Пуско-зарядное устройство 12 В для автомобиля своими руками

Завести машину при низкой температуре порой бывает достаточно проблематично, особенно если ваша батарея не первой молодости. Что делать, если выезжать надо немедленно и ждать, пока АКБ подзарядится от ЗУ, просто нет времени? Подобную неприятность можно избежать, если у вас имеется пуско-зарядное устройство. Оно продаётся в автомагазинах, однако стоимость изделия кусается. Поэтому многие автовладельцы, хоть немного знакомые с паяльником и знающие азы радиотехники, предпочитают собрать пуско-зарядное устройство своими руками.

Какими параметрами должно обладать пуско-зарядное устройство?

Чтобы силовой агрегат гарантированно завёлся, требуется рассчитывать параметры используемых компонентов конструкции. На выходе ПЗУ должно обеспечивать ток не менее 100 А, то есть мощность P = 1200 Вт. Но обязательно должен быть запас. Поэтому выдаваемое U = 14–16 В. Стоит отметить, что это минимальные параметры, с которыми возможен пуск мотора при условии, что АКБ хоть чуть-чуть, но ещё жива. Дело в том, что стартеру единовременно требуется энергия до 200 А, и некоторую её часть выдаёт батарея. Когда коленвал начинает проворачиваться, количество потребляемого тока падает примерно вдвое.

Выбор простой схемы на основе трансформатора

ПЗУ какого угодно типа выполняют одну и ту же задачу – помогают завести машину. Однако, собирая пуско-зарядное устройство для автомобиля своими руками или покупая его, стоит помнить, что по внутренней электронной начинке существует несколько разновидностей:

• работающие на трансформаторе;
• отдающие энергию от специального отдельного аккумулятора (бустеры);
• конденсаторного типа;
• импульсные.

Так как речь идёт о наиболее простых ПЗУ, которые можно собрать своими руками, то далее будут рассматриваться схемы первого типа из указанных выше.

Описание и принцип работы пуско-зарядного устройства

Здесь особо сложного ничего нет. Сетевое U = 220 В подаётся через выключатель на первичную обмотку трансформатора, а на вторичной происходит уменьшение переменного напряжения. Потом оно сглаживается двухполупериодным или мостовым выпрямителем, собранным на мощных диодах. Далее пульсирующее напряжение может быть отфильтровано посредством электролитических конденсаторов. При необходимости около выхода осуществляется увеличение напряжения, что делается с помощью усилителей, в которых основными компонентами являются транзисторы, тиристоры.

Из недостатков описываемого пуско-зарядного устройства можно отметить разве что солидный вес, что обусловлено установкой мощного и, как следствие, габаритного трансформатора. Ниже – схема двухполупериодного пуско-зарядного устройства своими руками:

В этой схеме задействован лабораторный трансформатор ЛАТР. Вместо двух диодов можно использовать и диодный мост типа КЦ405. Схема пуско-зарядного устройства для автомобиля с усилителем:

Как сделать пуско-зарядное устройство своими руками, чтобы оно наверняка заработало? Нужно соблюдать параметры деталей. Мощность указанных на картинке тиристоров – не менее 80 А (если будет использоваться диодный мост, то от 160 А). Диоды на ток – 100–200 А. Транзистор – КТ361 либо КТ 3102 (можно любой другой с такими же параметрами). Мощность используемых резисторов – от 1 Вт.

Собранное своими руками зарядно-пусковое устройство подключается через зажимы-крокодилы к АКБ в соответствии с полярностью. При нормально заряженной батарее с ПЗУ энергия поступать не будет. Если же АКБ не функционирует, тиристорный переход откроется, и зарядный ток пойдёт на батарею и стартер.

Расчёт обмоток трансформатора

Сначала нужно подобрать магнитопровод, сечение которого должно быть не меньше 37 кв. см. Чтобы рассчитать количество витков в первичной обмотке, необходимо воспользоваться формулами: Т = 30/S, где S – площадь магнитопровода и N = 220*Т, то есть W1 = 220*30/37 = 178 витков. Для обмотки необходимо использовать изолированный провод сечением не менее 2 кв. мм. Формула для вторичной обмотки: W2 = 16*Т = 16*30/37 = 13 витков. Здесь понадобится шина из алюминия площадью 36 кв. мм.

Стоит заметить, что формулы не всегда могут выдавать точное число обмоток (особенно вторичной), поэтому можно применить метод подбора. Намотав первичную обмотку, накрутите несколько витков вторичной и измерьте получившееся напряжение, не обрезая шину. Таким образом нужно добиться на выходе значения 14–16 В.

Дело будет обстоять проще, если у вас имеется ЛАТР – лабораторный трансформатор. От него нужно взять сердечник. Количество витков первичной обмотки – 265–295. Используйте изолированный провод сечением 2 мм. Намотку производите в три слоя. Далее обязательно проверьте значение тока холостого хода (включите мультиметр в разрыв между сетью 220 В и одним из концов обмотки). Прибор должен показывать 210–390 мА. Если показания больше, число витков нужно увеличить, в противном случае, наоборот, уменьшить. Вторичная обмотка разделена на две секции, в каждой из которых 15–18 витков. Здесь понадобится провод сечением 10 кв. мм.

Расчёт выпрямителя

Далее рассмотрены параметры электронных компонентов (помимо указанных выше), применяемых в обеих схемах:

1. Диоды. Максимальный пропускаемый ток не должен быть менее 100 А. Это могут быть В200, Д141, 2Д141, 2Д151 и иные аналогичные детали. Вместо КД105 не возбраняется применять КД209 или даже Д226. Стабилитрон – Д808, 2С182 и т. п.
2. Тиристоры. I = 80 А и более: ТС185, Т15-80, Т15-100, Т161, Т125 и т. п. Если используется вариант выпрямления тока с диодным мостом, тиристоры будут мощнее вдвойне: Т15, Т160, Т250, Т16 и другие, аналогичные.
3. Транзисторы. Здесь важен коэффициент усиления h = 21э. Это КТ361 либо КТ3107 проводимостью n-p-n. Вместо КТ816 подойдёт и КТ814.
4. Резисторы. Желательно, чтобы их мощность была не менее 1 Вт.
5. Выключатель. Должен держать ток от 6 А.

Подбор сечения проводов

Подбирая выходные провода, которые будут присоединяться к аккумулятору, нужно помнить, что их диаметр не может быть меньше такого же параметра вторичной обмотки. Лучше использовать многожильный медный кабель, используемый в сварочных аппаратах, где каждый проводок имеет сечение 2,5 кв. мм. Такую же площадь должен иметь провод, посредством которого самодельный аппарат будет подключаться к сети. Не забудьте приобрести мощные зажимы-крокодилы для подключения к клеммам АКБ. Здесь тоже рекомендуется использовать изделия, применяемы при сварке («масса»).

Недостатки и преимущества простых самодельных пуско-зарядных устройств

Главные достоинства трансформаторного ПЗУ:

• простота сборки и высокая надёжность;
• мощность;
• возможность использования деталей б/у, что серьёзно удешевляет конструкцию;
• пуск двигателя с почти «мёртвым» аккумулятором;
• небольшая цена: даже если все элементы приобретать в магазине, стоимость самодельного ПЗУ будет в разы меньше заводского.

А что же с минусами? В первую очередь можно назвать большую массу. Впрочем, это некритично: вряд ли кто-то будет возить с собой данное устройство – его место в гараже, на «стационаре».

Есть и другая отрицательная сторона: в наиболее простых схемах пуско-зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов отсутствует какая-либо защита от короткого замыкания, перегрузок, переполюсовок, что чревато выходом из строя как самого ПЗУ, так и электроники автомобиля. Отсутствие контрольных приборов – амперметра, вольтметра тоже плохо сказывается на эксплуатации простейших ПЗУ.

Ещё один минус: более сложные схемы зарядно-пусковых устройств для автомобильных аккумуляторов по плечу человеку, знакомому с азами радиотехники. Также устройство не будет полноценно функционировать, если в сети значительно меньше 220 В, а это в сельской местности совсем не редкость. Решить проблему можно, используя стабилизатор.

Пусковое зарядное устройство

Запуск двигателя автомобиля в зимнее время с разряженным аккумулятором занимает много времени. Плотность электролита после длительного хранения значительно уменьшается, возникновение крупнокристаллической сульфатации повышает внутреннее сопротивление аккумулятора, снижая его стартовый ток. В зимнее время года увеличивается вязкость машинного масла, что требует от источника пускового тока большей стартовой мощности.

Выходов из неприятного положения несколько:
1) подогрев масла в картере;
2) возможность «прикурить» от другой машины или завести с толкача;
3) использование пускового зарядного устройства.

Последний вариант более предпочтителен при хранении автомобилей на платной стоянке, такое устройство позволит не только запустить автомобили, но и в перерывах ускоренно восстановить и зарядить не один аккумулятор.

Отличие от заводских пусковых зарядных устройств в том, что в заводском стартовый внутренний аккумулятор подзаряжается от блока питания небольшой мощности на ток до 3-5 ампер, что недостаточно для отбора мощности на стартер автомобиля, также в заводском устройстве непомерно увеличена мощность внутренних стартерных аккумуляторов до 240 а/час и после нескольких пусков невозможно ускоренно восстановить их ёмкость. Вес такого блока на колёсах превышает 200 кг, даже подкатить его к машине не всегда удаётся вдвоём. Такой ящик мне как-то пришлось ремонтировать в лаборатории, даже со снятыми аккумуляторами вес пусковой тележки довольно высок.

Зарядное восстановительное устройство предложенное нашей лабораторией отличается от заводского прототипа небольшим весом, почти в пять раз ниже, при том же пусковом токе, имеет возможность автоматически поддерживать рабочее состояние аккумулятора независимо от времени хранения и времени использования при помощи режима регенерации.

При возможном отсутствии внутреннего аккумулятора пусковое зарядное устройство способно кратковременно отдавать пусковой ток до ста ампер.

Процесс восстановления ёмкости внутреннего аккумулятора после пуска двигателя автомобиля происходит интенсивно, при отсутствии нагрева и кипения электролита.

Параметр

Величина

Пусковое зарядное устройство

ПЗУ — 1

Время восстановления
ёмкости

Ток буферной подзарядки устанавливается регулятором тока R2 на симисторе VS1( Рис.1).
При больших изменениях сетевого напряжения имеется возможность выбора напряжения сетевого питания переключением тумблера SA2 220-240 Вольт.

Режим регенерации представляет собой чередование равных по времени токов заряда и разряда, ускоряет восстановление пластин и снижает температуру электролита.

Регулятор тока заряда R2 позволяет установить зарядный ток в зависимости от ёмкости аккумуляторов.
Схема «Пускового зарядного устройства» состоит из симисторного регулятора напряжения, силового трансформатора Т1, выпрямителя на мощных диодах VD3,VD4 и стартерного аккумулятора GB1.

Характеристики:
Напряжение сети 220-240 Вольт
Напряжение заряда 12 -18 Вольт
Ток заряда 5-10 Ампер
Пусковой ток 30-50 Ампер
Время заряда 1-3 часа
Время регенерации 5-8 часов
Вес устройства с пусковым аккумулятором — 40 кг

Входные и выходные цепи схемы устройства содержат конденсаторы фильтра С1С2 снижающие уровень помех при работе симисторного регулятора.

Регулятор угла включения состоит из RC цепи R1,R2, C3 которая позволяет установить время включения порогового динистора VD2, включенного в диагональ диодного моста VD1 через ограничительный резистор R4. Мост позволяет синхронизировать включение симистора VS1.

Силовой трансформатор T1 применён от цветного телевизора типа «Рубин» ТС -320 с медными обмотками, допустимо применение и с алюминиевыми обмотками типа ТСА-270, выводы обмоток совпадают в обеих вариантах. Перед намоткой вторичных обмоток (первичные остаются без изменений ) следует два каркаса отделить от железа, снять все вторичные обмотки до фольги экрана и на освободившееся место намотать плотно в один слой обмотки медным проводом сечением 2-4 мм.кв. до заполнения, напряжение одной обмотки будет от 15 до 17 вольт переменного тока. Место соединения двух обмоток (5,7) подключается к шине минуса питания аккумуляторов, свободные выводы ( 6, 8 ) к выключателю SA 4 и к диоду VD 4.

В режиме «Регенерация» используется один положительной полупериод тока, что позволяет проводить очистку пластин аккумулятора от кристаллизации. Для контроля зарядного и пускового тока в цепи положительной шины установлен шунт с прибором на максимальный ток в 50 Ампер.

Светодиоды индикации HL1, HL2 указывают на наличие напряжения в первичной и вторичной цепи.

Сетевой выключатель SA1 установлен на ток до 10 ампер, можно заменить автоматом на две линии на тот же ток. Переключатель сетевого напряжения SA2 типа Т3 или П1Т позволяет установить максимальное напряжение на трансформаторе в соответствии с напряжением электросети.

Внутренний аккумулятор GB1 подключен к положительной шине через съемную перемычку П1.
Для 2-3 х запусков достаточно установить аккумулятор типа 6СТ 45 или 6СТ50.

Соединения вторичных цепей необходимо выполнить медной шиной сечением не менее 16 мм кв. Подключение к аккумулятору автомобиля выполнить зажимами типа «Крокодил» на рабочий ток до 200 А.

Первичная цепь снабжается трехжильным кабелем достаточной длины в холодостойкой виниловой изоляции на ток до десяти ампер, обязательно наличие клеммы заземления в гнезде.

Радиодетали в схеме не дефицитные : резисторы типа МЛТ или СП, симистор типа ТС, конденсаторы КБГ-МП с тремя выводами (С1,С2), МБГО –С3,электролиты К50-12,К50-6- С4.

Диоды Д160, без радиаторов, возможно заменить на любые с током не ниже 50 Ампер.
Пусковое зарядное устройство собирается в отдельном корпусе размерами 360* 220 *260 мм, навесным монтажом, стартовый аккумулятор устанавливается на площадке, подключение кабелей к клеммам Х3,Х4 выполнить съёмными.

Соединения в первичной цепи проводятся многожильным проводом сечением 2 мм кв., все радиодетали кроме установленных на лицевой панели корпуса прибора крепятся на текстолитовой площадке без металлического покрытия толщиной 2 мм.

К собранному устройству предварительно подключить в правильной полярности внутренний аккумулятор GB1, провести установку зарядного тока регулятором тока R2, проверить зарядный ток в режиме заряда, пуска и регенерации, если он не превышает 10 ампер, то пусковое зарядное устройство работает в норме.

При подключении устройства к аккумулятору автомобиля ток должен возрасти в 2-3 раза, через 10-20 минут он снизится до исходного значения за счет предварительной подзарядки аккумуляторов. При достижении таких условий переключатель SA3 следует перевести в режим «Пуск» и выполнить запуск двигателя автомобиля, при неудачном запуске провести дополнительную подзарядку в течении того -же времени и повторить попытку. При удачном запуске выключить сеть SA1, снять зажимы ХТ3,ХТ4 с аккумулятора автомобиля, начиная с положительного и закрепить их на изолированной стойке для устранения случайного замыкания.

Внутренний аккумулятор перевести переключателем SA4 в режим регенерации с установкой тока регулятором R2 «Установка тока» в пределах 0.02 С, где С ёмкость аккумулятора GB1.

Подобное устройство применялось в аккумуляторной фирме «АКБ — сервис» с 1995 года
для зарядки и восстановления аккумуляторов, при необходимости использовалось для
запуска двигателей автомобилей в зимнее время года.

Литература:
1. В.Коновалов, А.Разгильдеев. Восстановление аккумуляторов. Радиомир №3. 2005 г. Стр. 7-9.
2. В.Коновалов. Измерение R вн «АБ». Радиомир №11. 2005г. Стр.14-15.
3. В.Коновалов. Зарядно-восстановительное устройство для Ni-Ca аккумуляторов.Радио №3. 2006 г. Стр. 53-54.