Автомат для дозарядки АБ

Министерство образования РФ
ТЮМЕНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ












ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
ккурсовой работе по дисциплине
«Электроникаи схемотехника»
натему: «Автомат для дозарядки АБ»












                                                                                Выполнил:
Астафьев М. А.
Руководитель:
ГурьеваЛ. В.





Тюмень
2004Реферат
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 данномотчёте рассматривается устройство, предназначенное для  дозарядки и полной зарядки аккумуляторныхбатарей. Цель отчёта -исследовать  устройство и принцип работы  с подробным описанием назначения каждогоэлемента схемы.
Переченьключевых слов, использованных при написании отчёта, включает в себя следующиепонятия: БЛОК ПИТАНИЯ, РЕЛЕ, СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, ФОРМИРОВАТЕЛЬПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ, УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР, ТАЙМЕР, КОМПОРАТОР, УЗЕЛУПРАВЛЕНИЯ РЕЛЕ.




СОДЕРЖАНИЕ
 TOC o «1-3» h z u Реферат. PAGEREF _Toc94865425 h 2
Введение. PAGEREF _Toc94865426 h 4
1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. PAGEREF _Toc94865427 h 5
2. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ… PAGEREF _Toc94865428 h 8
3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ… PAGEREF _Toc94865429 h 10
4. ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙСХЕМЕ. PAGEREF _Toc94865430 h 16
5. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ… PAGEREF _Toc94865431 h 17
Заключение. PAGEREF _Toc94865432 h 18
Список используемых источников. PAGEREF _Toc94865433 h 19
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Принципиальная схема. PAGEREF _Toc94865434 h 20

Введение

В настоящеевремя радиотехника и радиоэлектроника рассматриваются как сугубо практическиедисциплины, призванные решать бытовые проблемы современного общества.
Поэтомув данной работе рассматривается автомат для дозарядки АБ, необходимыйавтомобилисту в подержании полной заряженности аккумуляторной батареи приэксплуатации. Автоматы для дозарядки АБ широко используется среди любителей ипрофессиональных автомобилистов.
Существуетбольшое количество  автоматическихзарядных устройств в продаже и описанных в радиолюбительской литературе, но онипрекращают зарядку батареи либо по истечению определенного времени, либо подостижении на клеммах батареи определенного (порогового) значения напряжения. Врамках этих функциональных особенностей автоматов и других факторов (природныеусловия, состоянии батареи) не удается произвести качественную дозарядкуаккумуляторных батарей.       
Имеются другие, более надежные признакиполучения АБ полного заря­да. Это прекращение (при постоянстве величинызарядного тока) роста напря­жения на клеммах батареи, а также прекращениеувеличения плотности электролита.
Практика показывает, что с достаточ­нойточностью можно ограничиться одним из этих признаков, т.е. контро­лем за ростомнапряжения на батарее, и при его прекращении и постоянстве величины напряженияв течение определенного времени выключать заряд­ное устройство.
Конечно, зарядное устройство, ис­пользующееэтот принцип, более слож­но, чем простой пороговый автомат, однако его преимуществаочевидны.
















1.   
Большая часть деталей устройстваразмещена на печатной плате размера­ми 75x100 мм (рис.1.1), выполненной изодностороннего фольгированного стек­лотекстолита толщиной 1,5 мм. Плата, трансформаторТ1, реле К1 и конденса­тор С1 с резистором R1 смонтированы на П-образном шассииз дюралюминия толщиной 2 мм,размерами 20x90x215 мм. Диоды VD1 ...VD4 размещены в основании шасси наотдельных небольших радиаторах с поверхностью охлаждения каждого 10 см2.Кнопка SB1, светодиоды НL1, HL2 пре­дохранителиFU1, FU2 и клеммы XI, Х2 вынесены на лицевую панель размерами 95x110x220 мм,выполненную из дюралю­миния толщиной 2 мм. В шасси устрой­ства и верхней частизадней стенки кор­пуса просверлены отверстия 05 мм для циркуляции воздуха.


Рис 1.1

Все постоянные резисторы, использу­емыев зарядном устройстве — МЛТ, а подстроенные (R19, R22) —СПЗ-38. Ре­зисторыматрицы (R11...R18) желатель­но подобрать так, чтобы сопротивления двухсоседних резисторов отличались друг от друга ровно в два раза. Если такойвозможности  нет, можно обойтись и безподбора ре­зисторов, однако в этом случае, возмож­но, не будет обеспеченаравномерность изменения напряжения на выходе мат­рицы, что, впрочем, малоповлияет на работу устройства в целом. Резисторы с сопротивлениями, выходящимииз стандартного ряда (R12, R17, R18), мож­но составить из двух последовательновключенных резисторов стандартных номиналов.
Конденсатор С1 — типа МБГЧ с но­минальнымнапряжением 250 В. При использовании металлобумажных кон­денсаторов другихтипов (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, остальныеконденсаторы — КМ-5 или КМ-6. Вообще, устройство некритич­но к выборуэлементов. Так, в качестве С2… С4 могут быть использованы оксид­ныеконденсаторы любых типов, подхо­дящие по емкости и номинальному на­пряжению.
Стабилизатор напряжения 78L09 (DA1)можно заменить любым отече­ственным микросхемным стабилизато­ром напряжения на9 В, например КР1157ЕН902. В качестве DA2 можно использовать компараторК521САЗ, од­нако это потребует изменения трасси­ровки печатной платы.
Диоды выпрямительного моста VD1...VD4должны допускать прямой ток не менее 2 А. В случае, когда не исклю­чаютсяошибочные подключения акку­муляторной батареи в обратной поляр­ности, лучшеприменить диоды с неко­торым запасом по допускаемому прямо­му току, особенно вимпульсе. Можно порекомендовать диоды серии КД206, КД213.
Диоды КД106А (VD5, VD6) можно заме­нитьдиодами серий КД105, Д226, Д237; остальные —диодами серий Д220, Д223, Д311,Д312. Вместо стабилитрона КС522А (VD8) можно применить КС220Ж или двапоследовательно включенных стабилит­рона Д814В.
В качестве VT1 можно применить лю­боймаломощный n-p-n транзистор спостоянным напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и коэффициен­томпередачи тока базы более 40. По­дойдут транзисторы указанной на схе­ме серииКТ3102 с любым буквенным индексом кроме Г и Е, КТ315Г, КТ312В. Вместо КТ608Бможно применить тран­зисторы из серий КТ503, КТ807.
В устройстве использовано реле РКМП, ссопротивлением обмотки 600 Ом и током срабатывания 20 мА.
Можно использовать любое реле с однойгруппой нормально разомкнутых контак­тов, допускающих коммутацию перемен­ногонапряжения 220 В, с коммутируемым током не менее 0,3 А. Реле должно на­дежносрабатывать при напряжении не более 12 В и токе 20..40 мА. Подойдут реле РЭС22.При­менимы реле РЭС6, у которых неиспользуемую группу кон­тактов желательнонемного отогнуть для уменьшения тока срабатывания.
Кнопка SB1 — КМ1, КМ2-1. В качествепредохранителей FU1, FU2 желательно использовать быстродействующие плавкиевставки ВПЗТ-2, которые мож­но заменить на ВП1.
В зарядном устройстве применен унифицированныйтрансформатор ТПП277-127/220-50 с номинальной мощностью 72 Вт и током вторичных
обмоток 3,2 А.Можно применить и дру­гие унифицированные трансформаторы, рассчитанные наработу от сети часто­той 50 Гц и напряжением 127/220 В: ТПП280, ТПП281, ТПП282,ТН52, ТН53, ТН54, ТН56, ТН57. Если устройство предназначается только для работыс аккумуляторной батареей 6СТ-55, то при зарядном токе 2,75 А подойдет такжетрансформатор ТН49-127/220-50. Схе­мы включения трансформаторов приве­дены нарис.1.2.
                               
Рис. 1.2.

Правильно собранное устройство на­лаживанияне требует. Следует лишь установить необходимые уровни напря­жений на входахкомпаратора. Для это­го устанавливают движки резисторов R19 и R22 в нижнее посхеме положе­ние. Подключают к клеммам Х1 и Х2 аккумуляторную батарею, включаютус­тройство 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 егодвижок до тех пор, пока вольт­метр не покажет величину напряжения, равную 0,45напряжения на Х1. После это­го вольтметр подключают к выходу резистивнойматрицы (общей точке соедине­ния резисторов R11...R18) и резистором R19устанавливают напряжение 5,0 В.
При такой регулировке диапазон кон­тролируемогонапряжения на заряжае­мой аккумуляторной батарее составля­ет (с учетомдопустимых соотношений входных напряжений компаратора и на­пряжения питания) от11,1 до 17,3 В, что вполне достаточно для выбранной ве­личины зарядного тока.Следует иметь в виду, что падение напряжения на про­водах, соединяющихустройство с акку­муляторной батареей, не должно превы­шать величины 1 В.
В заключение производят, в случаенеобходимости, регулировку зарядного тока подбором емкости конденсатора С1,которую выполняют подключением к его выводам подходящих по номиналь­номунапряжению конденсаторов емко­стью 0,5...1 мк.
                  2. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Функциональная схема устройствапредставлена на рисунке 2.1.

Функциональная схемаавтомата для дозарядки АБ



Блок питания
Формирователь прямоугольных импульсов
Стабилизатор напряжения
Управляемый генератор
Таймер
Компаратор
Узел управления реле
Реле
220 В
       +
 АБ 
       -

















Рис. 2.1

·       Блокпитания:
Блокпитания подает напряжение на аккумуляторную батарею и стабилизатор напряжения.

·       Стабилизаторнапряжения:
Обеспечиваетпитанием цифровую часть устройства.

·       Формировательпрямоугольных импульсов:
Формируетимпульсы с частотой 50 Гц.

·       Управляемыйгенератор:
Образуетступенчато возрастающего напряжения, используемого в качестве опорного длякомпаратора.

·       Компаратор:
Сравниваетопорное напряжение с напряжением на аккумуляторных клеммах.



·       Таймер:
Определяетпериодичность контроля за ростом напряжения на заряжаемой аккумуляторнойбатареи.

·       Узелуправления реле:
Вырабатываетсигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течениезаданного времени.

·       Реле:
Отключаетустройство от сети 220 вольт.



























3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

На срок службы автомобильной ак­кумуляторнойбатареи (АБ) значитель­ное влияние оказывает степень ее заряженности.Желательно, чтобы боль­шую часть времени батарея была пол­ностью заряжена. Впроцессе эксплуа­тации обычно наблюдаются колебания степени заряженности АБоколо некото­рого среднего значения, называемого установившейся степеньюзаряженнос­ти. Ее величина зависит от многих факторов. Следует отметить, чтозимой установившаяся степень заряженности, как правило, значительно ниже, чемле­том. Низкая степень заряженности в ус­ловиях холодного климата являетсяглавной причиной интенсивного «оплы­вания» активной массы сэлектродов аккумуляторной батареи и сокращения ее срока службы.
Возникает необходимость в заряд­номустройстве, с помощью которого за то время, пока автомобиль находит­ся в гараже(в большинстве случаев за ночь), можно было бы довести степень заряженностиаккумуляторной батареи до полной.
Вполне закономерен вопрос: «Поче­мунельзя использовать для этой цели, существующие автоматические заряд­ныеустройства?»
Дело в том, что большинство имею­щихся впродаже или описанных в ра­диолюбительской литературе автомати­ческих зарядныхустройств 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 дляпроведения полного цикла заряд­ки батареи от нулевой степени заря­женности. Чтокасается вторых, то из­вестно, что величина порогового на­пряжения зависит отцелого 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 будетсоответствовать 50% ее заряженности при температуре элект­ролита -10.°С и 95%заряженности при температуре электролита +30°С.
С целью исключения несрабатыва­нияустройства автоматического от­ключения, устанавливается заведомо заниженнаявеличина порогового напряжения (как правило, в пределах 14,3...14,5 В). Однакодаже при заряд­ном токе, численно равном 0,05 емко­сти батареи, напряжение наее клем­мах при полном заряде может дости­гать величины 15,9...16,2. В. В ре­зультатеаккумуляторная батарея оста­ется не дозаряженной в течение всего времениэксплуатации, что приводит к необратимой сульфитации электродов и сокращению еесрока службы.
Существуют другие, более надежныепризнаки получения АБ полного заря­да. Это прекращение (при постоянствевеличины зарядного тока) роста напря­жения на клеммах батареи, а такжепрекращение увеличения плотности электролита.
Практика показывает, что с достаточ­нойточностью можно ограничиться одним из этих признаков, т.е. контро­лем за ростомнапряжения на батарее, и при его прекращении и постоянстве величины напряженияв течение не менее двух часов выключать заряд­ное устройство.
Конечно, зарядное устройство, ис­пользующееэтот принцип, более слож­но, чем простой пороговый автомат, однако егопреимущества очевидны. Исключается возможность не отключе­ния устройства отсети из-за установ­ки повышенного значения «порога», а такженедозаряд батареи вследствие преждевременного отключения заряд­ного устройства.
Очевидно, что для дозарядки бата­реивполне достаточно иметь устрой­ство, обеспечивающее выходной ток, равный токувторой ступени режима зарядки, рекомендуемому инструкци­ей по эксплуатациистартерных аккуму­ляторных батарей (равный, в амперах, 0,05 емкости батареи вампер-часах). Снижение величины зарядного тока благоприятно сказывается нааккуму­ляторной батарее. Как отмечается в, при этом повышается общий КПД про­цессазарядки и обеспечивается более полный заряд АБ. В жаркое время года зарядкуможно проводить, не опасаясь превысить допустимую температуру электролита.Немаловажен и тот факт, что заметно уменьшаются масса и га­бариты зарядногоустройства.
Вместе с тем, проведение полной за­рядкиаккумуляторной батареи (от нуле­вой степени заряженности), которая, какправило, может понадобиться не чаще одного-двух раз в год при контрольномразряде батареи с целью оценки ее со­стояния, займет с таким зарядным уст­ройствомне более 21...22 часов. В большинстве случаев это удобно (ве­чером поставил назарядку — вечером, через сутки, получил полностью заря­женную батарею).
Устройство не боится кратковремен­ныхзамыканий в цепи нагрузки и об­рывов в ней. Приняты меры для защи­ты устройствапри ошибочном подклю­чении аккумуляторной батареи в об­ратной полярности.
Авторский вариант устройства пред­назначендля работы с аккумуляторной батареей 6СТ-60, поэтому зарядный ток выбран равным3 А. Для исполь­зования устройства с наиболее рас­пространенной батареей6СТ-55, дос­таточно снизить величину тока заряд­ки до 2,75 А.
Схема зарядного устройства приведе­на нарис.3.1. Она содержит блок питания, выполненный по простой и хорошо за­рекомендовавшейсебя схеме с гасящим конденсатором. Микросхемный стабили­затор напряжения DA1 обеспечивает питанием цифровую часть устройства.На элементах DD1.1 и DD1.2 собранформирователь прямоугольных импуль­сов частотой 50 Гц. Счетчики DD2.1, DD3 совместно сэлементами DD1.3, DD1.4 образуюттаймер, определяющий периодичность контроля за ростом на­пряжения на заряжаемойаккумулятор­ной батарее. Двоичные счетчики DD5.1и DD5.2 совместно с резистивной мат­рицей R11...R20 образуютуправляемый генератор ступенчато возрастающего напряжения, используемого в качествеопорного для определения с помощью компаратора DA2прекращения роста напряжения на аккумуляторной батарее. Двоичный счетчик DD2.2 вырабатывает сигнал на выключение устройства припостоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени. На транзи­сторахVT1, VT2 собран узелуправле­ния реле К1.



Рис.3.1





Светодиод HL1зеленого цвета инди­цирует включение устройства. Свето­диод HL2 красного цвета зажигается при ошибочномподключении батареи в обратной полярности. После исправ­ления ошибкипотребуется сменить предохранитель FU2.
Проследим работу устройства. Передвключением его в сеть необходимо под­ключить к зажимам Х1 и Х2 аккумулятор­нуюбатарею. Далее нажимают кнопку SB1. Череззамкнутые контакты кнопки и конденсатор С1 на трансформатор Т1 подаетсянапряжение сети. Ко вторич­ной обмотке трансформатора подклю­чен выпрямительныймост на диодах VD1...VD4, с которого снимается пуль­сирующее напряжение,создающее ток зарядки аккумуляторной батареи. Два диода этого моста совместно сдиода­ми VD5, VD6 образуютвторой выпрями­тельный мост, постоянное напряжение с которого после сглаживанияконден­сатором СЗ подается для питания узла на транзисторах VT1, VT2. Цифроваячасть устройства залитана от микро­схемного стабилизатора DA1, обеспечи­вающего высокую стабильность и низ­кийуровень пульсаций выходного на­пряжения.
Начинается зарядка аккумуляторнойбатареи. Через диод VD7 пульсирую­щеенапряжение поступает на фильтр низких частот R4-C3, снижающий пуль­сации до уровня, при котором онине оказывают заметного влияния на рабо­ту компаратора DA2.С конденсатора СЗ постоянное напряжение, пропорци­ональное напряжению наклеммах за­ряжаемой батареи, через резистивный делитель напряжения R21-R22 посту­пает нанеинвертирующий вход компа­ратора DA2 (вывод 3). Наинвертиру­ющий вход компаратора (вывод 4) по­ступает напряжение с резистивнойматрицы R11...R20. В моментвключе­ния 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 меньшенапряжения, по­ступающего на вывод 3 DA2. На выхо­декомпаратора (вывод 9) при этом высокий уровень, который через рези­стор R26 поступает на вход R(вывод 7) счетчика DD2.2, обнуляятакже и его. Напряжение низкого уровня с выхода DD2.2(вывод 4) через резистор R25 поступает набазу транзистора VT1, закрывая его.Транзистор VT2 при этом открывается, срабатывает реле К1 и своимиконтактами блокирует контак­ты кнопки SB1.
Через резистивный делитель R2-R3 наформирователь прямоугольных им­пульсов, выполненный на элементах DD1.1 и DD1.2, поступаетпульсирующее напряжение частотой 50 Гц. С выхода, формирователя импульсыподаются на входы счетчиков DD2.1 и DD5.1. Счет­чик DD2.1совместно со счетчиком DD3 и элементами DD1.3, DD1.4 образуюттаймер, отсчитывающий часовые про­межутки времени. С целью некоторого упрощениясхемы, цикл выбран равным примерно 65 минутам, что практически не влияет нарежим зарядки аккумуля­торной батареи.
Пока таймер не отсчитал заданныйинтервал времени, на выходе элемен­та DD1.4 будетприсутствовать логический «0» и, следовательно, на выхо­де элемента DD4.3 и входе CN(вывод 1) счетчика DD5.1 будетлогическая «1», запрещающая работу счетчика. Через час на выходеэлемента DD1.4 появит­ся напряжение высокого уровня. Эле­мент DD4.3 переключится и разрешит работу счетчика DD5.1, а также связан­ного с ним счетчика DD5.2. На выходе резистивной матрицы начнет формиро­ватьсяступенчато возрастающее (в такт входным импульсам) напряжение. Его минимальнаявеличина (при логическом «0» на всех выходах счетчиков) выстав­ляетсярезистором R19 в процессе ре­гулировки, а максимальная — практи­ческиравна напряжению питания счет­чиков DD5.1, DD5.2. Весь диапазон вы­ходного напряжения матрицыразбит на 256 ступеней по 16...18 мВ.
Компаратор DА2сравнивает напря­жение на своем неинвертирующем вхо­де, которое пропорциональнонапря­жению на аккумуляторной батарее, с напряжением на выходе матрицы. Кактолько эти напряжения сравняются, компаратор переключится, и на его выходепоявится напряжение низкого уровня. Элемент DD4.3также переклю­чится, и логическая «1» с его выхода запретит работусчетчика DD5.1. Таким образом, на инвертирующем входекомпаратора зафиксируется напряже­ние, пропорциональное напряж