Схеми зарядного пристрою для автомобільного акумулятора

Будь автолюбитель знає, скільки неприємностей може доставити акумулятор, не працюючий в штатному режимі. Гарантовано безвідмовно він може пропрацювати мінімум 5 років за умови, що водій постійно стежить за його станом. Але ситуації, коли акумуляторна батарея (АКБ) перестає виконувати свої функції, трапляються досить часто. Причин може бути досить багато, починаючи від несправностей в системі електропостачання автомобіля і закінчуючи тривалим простоєм авто в важких погодних умовах, найчастіше на холоді.

Тому до вибору підзарядки АКБ автолюбителі, які не бажають витрачати гроші в спеціальних сервісних центрах, повинні підійти з великою відповідальністю.

Види зарядних пристроїв

Перед придбанням зарядного пристрою (ЗУ) автолюбитель повинен знати, що торгівля пропонує ЗУ двох основних видів:

• пристрою зарядно-передпускові;
• зарядно-пускові ЗУ.

Перший вид призначений тільки для підзарядки акумуляторних батарей.

При підключенні клем АКБ проводами з клещевіднимі зажимами до виходу пристрою здійснюється підзарядка акумулятора.

Використовуючи зарядно-пускові ЗУ можна здійснювати як звичайну підзарядку акумулятора, так і запуск двигуна обертанням стартера без підключення акумуляторної батареї.

Основні критерії вибору

Критеріями можуть служити робочі параметри. До них відносяться:

• максимальна вихідна напруга;
• максимальний навантаження струм.

Максимальна напруга для зарядки 12- вольтів кислотних батарей (з урахуванням падіння напруги на проводах і клемах АКБ) 15,5 В. При виборі такого ЗУ в кінці зарядки напруга акумулятора складе близько 14,5 В.

Максимальний струм вибирається виходячи з номінальної ємності АКБ.

Для кислотних акумуляторів діє просте співвідношення між ними:

Imax = 0,1 C ном.

Для лужних батарей:

C ном – потужність АКБ, виражена в Ампер-годинах (А-ч).

Вибравши ЗУ з Imax = 10А, можна зарядити будь-який автомобільний акумулятор.

Класифікація зарядних пристроїв

ЗУ можна класифікувати по схемним рішенням, по елементній базі, використовуваної при їх проектуванні, по принципам перетворення змінного струму в постійний. Виходячи з цього, можна виділити дві групи пристроїв зарядки акумуляторів:

• трансформаторні ЗУ;
• імпульсні пристрої зарядки.

У пристроях першої групи використовується потужний силовий трансформатор.

В імпульсних пристроях зарядки здійснюється перетворення струму мережі в послідовність імпульсів високої частоти.

трансформаторні ЗУ

У трансформаторних ЗУ використовуються потужні електронні компоненти. Вони можуть витримувати перевантаження (в розумних межах), справляються з ситуаціями помилкового підключення до клем АКБ. У ЗУ саморобного виготовлення такого типу не завжди присутні всі компоненти, необхідні для стабільної і безпечної зарядки акумуляторів. До необхідних компонентів схеми зарядки відносяться:

• трансформаторний блок живлення;
• стабілізатор струму зарядки;
• струмовий регулятор заряду АКБ;
• пристрій захисту від коротких замикань;
• пристрою індикації параметрів.

У простих «саморобки» регулятором струму часто виступають дротові реостати з ручним керуванням, лампи ближнього і дальнього світла автомобіля, які облаем в деякій мірі властивістю термосопротивлений. Зі збільшенням сили струму через спіраль лампи її опір зростає. Таким чином, величина струму як би підтримується на постійному рівні. На елементах таких схем виділяється велика теплова потужність. ККД цих ЗУ невеликий. Елементи пристроїв, зібраних за такими схемами, пожежонебезпечні, і їх надійність залишає бажати кращого.

У деяких схемах використовують набір конденсаторів різної ємності.Вони вручну включаються по черзі послідовно з первинної обмоткою понижуючого трансформатора. Володіючи ємнісним опором, вони знижують величину вхідної напруги. Зменшується напруга в понижувальної обмотці трансформатора і величина струму заряду акумуляторної батареї. Нагрівання елементів в цих схемах менше, а їх ККД зростає.

Діоди в випрямному мосту повинні бути підібрані за величиною струму заряду батареї. Струм через них повинен бути більше максимального зарядного струму. Вони зазвичай встановлюються на пластинчасті металеві радіатори, відводять від діодів надлишок тепла і запобігають їх перегрів.

Більш досконалі конструкції передбачають можливість їх автоматичного відключення від навантаження при повній зарядці АКБ. Такі схемні рішення дозволяють не боятися обривів в ланцюзі навантаження і коротких замикань в ній.

У «просунутих» схемах для регулювання зарядного струму використовують тиристори. Напруга на керуючому електроді, що визначає ступінь відкривання приладу, через який протікає струм зарядки, встановлюється вручну змінним резистором схеми. Його вісь виведена на передню панель пристрою зарядки.

Як пристрої індикації параметрів зарядки виступають стрілочні амперметри, що включаються послідовно в ланцюг навантаження і вольтметри, контролюючі напруга на клемах акумуляторних батарей. В останніх моделях ЗУ стрілочні індикатори поступово замінюють цифровими. Схема ускладнюється, тому що необхідно живити і елементи електронної індикації.

Схема автоматичного зарядного пристрою для акумуляторів 12 В дозволяє підключати ЗУ до мережі при підключенні проводів з клещевіднимі зажимами до АКБ. Після закінчення заряду, коли струм зменшується до величини спрацювання компаратора схеми, контакти реле розмикаються, світлодіод сигналізує про закінчення процесу зарядки і ЗУ відключається від напруги.

імпульсні пристрої

Пристрої цього класу, як і трансформаторні ЗУ, ставлять перед собою завдання – відновлення працездатності акумуляторних батарей при їх частковому або повному розряді. Але схемні рішення, використані в них, грунтуються на застосуванні сучасної бази.

Для того щоб позбутися від потужних силових понижуючих трансформаторів, в імпульсних ЗУ змінне напруга мережі (50 Герц) перетворюється в змінну напругу імпульсної форми високої частоти. Це високочастотну напругу за допомогою імпульсного трансформатора доводиться до значень, необхідних для зарядки АКБ. Потім воно випрямляється і фільтрується. Частота перетворення зазвичай близько 50 кілогерц, розміри трансформатора, який в основному визначає розміри пристрою, мінімізуються.

Підвищені вимоги до ЗУ імпульсного типу пред'являються до рівня перешкод, створюваних генераторами цих пристроїв. Для цих цілей в схемах використовують високочастотні дроселі. Трансформатори виконані у вигляді обмоток на феритових кільцях. Імпульсні діоди мають невеликі розміри.

Якщо уявити загальну схему пристрою у вигляді окремих складових частин, то вона буде включати в себе:

• блок мережевого випрямляча;
• блок перетворювача;
• імпульсний трансформатор;
• блок контролю зарядки;
• прилади індикації параметрів.

У пристроях імпульсної зарядки можна використовувати один із способів відновлення працездатності батарей:

• постійним струмом;
• напругою постійної величини;
• комбінованим способом.

Останній з них дозволяє на різних етапах процесу використовувати як перший, так і другий способи. При розрядженому акумуляторі необхідно його підзарядити постійним струмом до певної межі. Після цього включається режим стабілізації напруги при уменьшающемся струмі заряду.

Імпульсні ЗУ можна розділити, в свою чергу, на ручні, що вимагають самостійного регулювання напруги і сили струму, автоматичні, в яких процес регулюється програмним шляхом, і напівавтомати.

Порівняння ЗУ різних класів

Треба зауважити, що як одні, так і інші пристрої зарядки акумуляторів мають ряд переваг і недоліків. Розглянувши кожен клас і порівнявши їх між собою, можна прийти до остаточного висновку про придбання того чи іншого пристрою.

Трансформаторні зарядні пристрої

Серед достоїнств трансформаторних ЗУ можна відзначити такі: простота конструкції, яку може повторити радіоаматор не дуже високої класу, надійність, перевірена часом, доступність елементів схеми, відсутність мережевих і радіоперешкод.

З недоліків можна відзначити: значна питома вага і габарити, невисокий коефіцієнт корисної дії через втрати в металевих сердечниках трансформаторів.

імпульсні ЗУ

Перевагами цих пристроїв є: невелика вага через відсутність заліза мережевих трансформаторів і радіаторів силових елементів, високий (до 98%) ККД, великі допуски на частоту і напругу мережі живлення, велика кількість елементів захисту і автоматизації процесу зарядки АКБ.

До недоліків відносяться наступні: відсутність гальванічної розв'язки від мережі живлення, наявність широкого спектра гармонік, що вимагає приймати додаткові схемні рішення для їх придушення.

Поступово все більше число автолюбителів, які прагнуть убезпечити себе від неприємних ситуацій, пов'язаних з несправностями акумуляторних батарей, вибирають зарядні пристрої імпульсного класу.