Poďakovanie
Týmto sa chcem poďakovať pani Ing. Barančokovej a všetkým tým, ktorí mi poskytli cenné rady a pomoc pri realizácii mojej maturitnej práce.

TEORETICKÁ ČASŤ
1.1 Akumulátorové batérie

Akumulátor uľahčuje spúšťanie spaľovacieho motora vozidla a súčastne umožňuje prevádzku ostatných elektrických zariadení vtedy, keď nie je v chode rotačný generátor. Konštrukcia akumulátora:

Veková nádoba sa vyrába z polypropylénu. Na dne nádoby sa usadzuje kal. Zátky, ktoré sú z polystyrénu alebo z polyetylénu, umožňujú odvádzať plyn z článkov a zvyčajne pomocou odplyňovacej rúrky aj mimo priestoru akumulátoru. Nosná konštrukcia elektród hrubá jeden až dva milimetre je z tvrdého olova, dutiny mriežky elektród sú vyplnené aktívnou látkou. Po úprave tejto látky, ktorá sa nazýva formovanie, vznikne na kladných elektródach oxid olovičitý ( málo súdržný, a preto je životnosť kladných elektród približne trojnásobne kratšia ako životnosť záporných elektród)a na záporných elektródach čisté olovo.
Paralelným pospájaním určitého počtu elektród jednotnej veľkosti vznikne súbor kladných a záporných platní, ktoré sú obsadené v článku ako celok. Mikropórovité PVC alebo špeciálny papier zaisťujú oddelenie elektród. V akumulátoroch s napätím 6V alebo 12V sú pospájané vnútri. Podľa počtu elektród v článkoch vzniká rad menovitých kapacít akumulátorov. Kužeľové pólové vývody z článkov sú normalizované a označené; kladný pól je navyše hrubší ako záporný. Elektrolytom je akumulátorová kyselina sírová.

Chemické procesy

Akonáhle sa akumulátor naplní elektrolytom, musí sa ustavične udržiavať v nabitom stave. Pri nabíjaní a vybíjaní akumulátorov prebiehajú v každom článku určité vratné chemické procesy. Pri vybíjaní hustota elektrolytu vždy klesá a na obidvoch druhoch elektród sa vytvára síran olovnatý. Pri nabíjaní hustota elektrolytu vždy stúpa a na
kladných elektródach sa opätovne vytvára oxid olovičitý a na záporných čisté olovo.
Hustota elektrolytu je teda ukazovateľom stavu nabitia článkov. Ďalším ukazovateľom stavu nabitia článkov je ich napätie. Pri nabíjaní hustota a napätie každého článku a celkové napätie akumulátora stúpa, kým pri vybíjaní vždy klesá. Zvýšením napätia pri nabíjaní zapríčiňuje nabíjač. Nabíjanie trvá dlhšie ako vybíjanie, lebo účinnosť akumulátora je 0,8. Uvádzanie. nového akumulátora do činnosti trvá najdlhšie.

Menovitá kapacita

Kapacita je schopnosť akumulátora dodávať určité množstvo prúdu za určitý čas, až po úplné vybitie, t.j. do napätia jednotného článku 1,75V. Kapacita sa mení s prevádzkovými podmienkami. Teplota elektrolytu zapríčiňuje pokles kapacity akumulátora. Akumulátor je schopný dodávať skôr menší prúd dlhší čas než naopak. Preto sa podľa normy udáva kapacita na dvadsaťhodinové vybíjanie. Pri teplote 25 o.

Vnútorný odpor akumulátora

Zložkami sú odpor činnej hmoty, odpor spojenia s mriežkou, vlastnosti prechodovej vrstvy a separátora. Značný vplyv na vnútorný odpor má hustota a teplota elektrolytu. Počet a vlastnosti jednotlivých zložiek spôsobujú, že vnútorný odpor akumulátoru je veľmi premennou veličinou, ktorú nemožno vyjadriť stálym činiteľom ani jednoduchým vzťahom. Je to hodnota takmer stála a nezávislá na prúde. Podľa vnútorného odporu je možnosť posúdiť vhodnosť akumulátora pre požadovaný účel i stav opotrebenia.

Uvádzanie nového akumulátora do činnosti

V praxi rozoznávame klasické akumulátory a nabité za sucha. Obidva typy sa môžu prázdne uskladňovať až jeden rok. Do činnosti sa uvádzajú akumulátory nabité za sucha jednoduchšie ako klasické akumulátory. Postup pri prvom nabíjaní klasických akumulátorov:
a.) články naplníme kyselinou sirovou a necháme elektródy tri hodiny až päť hodín nasiakavať. Ak začne teplota elektrolytu nadmerne stúpať, ponoríme akumulátor až po horný okraj do vody.
b.) nabíjač prepneme na menovité napätie akumulátora, svorku plus pripojíme na kladný pól a svorku mínus na záporný pól akumulátoru. Zátky voľne položíme pred otvory článkov. Potom necháme nabíjať konštantným prúdom. I = 0,06C20 maximálne päťdesiat hodín, klasické akumulátory a prúdom I = 0,1C20 maximálne päť hodín akumulátory nabité za sucha.
c.) ku koncu nabíjania, po dosiahnutí splyňovacieho napätia, sa začnú články nadmerne “variť”. Teplota elektrolytu nemá presiahnuť 40 oC, inak sa musí akumulátor chladiť. K úplnému nabitiu dôjde vtedy, ak sa hodnota napätia a hustota elektrolytu v priebehu dvoch hodín už nezmení. Napätie jedného nového článku vystúpi na 2,75V. Unikajúci plyn je výbušný.
d.) po nabití necháme akumulátor aspoň pol hodiny vychladnúť a uniknúť vzniknuté plyny. Potom zaskrutkujeme zátky, povrch akumulátora opláchneme vodou a do sucha utrieme. Ak je to potrebné, doplníme články destilovanou vodou tak aby hladina siahala 5 mm nad platne.

Akumulátor nabitý za sucha možno výnimočne, ak ho potrebujeme ihneď, uviesť do činnosti tak, že po naliatí elektrolytu necháme elektródy nasiakavať iba 20 minút a nechať v prevádzke päť hodín.

Prevádzka akumulátora v motorovom vozidle

Automatické nabíjanie akumulátora ( udržiavanie akumulátora v nabitom stave ) zabezpečuje rotačný generátor počas chodu motora vo vozidle. Nabíjanie umožňujú paralelne zapojené zdroje a regulačné relé udržiava v sieti vozidla prevádzkové napätie, ktoré je vždy väčšie ako napätie akumulátora. Vo vozidlách sa plne nabitý stav akumulátorov nedá zabezpečiť.

Nabíjačky akumulátorov

Automatické nabíjačky začnú nabíjať ihneď po pripojení akumulátoru a po jeho nabití sa opäť automaticky vypnú. Tieto nabíjačky možno použiť iba pri celkom nových akumulátoroch, prípadne aj pri starších akumulátoroch ak majú všetky články bezchybné. Rýchlo nabíjače sú určené jednak na rýchle nabitie veľkým prúdom v skrátenom čase ( nesmú sa však používať pri uvádzaní nových akumulátorov do činnosti ) a jednak môžu fungovať ako štartovacie zdroje v zimnom období pri spúšťaní motorov. Pripája sa priamo na pólové svorky akumulátora alebo do špeciálnej, vhodne vyvedenej zásuvky. Pri nízkych teplotách sa akumulátory nedajú správne nabiť, čo je spôsobené chladným elektrolytom, čiže zväčšením vnútorného odporu článku.

Zisťovanie stavu akumulátora

Môžeme použiť hustomer ale za spoľahlivejší spôsob zistenia stavu článkov považujeme skúšačku akumulátorov. Je to vlastne obojstranný voltmeter, zo zaťažovacím rezistorom.
Preukázateľne možno stav používaného akumulátora posúdiť iba pomocou skúšky kapacity ale v praxi sa často nepoužíva, lebo nás zaujíma najmä štartovacia schopnosť akumulátora. Údržba, poruchy, opravy akumulátorov

Bežná údržba akumulátorov sa zakladá na kontrole výšky hladiny a hustoty elektrolytu v závislosti o teploty prostredia. Jednou z porúch akumulátora je nadmerné vyparovanie aktívnej látky najmä z kladných elektród.
Inou častou poruchou je nevratná sulfatácia, pri ktorej je aktívna látka elektród celkom presýtená kryštálikmi už nerozpustného síranu olovnatého. Elektródy sa natoľko prehýbajú, že môžu popraskať. Príčinou je hlboké vybitie akumulátora. Pri neúspešnom štartovaní bez nasledujúceho nabitia v čo najkratšom čase, ďalej nedostatočné nabíjanie počas jazdy vozidla, prípadne aj vnútorný skrat článku. Sulfatované články sa nedajú dobre nabiť, lebo hneď na začiatku nabíjania sa začnú variť, napätie jedného článku rýchlo stúpne na 2,4 V a môže aj prekročiť hodnotu 3,05V.
Priemerná životnosť akumulátorov je asi iba tri roky. Akumulátory sa dajú aj opraviť napr. výmenou jedného alebo dvoch článkov s rozrušenými či sulfatovanými elektródami
(pri nádobe z polypropylénu sa nedajú opraviť ).

Neodporúča sa preklenúť chybný článok vo vozidle s alternátorom ( okrem iného sa podstatne zhoršuje svietivosť svetelných zariadení).

Ni-Cd akumulátor

Základy článkov sú elektródy vyrobené z oceľového poniklovaného plechu. Elektródy sú perforované v nich je vlisovaná aktívna látka – na kladných elektródach je oxid nikličitý a oxid niklitý, na záporných elektródach kadmium s prímesou železa. Elektrolytom je hydroxid draselný. Menovité napätie jedného článku je 1,2V. Nádoba a veká článkov sú z oceľového poniklovaného plechu a sú spolu zvarené. Vývody pólov sú riešené ako hrubé skrutkové svorky. Články sa spájajú do batérie po piatich kusoch na menovité napätie 6V. V prevádzke sa do nich dopĺňa iba destilovaná voda. Týmto akumulátorom neškodí občasné hlboké vybitie. Alebo prebíjanie a nepriaznivé účinky vonkajších náhodných skratov sú obmedzené zväčšeným vnútorným odporom. Článkom neškodia ani otrasy. Majú asi päťnásobne dlhšiu životnosť ako olovené akumulátory. No pri rovnakej kapacite a napätí sú rozmernejšie, ťažšie a drahšie.

1.2 Nabíjačky

Tyristorové nabíjanie batérii

Zaujíma nás predovšetkým veľkosť prúdu, ktorý pretečie batériou. Podľa toho odhadujeme dobu potrebnú k nabíjaniu. Samozrejme, že záleží na momentálnom stave batérie, ale nedá sa prehliadnuť ani spôsob, akým nabíjačka pracuje. Tým sa rozumie jeho charakteristika, inak povedané závislosť medzi výstupným napätím nabíjačky a veľkosti pretekajúceho prúdu v danom čase. Z pravidla rozlišujeme tri základné typy charakteristík. Ak nabíjačka pracuje tak, že na jej výstupe sa udržuje pomerne stále napätie a pri nabíjaní sa mení veľkosť nabíjacieho prúdu, tak hovoríme o charakteristike “U“. Úplne opačne pracuje nabíjačka s charakteristikou “I”. Vyznačuje sa stálym nabíjacím prúdom, tak, že sa mení, presnejšie povedané s časom stúpa, iba napätie batérie. Tretiu skupinu tvoria nabíjačky s charakteristikou “W”. Typickým znakom je spočiatku veľký prúd – ak je batéria príliš vybitá, a ten sa postupne zmenšuje. Výrobcovia batérii doporučujú pri uvádzaní batérie do prevádzky dvojstupňové nabíjanie. Uskutočňuje sa tak, že do určitého stavu nabitia prechádza väčší prúd a v druhej fáze menší prúd. V značnej miere tu zisťujeme zhodu s poslednou zmienenou charakteristikou W. Vyskytujú sa závislosti, ktoré u bežných nabíjačiek iba ťažko odstrániť. Predovšetkým sa to týka vlastností transformátora. Ten dodáva na sekundárnu stranu napätie, ktoré s veľkým zaťažením klesá, zatiaľ čo pri odľahčení stúpa. Ťažko potom hovoriť u jednoduchej nabíjačke o čistej charakteristike U. Zmienená závislosť nabíjačky na transformátore sa v podstate netýka nabíjačky s charakteristikou I. Tu sa môžeme stretnúť s inými problémami.

Vymenujem aspoň možnosť poškodenia nabíjačky pri zapnutí bez záťaže. Je známe, že po nejakej dobe je nutné nabíjačku vypnúť. Výhodná je preto taká nabíjačka, u ktorej nie je nutné dopredu odhadovať dobu nabíjania, pretože dokáže obmedziť automaticky dodávku prúdu na minimum, v prípade činnosť ukončiť, keď je batéria nabitá. Predpokladom je, že nabíjačka dokáže vyhodnotiť stav úplného nabitia akumulátora. U oloveného akumulátora to nie je zvlášť zložité, pretože úplne nabitý akumulátor sa okrem iného prejavuje vopred známou veľkosťou napätia. Moderná nabíjačka by mala preto na konci nabíjania samočinne obmedziť prúd na minimum. Presnejšie povedané dodá len také množstvo prúdu, ktoré bude potrebné pre udržanie batérie v nabitom stave. Nedôjde preto k prebíjaniu. Z toho vyplýva, že doba, pre ktorú bude nabíjačka pripojená k batérii sa nemusí vopred zisťovať. Princíp nabíjania akumulátora

Ak sa má nabiť akumulátorová batéria, vyžaduje nabíjačku, ktorá je schopná dodať väčšie napätie ako samotný akumulátor. To je základný predpoklad k tomu, aby začal tiecť prúd z nabíjačky do akumulátora. Vyrábajú sa aj také nabíjačky, ktorých nabíjací prúd obsahuje zložité získané impulzy. Údajne to prispieva k dlhšej životnosti akumulátora. Konštrukčne veľmi jednoduchý zdroj s dvojcestne usmerneným prúdom sa preto môže rovno pripojiť k batérii. Pritom sa nesmie porušiť známe pravidlo: plus na plus, mínus na mínus. Samozrejme sa to týka polarity svoriek nabíjačky batérie. Aby pulzujúci prúd, ktorý vzniká usmernením striedavého prúdu, mohol tiecť do batérie, musí byť okamžitá hodnota napätia zdroja väčšia ako je súčasné napätie batérie.
Napätie batérie sa počas nabíjania postupne mení – zvyšuje. Ak sa nejedná o nabíjačku s charakteristikou I, tak rozdiel medzi vrcholovým napätím zdroja a stúpajúcim napätím batérie sa postupne zmenšuje. Prakticky to znamená, že v priebehu kladných polperiód sa neustále skracuje doba, po ktorej môže tiecť prúd zo zdroja do batérie. V okamihu, keď napätie batérie zodpovedá maximálne napätie zdroja, žiadny nabíjací prúd už netečie.
Sekundárne napätie transformátora, ktorý je základnou časťou nabíjačky, sa udáva a samozrejme i meria v efektívnych hodnotách striedavého prúdu. Napätie nabíjačky, ktorá je v činnosti a prejavuje sa usmerneným prúdom, vyjadrujeme a nepresne meriame rovnako v efektívnych hodnotách. Avšak nejde dosť dobre porovnávať alebo stavať na rovnakej efektívnej hodnote, s hodnotami napätia samotného akumulátora.

Akumulátor je zdrojom hladkého jednosmerného prúdu a napätia sa tu určuje v jednosmerných hodnotách a meria voltmetrom so jednosmerným rozsahom. Toto napätie je v čase, kde ho meriame, nemenné, stále – na rozdiel od pulzujúceho napätia nabíjačky. Efektívna hodnota porovnáva tepelné účinky pulzujúceho prúdu s účinkami prúdu jednosmerného. V prípade nabíjačky a zmieňovaných miest je takéto porovnanie bezcenné, pretože svojimi údajmi zďaleka nevystihuje napäťové pomery a predovšetkým ich účinky. A to je taktiež dôvod, prečo u akumulátora nameriame väčšie napätie ako na zdroji, odkiaľ nabíjacie napätie prichádza.
Efektívnu hodnotu napätia si ponecháme iba pre konštrukciu transformátora a zdroja. AK ide o nabíjanie akumulátora pulzujúcim prúdom, tu rozhoduje výhradne okamžitá hodnota napätia, ktorou sa vyznačuje priebeh usmerneného prúdu. Tento priebeh je známy, a hodnota napätia počas polperiódy sa mení. Od nuly stúpa až na maximálnu hodnotu kladnú a opäť klesá na nulu. Je zrejmé, že prúd do batérie netečie počas celej kladnej polperiódy ale len v krátkom čase, keď okamžitá hodnota napätia v nabíjačke prekročí napätie batérie. Čím viacej priebeh polvlny postupuje od úrovne napätia batérie, tým sa zväčšuje rozdiel medzi napätím batérie a touto okamžitou hodnotou. Dôsledkom je okamžitý rast nabíjacieho prúdu. Dej trvá necelú stotinu sekundy, avšak sa pravidelne opakuje. Presnejšie, opakuje sa každú stotinu sekundy, ak sa jedná o dvojcestne usmernený prúd. Logicky z toho vyplýva, že nás musí zaujímať maximálna hodnota napätia, ktorá odpovedá vrcholu priebehu. Od nej sa totiž odvodzuje najvyšší prúd, ktorý formou krátkych impulzov tečie do batérie. Výstupné napätie nabíjačky nedosiahne veľké hodnoty (24V). Efektívan hodnota, z ktorej sme vychádzali, sa vo skutočnosti zníži o úbytok na usmerňovačoch, na tyristore, na odpore vinutí a prechodových odporoch. Významne sa tu prejaví i prenos energie celým transformátorom. Niektoré transformátory pri väčšom zaťažení ani nedosiahnu predpokladané efektívne hodnoty, takže sekundárne napätie bude nižšie. Avšak sa má zaistiť plné nabitie akumulátora, musí byť výstupné napätie nabíjačky i pri zaťažení a všetkých menovitých stratách aspoň tak veľké, aby odpovedalo maximálnemu napätiu nabitého akumulátora.
Aké je napätie na dvanásť voltovej batérii, ak je úplne nabitá? Platí, že jeden nabíjaný článok oloveného akumulátora môže dosiahnuť svorkové napätie až 2,8V. Pritom napätie článku v kľude, t.j. bez pripojeného zdroja napätia, má merať približne dva volty.

V súvislosti s napätím článku je vhodné pripomenúť, že článkom v akumulátore veľmi škodí, ak sa vybíjajú pod úroveň 1,8V. Potom nastávajú nevratné zmeny v štruktúre dosiek, čo sa prejaví okrem zmenšovaní kapacity akumulátora i väčším vnútorným odporom (vadí to pri štartovaní automobilu). To čo však nejde pozorovať je, deštrukcia aktívnej výplne dosiek. Následne sa výplň začne uvoľňovať z konštrukcie dosky, drobí sa a usadzuje na dne alebo zostáva visieť medzi separátormi.
Olovená dvanásťvoltová batéria má šesť článkov, takže v celkom nabitom stave môžeme namerať napätie mierne presahujúce 16V. Rozumie sa tým napätie batérie s pripojenou nabíjačkou, ktorá je v činnosti, tzn. že stále dodáva aspoň minimálny prúd. Pri prerušení nabíjania zistíme okamžitý pokles napätia.
Nabíjaním sa napätie článku nezväčšuje lineárne s časom, ako by sa dalo predpokladať. Ak rozdelíme celkový čas nabíjania na tri časti, tak najkratšia je prvá časť. Počas nej napätie pomerne rýchlo vystúpi k hodnote 2,2V na jeden článok. Pritom tečie značný prúd, predovšetkým na začiatku nabíjania. Zároveň značne stúpa hustota elektrolytu. Potom nasleduje pomerne dlhé obdobie, označované ako druhé nabíjacie pásmo. Napätie článku spočiatku mierne a neskôr znateľne stúpa, až dosiahne hodnotu takmer 2,4V. Počas zmienenej doby sa tmavošedý síran olovnatý rozpúšťa, takže na kladných doskách sa tvorí tmavohnedý kysličník olova a na záporných doskách tmavošedé olovo. Hustota elektrolytu sa ďalej zväčšuje. Medzi vývody batérie by sme namerali takmer 14,4V.
V poslednej fáze (tretie nabíjacie pásmo) sa okrem síranu začne rozkladať aj voda, takže akumulátor, v porovnaní s predchádzajúcou dobou, výrazne plynuje. Unikajúci plyn je počuť, a taktiež vidieť v podobe stúpajúcich bubliniek v elektrolyte. Miestnosť musí byť preto dobre vetraná. Rozloží sa všetok síran, napätie stúpne na 2,7 – 2,8V. Je to neklamná známka, nabíjanie je treba ukončiť. V opačnom prípade pokračuje intenzívne plynovanie a pretekajúci prúd nemá pozitívny efekt, pretože pri ňom dochádza iba k elektrolýze vody. Hladina elektrolytu sa znižuje a elektrolyt hustne. Napätie pritom nestúpa, zato okolie sa plní zmesou kyslíka a vodíka. Túto hornú hranicu napätia akumulátora, nemožno presne určiť a záleží na stave akumulátora. Celkové napätie môže presahovať o niekoľko desatín voltu úroveň 16V.
Nabíjanie akumulátorov až do úplných známok nabitia sa požíva zriedkakedy. Jednak to nie je nutné, jednak by si to pravdepodobne vyžiadalo následné doplňovanie článkov destilovanou vodou. To nie je príjemná záležitosť a vyžaduje čas, s ktorým sa neplytvá.

Do určitej miery môžeme pri posudzovaní účelnosti zmieňovaného najvyššieho napätia akumulátora prihliadnuť i k výsledkom pôsobenia elektronického relé alternátora. Jeho úkolom je regulovať napätie alternátora privádzané k batérii, v rozmedzí 14 – 15V. Pretože k takto stanovenej hodnote napätia vedú predovšetkým praktické dôvody, je zrejmé že väčšie napätie než 15 V na nabíjačke nebude nutné nastavovať.
Doposiaľ sme sa nezaoberali veľkosťou prúdu, ktorým by sa mal akumulátor nabíjať. Bežná prax sa obvykle riadi pravidlom, že nabíjací prúd má odpovedať jednej desatine kapacity akumulátora, vyjadrené v ampérhodinách. Intenzita prúdu je v tomto prípade vyjadrená v jednosmerných hodnotách. V súčasnej dobe doporučované dvojstupňové nabíjanie počíta s prúdom spočiatku väčším ako 1/10 kapacity a neskôr, kde sa už elektrolyt citeľne ohrial, nabíjací prúd je treba výrazne obmedziť. Jak je vidieť, neexistujú presné údaje, avšak isté je, že trvale veľký nabíjací prúd batérie neprospieva, rovnako ako veľký vybíjací prúd, zvláštne ak trvá dlhšiu dobu.
Veľký nabíjací prúd v treťom nabíjacom pásme obvykle spôsobí okamžité škody v podobe vytečeného elektrolytu. K tomu môže dôjsť i pri prevádzke automobilu, ak relé generátoru riadne nepracuje. Súčastné alternátory s elektronickým relé takú chybu nemajú. Nabíjačka akumulátorov – konkrétny výrobok

Elektronické obvody umožňujú nastaviť prúd plynule od nuly do štyroch ampérov strednej hodnoty ( poprípade viac; závisí od transformátora) nezávisle na napätí akumulátora alebo napájacej siete. Nabíjanie je ukončené, ak stúpne napätie akumulátora na nastavený rozsah ( asi 15V), a je obnovené pri poklese pod 13V. Nabíjačku je teda možné použiť taktiež aj pre automatické udržovanie akumulátora v nabitom stave. Správna polarita akumulátora je indikovaná zelenou LED diódou. Pri opačnej polarite ( indikované červenou diódou), pri nepripojenom akumulátore alebo pri zoskratovaných svorkách nabíjačky je regulátor prúdu zablokovaný a výstupný prúd je minimálny. Nabíjací prúd teda prechádza iba pri správne pripojenom akumulátore. Nabíjanie je indikované žltou LED diódou.

Popis zapojenia

Schéma zapojenia : Napätie z transformátora je dvojcestne usmernené diódami D1 až D4 a vyhladzuje sa kondenzátorom C3. Kladné napätie sa získava z meniča C1,D5,D6. Pri zápornej polvlne striedavého napätia sa C1 nabije cez D5 na vrcholové napätie a v kladnej polvlne odovzdá svoj náboj cez D6 kondenzátora C2.

Činnosť jednotlivých OZ

OZ4 zaisťuje ukončenie ( začiatok ) nabíjania, ak prekročí napätie akumulátora stanovenú hodnotu ( alebo poklesne pod ňu ).

Zaisťuje blokovanie regulátoru prúdu pri opačne pripojenom akumulátore, pri rozpojených či zoskratovaných svorkách. Jedná sa o komparátor s hysteréziou, ktorého výstup je vo stave saturácie iba v prípade, ak je ku svorkám pripojený nenabitý akumulátor vo správnej polarite. V ostatných prípadoch je výstup OZ4 v ,, kladnej saturácii” a cez D10 je blokovaný regulátor prúdu.
Referenčné napätie je odvodené od napätia akumulátora a stabilizované zenerovými diódami ZD a ZD2. Toto napätie je porovnávané so skutočným napätím akumulátora na deliči R13,P3. C4,R13 vyhladzujú napätie akumulátora. Pri prúdových impulzoch vznikajú na akumulátore napäťové špičky, na ktoré by mohol nesprávne reagovať OZ4, ukončujúci nabíjanie. Dióda D11 ochraňuje C4 pred opačnou polaritou napätia. Bežec trimra P3 sa nastaví tak, aby sa nabíjanie ukončilo práve pri napätí nabitého akumulátora. Hysterézia, t.j. napätie, pri ktorom je obnovené nabíjane, je daná rezistormi R9a R11.
OZ3 integrační regulátor prúdu. Na jeho invertujúci vstup (-) je cez P2 privedené napätie z bočníka R1 , snímajúceho nabíjací prúd.
Požadovaný prúd sa nastavuje potenciometromP1. Napätie z bežca P1 je cez R8 taktiež privedené na invertujúci vstup OZ3. Ak je skutočný prúd menší než žiadaný, zväčší sa na integrované výstupné napätie OZ3. Ty spína skôr a prúd sa doladí na správnu hodnotu. Ak je skutočný prúd väčší ako požadovaný, regulátor reaguje opačne. V ustálenom stave je skutočný prúd rovnaký ako žiadaný.
Poloha bežca odporového trimra P2 sa zoradí tak, aby pri nastavení P1na maximum tiekol akumulátorom maximálny žiadaný prúd, v našom prípade 4 A (stredná hodnota).
Ak je výstup OZ4 v kladnej saturácii, je cez D10 privádzané na invertujúci (-) vstup OZ3 kladné napätie. Výstup OZ3 rýchlo prejde do zápornej saturácie a tým sa zablokuje nabíjanie.
Kondenzátor C6 môžeme nastaviť rýchlosť regulácie. OZ2 spolu s C5, R4, R5, R6 a R7 generujú pilovité napätie o kmitočte 100 Hz. Na neinvertujúci vstup (+) je privádzané usmernené sínusové napätie. To je porovnávané s napätím na invertujúcom vstupe (-) z deliča R5,R6. Ak je usmernené napätie kladnejšie ( vzhľadom k 0 V), ako napätie deliča, je výstup OZ2 v kladnej saturácii a C5 sa cez diódu D9 nabije na plné napätie. V opačnom prípade sa C5 vybíja cez R4. Tým vzniká na C5 napätie približné pilovitému priebehu. OZ1 slúži k spínaniu tyristora Ty cez D14 ( indukuje spínací prúd ), D7 a R3.

Na jeho vstupoch je porovnávané pilovité napätie s výstupným napätím regulátora prúdu.
Čím vyššie je výstupné napätie z regulátora prúdu, tým skôr sa výstup OZ1 preklopí do kladnej saturácie a tým skôr spína tyristor Ty a naopak. Tým sa nastavuje uhol zapnutia tak, aby výstupný prúd bol nezávislý na napätí akumulátora a napájacej siete a odpovedal iba požadovanej hodnote.
Nabíjačka je teda chránená pred prepoľovaním akumulátora. Táto ochrana spoľahlivo, pôsobí, ak je najskôr zapnutá nabíjačka do siete a potom opačne pripojený akumulátor. Pri obrátenom postupe sa tyristor otvorí naplno a nejde ho vypnúť. Je to spôsobené tým, že pri opačne pripojenom akumulátore ja na tyristore trvalé napätie v blokovacom smere. Potom stačí jediný spínací impulz k jeho trvalému otvoreniu. Tento impulz príde počas stabilizácie elektroniky v perióde napájacieho napätia po zapnutí. Vzniknutý skrat ukončí poistka v primárnom vinutí transformátora. Ak je nabíjačka už dopredu zapojená do siete, je elektronika ustálená a ochrana pracuje bez problémov.

Popis konštrukcie

Všetky elektronické obvody sú umiestnené na jednej doske plošného spoja. Doska a jej osadenie sú na obrázku. Aby nedochádzalo k nadmernému ohrievaniu dosky plošného spoja, sú diódy D1 až D4 zapojené zo strany plošných spojov asi vo vzdialenosti 15 mm a tyristor Ty je umiestnený mimo dosku na hliníkovom chladiči. Bočník pre snímanie prúdu je vyhotovený z konštantánového drôtu o priemere 1,5mm, dĺžky približne 90mm. Konstantánový drôt sa dá spájkovať dobre len v tom prípade, ak predtým oškrabeme zaoxidovanú vrstvu na povrchu. Odpor bočníka je 25 m Na jeho veľkosti veľmi nezáleží, pretože správna funkcia prúdu je nastavená odporovým trimrom P2. Zostáva nastaviť obvod automatického ukončenia nabíjania trimrom P3; ak dosiahneme napätie na svorkách 15V, zhasne žltá dióda D14.Tým je elektronika pripravená k použitiu. Dosky plošných spojov sú pripevnené pomocou distančných stĺpikov o plech krabice. (pomocou skrutiek so závitom M4).
Skrinka nabíjačky je zhotovená z antikorového plechu o hrúbky 1 mm. Skladá sa z dvoch dielov ohnutých do tvaru písmena U. Základňa nesie transformátor a dosky plošných spojov a sú k nim pripevnené prívodné a vývodné káble. Krytom prechádza hriadeľ potenciometra, tri signálne diódy LED a desať signálnych diód LED indikujúcich stav nabitia akumulátora.
Poistka v obvode primárneho vinutia transformátora je uložená v poistkovom púzdre a umiestnená na krabici. Sieťový prívod prechádza zadnou stenou krabice a je zaistený proti vytrhnutiu pomocou priechodky. Čierny (cez poistku), bledomodrý vodič sú pripojené na primárne vinutie a zelenožltopruhovaný vodič je pripojený na kostru pod skrutku.

Prívodné vodiče ( čierny, červený ) akumulátora sú vyvedený taktiež zo zadnej časti krabice a zakončené krokosvorkami pre pripojenie k akumulátoru. Oba dieli krabice sú spojené skrutkami do plechu. Zo spodnej časti sú pripevnené gumené nôžky. Pomocou tejto nabíjačky je možné nabíjať aj akumulátory 6V, ibaže nefunguje automatické vypínanie; skutočný prúd j asi o 10 % menší než nastavený. Princíp regulácie sa dá samozrejme použiť i pre iné hodnoty prúdu a napätia. Minimálny prúd je obmedzený chybou, vzniknutý na bočníku R vplyvom vlastnej spotreby elektronických obvodov. Maximálny prúd je určený diódami D1 až D4, tyristorom a transformátorom.
Napätie nabíjaného akumulátoru by nemalo byť nižšie než 6 V. Pri menovitom napätí vyššom než 12V odporúčame obmedziť napájacie napätie OZ stabilizačnými diódami na +-18 V.

Postup pri nabíjaní

- svorky vyvedené z nabíjačky privedieme na svorky akumulátora
- zapneme hlavný vypínač
- potenciometrom nastavíme požadovanú hodnotu nabíjacieho prúdu
- sledujeme či sa nerozsvieti červená led dióda, ak áno indikuje opačnú polaritu zapojenia
- správna polarita zapojenia je indikovaná zelenou led diódou
- pri nabíjaní sledujeme žltú diódu, ktorá indikuje počiatok nabíjania

1.3 Usmerňovače

Usmerňovač je polovodičový menič, ktorý mení energiu striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Najviac sa využíva v elektrických regulačných pohonoch, kde spolu s výhodnými charakteristikami jednosmerného motora vytvára pohon s najširším regulačným rozsahom a vysokou dynamikou. Usmerňovače veľkých výkonov sa uplatňujú v elektrickej trakcii na elektrických lokomotívach striedavej trakčnej sústavy 25 kV, 50Hz. Pre najväčšie prúdy sa používajú v elektrolýze.
Z hľadiska vypínania prúdu v polovodičových ventiloch sú usmerňovače najväčšou skupinou meničov s prirodzenou komutáciou. Usmerňovače môžeme rozdeliť do dvoch skupín: a.) neriadené usmerňovače (diódové)
b.) riadené usmerňovače (tyristorové)
Obidve tieto skupiny sa môžu používať ako jednofázové alebo viacfázové usmerňovače, najčastejšie trojfázové.

Najpoužívanejšie zapojenie usmerňovača je: mostíkové zapojenie dvojcestného usmerňovača. Vyžaduje štyri diódy. Avšak vystačí s jednoduchým sekundárnym vinutím, ktoré však musí mať väčší priemer drôtu ako u iných usmerňovačoch. Prúd tečie vinutím v obidvoch polperiódach. Charakteristickou vlastnosťou mostíkového zapojenia je, že prúd v každej polperióde tečie dvoma sériovo zapojenými diódami.

Popis diódového mostíka:

Priepustný smer - polperióde striedavého prúdu, kedy dióda D1 je otvorená.

Na anódu D1 prichádza plus, zároveň je otvorená dióda D3 – na katóde je mínus z druhého konca vinutia. Zostali dve diódy. Tieto dve diódy sú pólované v závernom smere. Prúd prechádza diódou D1, zaťažovacím odporom Rz, ďalej diódou D3 a obvod sa uzatvára cez zdroj, t.j. vinutie sekundára. V nasledujúcej polperióde sa polarita napätia na koncoch vinutia mení. Teraz sú otvorená diódy D2 a D4. Ostatné dve sú pólované v závernom smere. Prúd tečie cez D2 – na anóde je plus, zaťažovacím odporom Rz, diódou D4 – na katóde je mínus a obvod sa uzatvára cez vinutie transformátora. Prúd tečie v každej polperióde, takže sa skutočne jedná o dvojcestný usmerňovač. Priebeh usmerneného napätia je na OBR. Napätie sa rozloží na obidve diódy a tie sú zapojené v sérii. Ich požadované napätie Ur je preto menšie a má byť rovno približné dvojnásobku efektívnej hodnoty sekundárneho napätia. Drobnou nevýhodou mostíkového zapojenia je dvojnásobný úbytok napätia na diódach. Skutočne sa tomuto nedá vyhnúť a tak musíme zvýšiť napätie na sekundáry približne na 1,5V. To sa môže zdať zanedbateľné, iba ak sa jedná o napätie zdroja napr. 30V. Potom úbytok na kondenzátore asi nehrá veľkú úlohu. Ak však od zdroja požadujeme napätie 6V, tak nemôžeme dovoliť zanedbať úbytok takmer dvoch voltov. Inak by to bolo napätie o tretinu menšie, a to je neprípustný rozdiel.

Napätie na výstupe akéhokoľvek usmerňovača, ku ktorému je pripojená kapacita, značne kolísa. Čím väčší odber prúdu, v danom okamžiku, tým väčší pokles napätia. Opačne, bez odberu prúdu napätie stúpne až na maximálnu hodnotu. V praxi to vyzerá tak, že napr. u zosilňovača, ak nie je vybudený, je odber nepatrný , pri hlasitejšej reprodukcii odber stúpa. Na nárazovom kondenzátore potom napätie silne kolísa, a to tým viac, čím je jeho kapacita menšia. S menším napätím však klesá výkon, a to nevyhovuje. Neostáva nič iné len napätie stabilizovať. Mostíkový usmerňovač v prvej polperióde ( prúd tečie diódami D1, D3 ):

Mostíkový usmerňovač v druhej polperióde ( prúd tečie diódami D2, D4 ):

Priebeh prúdu dvojcestného usmerňovača s nárazovým kondenzátorom a záťažou:

2.PRAKTICKÁ ČASŤ

2.1 Návrh transformátora

Výkon : P = U.I = 17.6 = 96 VA
-predpokladaná účinnosť transformátora je 88%, takže príkon primáru sa primerane zväčší: Pp = 96 : 0,88 = 109,09VA
-takejto hodnote zodpovedá aj náš transformátor s jadrom EI 40 x40. Znamená to, že šírka strednej časti plechu tvaru E bude merať 40 mm a výška stĺpca plechov uložených tesne nad sebou rovnako 40mm.

Prierez stredného stĺpika teda bude : 4 x 4cm = 16cm2
-podľa tabuliek pre EI 40 x 40 by mal transformátor obsahovať 80 plechov s hrúbkou 0,5mm.
-počet závitov na 1 V: N = 45/Q = 45/16 = 2,81 (závitu na jeden volt)
-spočítame počet závitov primárnej cievky: N1 = 220.2,81 = 618
-kvôli odporu vinutí a stratám zmenšíme o 5% N1= 618.0,95 = 587
-spočítame počet závitov sekundárnej cievky N2 =17.2,81 = 48
- počet závitov zväčšíme o 5% N2 = 48.1,05 = 51

2.2 Výroba dosky plošného spoja

Doska plošného spoja sa vyhotovila podľa zobrazenia schémy zapojenia uvedenej v prílohe. Pri výrobe bol použitý kuprextit a vodivé cesty boli vyrobené pomocou fotocesty: - na medenej fólii je nanesená vrstva emulzie citlivej na svetlo a tá sa osvetlí cez kresbu nakreslenú na priesvitnom materiály. Doska sa vyvolá, podobne ako exponovaný fotopapier pri zhotovovaní fotografie. Po premeraní daných súčiastok za účelom zistenia, či vyhovujú požadovaným hodnotám, sa osadili do vopred vyvŕtanej dosky plošného spoja. Po dokončení osadenia súčiastok, sme meracím prístroj zistili, či nevznikli studené spoje.
Vyhotovený plošný spoj spolu s ďalším príslušenstvom nabíjačky sme osadili do krytu.

2.3 Výroba krytu nabíjačky

Kryt nabíjačky sme si nechali vyrobiť v súkromnej firme, ktorá sa zaoberá výrobou krytov hlavne pre rozvádzače.
Kryt nabíjačky je vyrobený zo železného plechu hrúbky 1mm. Spodná časť je vytvorená z jedného kusu. Vrchná časť - kryt je riešený tak, aby sa dal odnímať a je pripevnený pomocou skrutiek. Po obvode krytu sú vyvŕtané diery slúžiace hlavne na chladenie transformátora. 2.4 Technické údaje

- menovité napätie 230 – 240V
- menovitý vstupný prúd 435mA
- výstupné napätie 17,1V
- výstupný prúd 6A
- krytie IP20
- rozmery 258x130x160mm
- hmotnosť 5kg
- ochrana: - pri normálnej prevádzke živých častí
- zábranami a krytmi
- izolovaním živých častí
- ochrana pri poruche (neživých častí)
- STN 33 – 2000 – 4 – 41 – ochrana samočinným odpojením napájania

Záver:

Pre zostrojenie tyristorovej nabíjačky sme sa rozhodli z dôvodu overenia našich teoretických poznatkov v praxi. Pre robenie ročníkovej práce a teda zostrojovanie nabíjačky sme sa rozhodli aj pre odporúčania niektorých ľudí ale hlavne z dôvodu uľahčenia si praktickej maturity pretože sme sa chceli vyhnúť záverečnému zhonu pri maturitách. Pri vyberaní druhu nabíjačky sme sa rozhodli pre túto nabíjačku z dôvodu užitočných vlastností ako sú: regulácia prúdu nezávislá na vonkajších podmienkach, automatické ukončenie nabíjania, skratuvzdornosť, odolnosť voči prepólovaniu a podobne.
Elektronické obvody umožňujú nastaviť nabíjací prúd plynule od 0 do 4A strednej hodnoty nezávisle na napätí akumulátoru alebo napájacej sieti.
Pri vyhotovovaní tejto nabíjačky nenastali vážnejšie komplikácie. Keďže krytie tejto nabíjačky je IP20, t.j.

jej použitie nie je určené do vlhkého alebo mokrého prostredia pretože toto krytie neposkytuje ochranu proti vniknutiu vody.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk

Tyristorová nabíjačka akumulátorov (SOČ)