Зарядные устройства. Виды блоков питания Выполнил: учащийся группы 2 КС 11 Б Разумов Павел
Зарядное устройство — устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника; как правило, — от сети переменного тока напряжением 220 Вольт. Включает в себя преобразователь напряжения (трансформатор, импульсный блок питания), выпрямитель, стабилизатор напряжения, устройство контроля силы тока или процесса заряда, амперметр или светодиодные индикаторы. Характеристики зарядных устройств зависят от типа аккумуляторов, рабочего напряжения, номинальной ёмкости. Зарядные устройства могут быть встроенными и внешними. Промышленные зарядные устройства представляют собой блоки с электронной аппаратурой, размещаемые в цехе зарядной станции (или специализированном помещении). Такая аппаратура предназначена для одновременного обслуживания нескольких аккумуляторных батарей и позволяет выполнять различные долговременные операции (заряд-разряд, заряд импульсными токами), в том числе и в автоматическом режиме. Бытовые внешние зарядные устройства и электробритва с встроенным зарядным устройством.
Зарядные и пуско-зарядные устройства аккумуляторов автомобиля Зарядные устройства автомобильных аккумуляторов являются внешними, запитываются от сети 220 — 230 В переменного тока штепсельным разъёмом и снабжены зажимами-крокодилами для присоединения к клеммам аккумулятора. Пуско-зарядное устройство (ПЗУ) для автомобильных аккумуляторов используется не только для зарядки автомобильных аккумуляторов, но также и для запуска автомобильного двигателя электрическим стартером при севшем аккумуляторе (без предварительной полной зарядки самого аккумулятора). При этом может использоваться как методика пуска двигателя с предварительной частичной подзарядкой штатного аккумулятора в течение нескольких минут, так и запуск двигателя при полном разряде штатного аккумулятора с немедленным запуском. Запуск достигается за счёт возможности ПЗУ выдавать в несколько раз бо льший ток, чем просто зарядное устройство (ЗУ — предназначенное только для зарядки аккумулятора). Как следствие, ПЗУ обладает существенно бо льшей массой и габаритами, нежели простое зарядное устройство. Пуско-зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов со стрелочным индикатором и советской вилкой на 6 А.
Зарядные устройства: принципы работы ЗУ, критерии выбора ЗУ Важнейшим условием успешной работы любой аккумуляторной батареи является ее правильная зарядка, которая зависит от грамотного выбора зарядного устройства (ЗУ) и его использования. Выбор зарядного устройства влияет на производительность и срок службы аккумуляторных батарей, хотя пользователь не всегда может это сделать. Наиболее распространенные типы зарядных устройств: ускоренные ЗУ 1– 3 -часовые; медленные ЗУ 14– 16 -часовые (иногда 24 -часовые); кондиционирующие ЗУ. Не всякий тип аккумуляторной батареи можно заряжать в ускоренном зарядном устройстве; так, например, свинцово-кислотный аккумулятор не сможет зарядиться так быстро, как никелево-кадмиевый. Если Ni-Cd аккумулятор заряжать током в 1 С (100% током от номинальной емкости в течение часа), то типичная эффективность заряда по емкости будет составлять 0, 91 (для идеального аккумулятора будет – 1). Для 100%-ного заряда следует заряжать 66 минут. На медленном заряде в 0, 1 С (10%-ным током от номинальной емкости в течение 10 часов) эффективность заряда по емкости составит 0, 71.
Причиной низкой эффективности заряда является то, что часть энергии заряда, поглощенного батареей, расходуется через рассеяние в тепло. Поэтому в медленном ЗУ (ток равен 0, 1 С, т. е. 10% от номинальной емкости – см. оценку емкости) аккумулятор рекомендуют заряжать в течение 14– 16 часов (не следует воспринимать это как заряд на 140%!), а не в течение 10 часов. На правильность зарядки может влиять как сам пользователь, так и собственно принцип работы того или иного зарядного устройства. В зависимости от типа аккумуляторной батареи, ее конструкции, времени заряда и т. д. , существуют различные принципы работы зарядных устройств. Принципы работы зарядных устройств Важным моментом для большинства зарядных устройств является определение окончания заряда. Обычно медленные зарядные устройства (для Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторов ток зарядки равен 10% от номинальной емкости аккумулятора) не определяют окончание заряда, поскольку при малом зарядном токе более длительное нахождение аккумулятора в ЗУ, скажем, на 1– 2 часа, не приводит к критическим последствиям. Определение окончания заряда исключительно важно в ускоренных зарядных устройствах, так как более длительный заряд аккумулятора на больших токах и соответственно повышение температуры опасны для аккумуляторной батареи.
В некоторых дешевых зарядных устройствах определение окончания заряда производится по принципу достижения конкретного абсолютного значения напряжения на аккумуляторной батарее. Однако трудность правильной оценки степени заряда аккумулятора в этом случае объясняется тем, что напряжение батареи изменяется при повторном циклировании и может варьироваться в зависимости от температуры и скорости заряда. В некоторых зарядных устройствах реализован принцип отсчитывания конкретного времени заряда с помощью таймера, с последующим прекращением подачи зарядного тока на аккумулятор. Недостаток данного метода состоит в том, что пользователь, забыв уже о заряженной батарее, может снова установить ее в данное зарядное устройство, которое в свою очередь «добросовестно» , в строго отсчитанное таймером время, на этот раз отдаст батарее еще одну порцию зарядного тока, в результате чего «жизнь» аккумуляторной батареи сократится. Сложные зарядные устройства имеют микроконтроллер, с помощью которого осуществляется более точное обнаружение окончания заряда, используя несколько методов – контролируются напряжение батареи, ток, температура или другие переменные значения. Например, на Ni-Cd элементе по мере заряда напряжение повышается, а затем, в конце процесса заряда, подъем температуры, обусловленный избыточным зарядом, вызывает некоторое снижение напряжения на элементе. Исследование этой характеристики позволило разработать систему быстрого контролируемого заряда. Такой признак, как снижение в напряжении, называют отрицательной дельтой напряжения Negative Delta V (NDV). Зарядное устройство со светодиодной индикацией и вилкой на 16 А.
NDV – рекомендуемый метод обнаружения полного заряда для открытого ведения контроля Ni. Cd зарядных устройств и анализаторов, которые обслуживают батареи, не имеющие внутреннего термоэлемента (в некоторых Ni–Cd и Ni-MH современных аккумуляторных батареях для обнаружения полного заряда используется внутренний термоэлемент). Более совершенные зарядные устройства, использующие NDV-метод, включают в себя и другие методы завершения заряда для более точного определения полного заряда. В более сложных зарядных устройствах имеется еще и датчик внешней температуры, поскольку ее влияние на заряд аккумуляторов играет очень большую роль, так как не все типы аккумуляторных батарей могут заряжаться при низких или при очень высоких температурах. Так, например, эффективность заряда Ni-Cd аккумуляторной батареи в более высоких температурах очень низкая (аккумулятор сможет принять не более 70% емкости при температуре окружающей среды +45°С). Метод импульсного заряда, который обязательно применяется в кондиционирующих ЗУ и анализаторах аккумуляторных батарей, наиболее подходит для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторных батарей. Суть метода заключается в том, что аккумулятор в течение определенных периодов времени получает заряд и разряд короткими импульсами. Активность такого метода очень высока, так как разрядные импульсы тока минимизируют формирование нежелательных пузырей, кристаллов на пластине Ni-Cd и Ni-MH аккумулятора, что в свою очередь минимизирует эффект памяти и увеличивает срок службы аккумуляторной батареи. Малогабаритные дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы Д-0, 03 и зарядное устройство к ним. СССР, 1980 -е годы.
Электрическая схема автоматического зарядного устройства Автоматическое зарядное устройство предназначено для автоматического регулирования оптимальных режимов непрерывного подзаряда, форсированного основного и дополнительного заряда кислотной аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 24 В, что удлиняет срок ее службы. Устройство позволяет также осуществлять безбатарейное питание нагрузки. Кроме того, оно может использоваться для заряда аккумуляторов при их хранении.
Принципиальная схема автоматического зарядного устройства
Виды блоков питания На сегодняшний день существует два типа блоков питания, это трансформаторные блоки питания и импульсные блоки питания. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Поэтому нельзя точно сказать, что какой-то из них лучше или хуже, просто каждый тип блоков питания может наиболее выгодно подходить для тех или иных устройств, в зависимости от своих технических характеристик. Трансформаторный блок питания. Если разбирать трансформаторный блок питания, в общем, то он состоит из понижающего трансформатора, где первичная обмотка выполнена из расчета на сетевое напряжение. А для преобразования сетевого (переменного) напряжения в пульсирующее однонаправленное (постоянное) напряжение используется выпрямитель. Затем идет фильтр, которые сглаживает пульсирующее напряжение (зачастую для этого используется конденсатор большой емкости). Кроме этого, в схеме трансформаторного блока питания могут присутствовать защиты от КЗ, фильтры высокочастотных помех, стабилизаторы тока и напряжения. К достоинствам трансформаторных блоков питания можно приписать высокую надежность (ремонт блоков питания требуется не так часто), простоту конструкции, доступность элементной базы, а также низкий уровень создаваемых помех. К недостаткам трансформаторных блоков питания относятся его большие габариты и вес, металлоемкость и низкий КПД.
Импульсный блок питания. Работа импульсных блоков питания настроена таким образом, что входящее переменное напряжение сначала выпрямляется и только затем преобразуется в импульсы повышенной частоты. Если это импульсный блок питания с гальванической развязкой от питающей сети, то импульсы подаются на трансформатор, если же гальваническая развязка не требуется, то импульсы напрямую подаются на низкочастотный выходной фильтр. Благодаря тому, что в импульсных блоках питания используются высокочастотные импульсы, в них могут применяться трансформаторы с малыми габаритами. Для того чтобы стабилизировать напряжение, в импульсных блоках питания используется отрицательная обратная связь. Это позволяет удерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне. К тому же, это не зависит от возможных колебаний входящего напряжения, а также от величины нагрузки. К достоинствам импульсных блоков питания относятся их небольшие габариты, а соответственно и вес, широкий диапазон входящего напряжения и частоты, высокий КПД и, сравнительно с трансформаторными блоками питания, меньшая стоимость. Также к достоинствам относится тот факт, что в большинстве современных импульсных блоках питания присутствуют встроенные цепи защиты от отсутствия нагрузки на выходе и от короткого замыкания. Недостатком импульсных блоков питания является то, что все они представляют собой источник высокочастотных помех, что непосредственно связано с их принципом работы, а также то, что основная часть схемы работает без гальванической развязки от входящего напряжения (в некоторых ситуациях может потребоваться ремонт импульсных блоков питания).
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания. Обеспечивают СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор, выпрямитель и стабилизатор. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ - означает, что выходное напряжение не зависит (или почти не зависит) от изменения сетевого напряжения (в разумных пределах) и от изменения тока нагрузки. В отличие от нестабилизированных блоков питания в стабилизированных выходное напряжение будет одинаковым как на холостом ходу так и при номинальной нагрузке. Кроме того, в таких блоках питания как правило достаточно малы пульсации напряжения переменного тока на выходе. Стабилизированный блок питания практически всегда может заменить нестабилизированный (но разумеется не наоборот). Поэтому, если Вы не знаете, какой блок питания постоянного тока нужен для Вашей бытовой аппаратуры - стабилизированный или нестабилизированный, то используйте СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ или ИМПУЛЬСНЫЙ блок питания. ПЕРЕМЕННЫЕ - блоки питания с выходным напряжением переменного тока. Применяются для питания осветительных и нагревательных электроприборов, а также для тех бытовых приборов, которые содержат внутренний выпрямитель напряжения (например многие радиотелефоны Siemens, Toshiba, ряд автоответчиков). Значок напряжения переменного тока указывается на корпусе приборов в виде символов: ~ или AC.
Скачать презентацию Зарядные устройства Виды блоков питания Выполнил учащийся группы
Разумов П. 2КС11Б(2).ppt