизатор напряжения имеет ток нагрузки 1,5 ампера и диапазон выходного напряжения от 1,2 до 37 вольт.
В нем в основном используются основные компоненты источника питания, такие как трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор. Источник питания переменного тока понижается понижающим трансформатором (от 230 до 15 В). Затем в выпрямителе используются четыре диода 1N4007 для преобразования понижающего переменного тока в постоянный.
Для питания фильтра используются конденсаторы С1 и С2. Мы использовали микросхему C1 LM317 для управления напряжением. Он также работает как регулятор тока. В этом случае переменный резистор VR1 изменяет питание на вывод ADJ (Adjust) регулятора напряжения, что приводит к изменению выходного напряжения.
Здесь показаны зеленый и красный светодиоды. Зеленый светодиод указывает на то, что батарея заряжается, а красный светодиод указывает на то, что батарея полностью заряжена.
Когда аккумулятор полностью заряжен, стабилитрон (12 В) обеспечивает обратное напряжение, которое поступает на базу транзистора BD139, открывая его. Из-за этой проводимости в транзисторе контакт ADJ регулятора напряжения соединяется с землей, отключая выходное напряжение регулятора. Чтобы избежать перегрева во время этого непрерывного процесса, используйте радиатор с регулятором напряжения.
Микросхема LM317 имеет изменяемое выходное напряжение. Это напряжение можно регулировать с помощью вывода ADJ, что приводит к более высокому общему выходному напряжению.
- Vвых = Vref (1 + R2/R1) + IADJ R2
Где Vвых — выходное напряжение.
В зависимости от положения резистора формула будет следующей:
- Vout = VREF (1 + VR1 / R1) + I ADJ VR1
Очень важно тщательно выбирать зарядный ток, чтобы продлить срок службы батареи. Этот зарядный ток определяется емкостью аккумулятора (номинал в ампер-часах). Каждая батарея имеет номинал в ампер-часах. Это хранилище заряда аккумулятора.
Оптимальное время зарядки аккумуляторов 2-3 часа. Этот ток зарядки зависит от типа батареи, поэтому вы можете регулировать ток зарядки в зависимости от емкости и типа батареи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ :
Надеюсь, этот пост помог вам понять всю схему автоматизированного зарядного устройства. Зарядные устройства используются для различных целей, включая зарядные устройства для мобильных телефонов, зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей и зарядные станции. Мы можем сконструировать схему зарядного устройства с использованием тринистора, операционного усилителя, различных интегральных схем регулятора и других компонентов в зависимости от характеристик аккумулятора.