close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Рекомендую распечатать – с экрана трудно следить за работой схемы.
Немного теории по построению зарядно-пускового устройства.
В свое время, занимаясь электротехникой я построил несколько десятков
сварочных аппаратов и более десятка зарядно-пусковых устройств. Методика
расчета для обеих типов абсолютно одинакова.
Мне приносили для изготовления различный трансформаторный хлам, и
просили что-то из него сделать. Я конечно делал (в эпоху перестроечной разрухи
кушать хотелось), но с точки зрения практичности изготовить подобное
устройство из трансформатора мощностью менее 1 киловата (для авто типа
Жигули) не имеет практически никакого смысла.
Давайте посчитаем. Напряжение аккумуляторной батареи (АБ) – в среднем 13
вольт.
Прошу никого не цепляться за мелкие детали, я умышленно округляю
несущественные погрешности - которые не влияют на суть.
При запуске авто от стартера от АБ берется ток около 100 А. (для авто типа
Жигули).
Напряжение хорошей батареи в этот момент понижается (из-за внутреннего
сопротивления) до 10-11 вольт.
Итого мощность проворота коленчатого вала Р = 100 А* 10 В = 1000 Вт. или
1100 Вт.
Таким образом, попытка переделать любой менее мощный трансформатор в
пусковой обречена на неудачу. Хотя конечно он будет добавлять какой-то ток в
цепь пуска, но о существенном влиянии на облегчение режима пуска АБ говорить
не приходиться.
Это тоже самое если зацепить в одну упряжку трактор и мотоцикл. (типа слон и
Моська)
Т.е. получив заказ на конкретную модель авто, принимается за основу номинальную двойную мощность стартера.
Я в своей практической деятельности быстро это поняв, никогда не делал
пускачи менее 2 КВт. И хотя это звучит немного страшновато для не
подготовленных людей, я постараюсь подробно объяснить что это - очень просто.
Перелопатив огромное количество справочной литературы, и ремонтируя
промышленные сварочные аппараты, (при этом старательно записывая их
обмоточные данные, и сечение сердечников) я понял что для расчета мощного
трансформатора обычная методика применяемая для маломощных
трансформаторов не подходит.
Обычная рекомендация для расчета мощности трансформатора - по его
сечению сердечника S(см) возводим в квадрат. Этим примитивным расчетом мы
не эффективно используем фактическую мощность трансформатора. Это
специально занижено с учетом неточности при сборке, непрофессиональных
электриков – любителей.
Реальные промышленные трансформаторы считаются несколько по другому.
Мощность трансформатора считается - сечение сердечника Sсм возводится не
в квадрат, а в степень 2,3. (два и три десятых). При мощности свыше 10 КВт степень 2,34 - 3,38.
Пример
Сечение сердечника трансформатора 20 см2. Какова мощность
трансформатора?.
Обычный расчет мощности Р= 20*2(квадрат) = 400 вт.
Реальный расчет Р= 20*2,3 = 982,5 Вт. Приятная неожиданность да?.
Мы не верим ?. Давайте проверим – Возьмем промышленный сварочный
аппарат ТДМ-300. Сечение его магнитопровода 55 см2. Паспортная мощность на
выходе 9,5 КВт.
Обычный расчет мощности Р= 55*2(квадрат) = 3025 вт.
Реальный расчет Р= 55*2,3 = 10065 Вт.
Даже возьмите простой трансформатор от ламповых телевизоров ТС-180.
(Трансформатор Силовой – 180 Ватт)
Его сечение сердечника 45*20 мм = т.е. 9 см2
Обычный расчет мощности Р= 9*2(квадрат) = 81 вт.
Реальный расчет Р= 9*2,3 = 170 Вт. Вот так-то ребята.
А с учетом на витой качественный магнитопровод (с минимальным
количеством воздушных и притертых зазоров степень будет 2,37. Р= 9*2,37 = 182,6
Вт.
Под знаком * в расчетах выше считать знак возведения в степень, а не
умножения. Просто печатать быстрее. Под термином Обычный – рекомендуемый
в популярной литературе простейший расчет трансформаторов. Все расчеты вы
можете легко проверить сами – измеряя сердечники готовых, достаточно мощных
промышленных трансформаторов.
Таким образом, изготовив по обычной методике пусковой (сварочный)
трансформатор вы получите здоровенное громоздкое устройство, возможности
которых занижены почти в два раза.
Из-за того что реальная индукция в сердечнике сильно занижена – у
трансформатора под нагрузкой происходит сильная “просадка” напряжения.
Теперь переходим к расчету обмоток. Теория.
Теперь преобразуем эту основную формулу на основные необходимые для
расчетов значения.
Вст = всегда принимать 1,7 Тл, Для кольцевых витых 1,8 Тл. – Это основной
параметр. При всех расчетах у вас должна выходить такая индукция. Это значит
что железо использовано по максимуму.
Теперь о конструкции магнитопроводов. Наиболее целесообразна конструкция
сердечника трансформатора в виде буквы П.
Так называемая стержневого типа. Из всех
конструкций эта получила наибольшее
распространение из-за минимального расхода
обмоточного провода, и железа
магнитопровода. Большой поверхности
(охлаждение). Для примера тот же
трансформатор ТС-180.
Витки обмотки надо разделить на две равные части. Я думаю все видели
промышленный сварочный аппарат без кожуха – где обмотки двигаются по
сердечнику. Вот на такую конструкцию трансформатора в дальнейшем
построении и надо рассчитывать.
Таким образом, глядя с верху на обмотки мы определяем сечение
магнитопровода в квадратных сантиметрах.
S см = а*б. Считать только один сердечник.
В Ш - образном (броневом) считается сечение центрального сердечника, думаю
про кольцевой вам и так понятно. В нашем трансформаторе конечно обмотки
будут неподвижны.
Очень хорошие результаты дают кольцевые магнитопроводы – в данном
случае я очень успешно использовал статоры от асинхронных электродвигателей,
вынув активное железо, пазы забивал клиньями. Следует искать как можно с
большей толщиной спинки (цельное железо -без зубьев). При расчетах – толшину
(высоту) зубьев не учитывать. После медной лихорадки – таких разбомбленых
моторов валялось огромное количество, но сейчас началась железная лихорадка.
Теперь об особенностях сборки магнитопровода. При сборке железа старайтесь
до предела уменьшить расстояние между зазорами стыков, это самая важная
особенность, если вы небрежно соберете магнитопровод, то магнитная индукция в
сердечнике будет занижена, будет большой ток холостого хода. И также будет
резкое снижение напряжения под нагрузкой на вторичной обмотке. Не пожалейте
времени и терпения.
Теперь о схеме вольтодобавки. Почему надо добавлять напряжение ?. Все очень
просто – если сделать трансформатор равный напряжению АБ, то при запуске от
стартера при просадке напряжения большую мощность будет отдавать батарея. У
нее более жесткая пусковая характеристика. Я это проверял практически,
поставив измерительные шунты амперметров в цепи батареи и трансформатора.
Чтобы добиться реальной разгрузки батареи при запуске необходимо в момент
включения стартера повысить напряжение на выходе пускача до 18 –20 вольт.
Вследствие нагрузки от стартера напряжение на выходе выпрямителя снизится до
13-14 вольт, равный напряжению батареи. Лишнее напряжение уйдет на стартер.
Т.е. от батареи реально практически не будет браться ток (это большой плюс –
особенно в зимнее время), не говоря о сильно возросшем ресурсе батареи, и
практически мгновенном запуске движка. Одно дело запускать при 10 вольтах на
батарее или менее, или на 14 вольтах от пускача, не задействуя батарею.
После окончания процесса запуска необходимо немедленно убрать избыточное
напряжение, иначе избыточное напряжение замкнется на аккумулятор с
огромным зарядным током 30-60 А.
Все это и делает нарисованная ниже схема.
Детали: Коммутаторы Т1, Т2 – встречно -параллельно включенные тиристоры
Т25, Т50 (6 класса на напряжение сети 220 В, 8 класса на напряжение 380В.
Включение - просто замыкаются через маломощное реле управляющие
электроды. Когда тиристоры открываются – тока через электроды нет. Средний
ток 5 мА. Реле на напряжение произвольное, с рабочим напряжением между
контактами на напряжение сети. Я таким способом просто через
микропереключатель на держаке сварочного аппарата включаю трансформатор
ТДМ-500, 19 КВт между прочим. От сети 380. Тиристоры ТЛ200 – 18 класса. (для
справки: класс – напряжение в сотнях вольт. 7 класса – 700 вольт).
Выпрямительный мост диоды на 160-200 А. Если будут проблемы с мощными
диодами – есть вариант намотать вторичную обмотку - к примеру четырьмя
сложенными (но не спаянными концами) проводами. Собираем четыре моста на
диодах с током 50 А, и подключаем каждый провод на свой мост. Мосты на плюсе
и минусе включаем параллельно. Вариант хреновый, но реальный. А если вы
попытаетесь включить на мощную вторичку параллельно слабосильные диоды,
то просто спалите диоды. Причина - разное падение напряжение падения в
открытом состоянии, и разное динамическое сопротивление. В промышленном
масштабе диоды включают параллельно только тщательно отобранными до
сотых долей вольта группами по падению напряжения. И с применением
уравнительных сопротивлений. (как правило).
Стабилизирующий резистор в цепи ключа Т1 – проволочный, 3 - 4 Ома, из
Нихрома. Диаметр 1 мм. Предназначен для исключения к.з. в момент включения
ключа Т2. В обычном режиме подзаряда АБ, на нем падает напряжение около 6-10
вольт. В некотором роде служит стабилизатором тока заряда АБ.
Вся суть автоматической работы схемы в токовом реле. Оно самодельное. Из
подходящего по размерам достаточно крупного реле. Уже вижу ухмылку на лице,
только этого не надо. Я перепробовал датчики тока и на трансформаторах тока, и
на измерительных шунтах. Ничего проще, и надежнее в работе, чем самодельное
реле - по легкости настройки и простоте я не нашел.
Если делать на трансформаторе тока его надо намотать, навесить на него мост,
резистор. Собрать схему на контроль напряжения, настроить. Короче сделал пару
раз и плюнул. Мышиная возня. Слишком много затрат на очень простую задачу,
отключить подпитку (как говорили раньше – игра не стоит свеч). Сейчас можно
сделать практически все, но суть самой силовой схемы не меняется. Я выбрал
свой вариант, меня он устраивает. Выбор за вами.
Устроено реле предельно просто.
За основу берется любое крупногабаритное реле. Катушка выбрасывается. С
правой стороны – по рисунку, сердечник и остов спиливаются. Это для того чтобы
сделав воздушный зазор и до предела уменьшить вероятность залипания якоря.
Стойка регулятор сверху и снизу ограничивает ход якоря до 2 мм. На якорь
приклепывается длинная полоска гибкого пластика – я использовал
фольгированый стеклотекстолит, 2 мм, фольгой к верху. Контакты от этого же
реле, контактные стойки сделал из обычного толстого гвоздя, нарезав резьбу. К их
концам припаял контакты, так же от реле, заводские. Они могут регулироваться
по высоте – за счет резьбы в основании. Если якорь будет смещаться от точек
контактирования, поставьте по бокам две центрующие гладкие стойки.
На сердечник якоря надевается обмотка из одного – двух витков провода. При
настройке добиваются что якорь включается при 15-30 А. Нагрузка- лампы от
фары с известным током потребления. Если все нормально – у вас получится реле
тока с чувствительностью – плюс, минус 5 Ампер. При токе включения 30 А.
Основное усилие включения регулируется за счет пружины с регулировочным
винтом. Зазор должен быть между якорем и сердечником около 3 мм, ход якоря
не более 1-1,5 мм. При любой нагрузке якорь не должен касаться сердесника.
Еще раз повторю, что я делал датчики тока разных модификаций – не доволен их
работой. Не именно работой -а процессом изготовления, наладкой, перестройкой –
требуются приборы. Реле лучше – по безотказности.
А реле такого типа давно применяются на ж.д. транспорте в тепловозах, и до сих
пор работают хотя им по 30-40 лет.
В принципе это только мое личное мнение. Я никому его не навязываю. Это на
случай возможной критике на форуме. Сделаете что-то лучше, что можно легко
сделать даже в отдаленных городках, без особых хлопот – поделитесь идеей.
Схема управления .
Реле на ваше усмотрение, с
напряжением на контактах не менее
напряжения сети (220-380 В).
Схема подключается от
независимого трансформатора. Т.к.
силовой еще не включен.
За основу можно взять готовые,
имеющиеся в продаже блоки
питания.
Напряжение питания выбирается
по реле, или наоборот. По минусу
схема соединяется с силовым
выпрямителем.
Технически схема будет работать и без электронного узла на транзисторе Т1, но я
сейчас ставлю на все пускачи. Причина – у одного товарища АБ была настолько в
запущенном состоянии что после запуска от трансформатора батарея имея низкое
напряжение не позволила отключится токовому реле. Затем в батарее взорвалась
одна банка – атмосферное отверстие было засрано.
Таким образом, настоятельно рекомендую собрать все - как написано на схеме.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ.
ЕСЛИ ГЛЯДА НА ЭТУ СХЕМУ У ВАС ВОЗНИКЛИ ВОПРОСЫ ПО СУТИ ЕЕ
РАБОТЫ, ЗАМЕНЕ ДЕТАЛЕЙ ИЛИ ПОДБОРУ ИХ - ЗНАЧИТЬ ВЫ НЕ
ГОТОВЫ СОБРАТЬ ЕЕ ТЕХНИЧЕСКИ. У ВАС МАЛО ОПЫТА. ПОПРОСИТЕ
БОЛЕЕ ПОДГОТОВЛЕНЫХ ТОВАРИЩЕЙ СОБРАТЬ ЕЕ.
ДЕТАЛИ НА СХЕМЕ НЕ ЯВЛЯЮТСЯ ИДЕАЛЬНЫМИ ПО
ХАРАКТЕРИСТИКАМ. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОНЩИК ЛЕГКО
ПОДБЕРЕТ НЕОБХОДИМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЛЮБОГО ДРУГОГО НОМИНАЛА.
Теперь кратко о ее работе. При подаче питания на схему управления, через
нормально замкнутые контакты К1 включается реле К2. К2 включившись
замыкает силовой ключ Т1. Включается силовой трансформатор. Напряжение на
выходе около 14 В. таким образом ток подзаряда устанавливается около 5 А.
При запуске от стартера, напряжение АБ резко снижается и возрастает ток
потребления от трансформатора. Включается токовое реле К1. Замыкается цепь
на реле К3. Т.к. трансформатор подключается на вывод с меньшим количеством
витков – на вторичке возрастает напряжение. Оно определяется
регулировочными отводами. В момент переключения контактов К1, теряется
питание на реле К2, но за счет конденсатора оно остается включенным около 1-2
секунд. Цепь 220 В не разрывается на момент переключений силовых ключей Т1 и
Т2.. Благодаря этому не происходит звонковой работы реле К1.
После запуска двигателя напряжение на АБ резко возрастает и может достичь 16
вольт и большому току заряда. Для этого и собрана схема контроля напряжения
на транзисторе Т1.
Момент включения реле К4 настраивается на напряжение 15-16 вольт. После
включения К4 – оно своими контактами рвет цепь на К3. Отключается силовой
ключ Т2, падает ток- отключается токовое реле К1. И трансформатор
переключается (через ключ Т1) на напряжение 14 В. На подзаряд. Цикл
завершен.
Как таковой я не рекомендую применять этот прибор для постоянного включения
в режиме подзаряда. Здесь нет стабилизации тока, и ток заряда по причине
большой мощности будет иметь большую зависимость от напряжения питания.
Для этого я использую промышленный зарядный аппарат. С автоматическим
циклом подзаряда.
Данное устройство лучше всего подойдет для запуска авто при сильных морозах и
при ремонте с частыми запусками двигателя.
Замечание по трансформатору. Вывод 1 силового трансформатора на самом деле
не один а с 4 отводами через 5 вольт.
Вывод 3 также имеет регулировочные отводы через 5 вольт (4 штуки.). – Это
позволяет гибко настроить напряжение вольтодобавки.
Вторичная обмотка начиная с 14 вольт имеет отводы до 20 вольт .
Это позволяет гибко настроить систему на разное напряжение сети.
От тории перейдем к расчету силового трансформатора. Его габаритам, массе и
общим затратам.
Задача: входное напряжение 220 в. Мощность 2000 Вт. Выходное напряжение
нормаль 14 В, максимум (вольтодобавка до 20 В).
Определяем сечение окна магнитопровода S. S= из 2000 извлекаем корень в
степени 2,3.
Получается около 28 см2. Обычная метода даст 44,7 см2 (если из 2000 извлечь
квадратный корень). в дальнейшем для сравнения я буду показывать для
сравнения моей методики по сравнению с обычной - например 28 (44,7)см2.
Определяем число витков на 220 в между выводами 1-2 и 20 вольт на вторичной.
Применяем формулу 1.
W 220 = 220*10000/222 * 28 (см2) * 1,7 Тл = 2200000/10567 = 208,19 = 208 (390)
витков.
W 20 = 20 *10000/222 * 28 (см2) * 1,7 Тл = 200000 /10567 = 18.9 = 19 (36) витков
Это для примера. Т.е. делая трансформатор по рекомендательным методикам
запас по виткам и сечению будет завышен почти в два раза. Это сделано для
компенсации неточности сборки, повышенным зазорам в пластинах. Для
маломощных трансформаторов это оправдано. Для серьезных вещей нет –
большие избыточные затраты дорогих материалов.
Потребляемый из сети ток .
Т.к. пусковой ток стартера в среднем 100 А при напряжении 10-11 вольт, то
мощность потребления = 1100 ватт. Iа (220) = 1100/220 =5 А. Т.к. магнитопровод
рассчитан с запасом на 2000 ватт то получается 2000/220 = 9 А. Следовательно ток
во вторичке будет возможным при В=13 –14 В равным I= 2000/13 = 154 А.
Примечание - я не берусь обсуждать запасы прочности в меньшую сторону по
проводам и мощности. Привожу голую статистику. Все остальные эксперименты в
меньшую сторону - на вашей совести. Я такое не практикую.
Находим сечение проводов. Для сети 220 – 9А. Для сварочных трансформаторов с
воздушным охлаждением принято считать плотность тока для медных проводов
4А на мм2.
Итого при 9А сечение провода S = 9/4= 2,25 мм2.
При 154 А (вторичная 20 В) сечение S = 38 мм2.
Число витков для напряжения 14 вольт.
Уравнение – при напряжении на выводах 1-2 220 Вольт на вторичке 20 вольт.
Сколько должно быть на первичной обмотке витков провода чтобы на вторичке
напряжение снизилось до 14 вольт. Получаем 20/14 = 1,42 раза. Итого первичная
обмотка имеет 208 витков.
Следовательно 208*1,42 = 296 витков. По выводам 1-2 = 208 + 88 (вывод 3).
Эти дополнительные 88 витков можно взять сечением в 2 раза меньшими – т.к. эта
часть работает на выходное напряжение 14 в (подзаряд) и небольшой ток 2-3 А.
Теперь посчитаем высоту окна трансформатора – для размещения проводов
обмоток по длине.
Первичная имеет максимум 296 витков. Рабочая пусковая обмотка имеет 208
витков.
Вот ее и надо точно разделить пополам для размещения на двух сердечниках.
Остальные 88 витков проводом тоньше придется все намотать на каком то одном
стержне. При запуске эта часть обмотки отключается, и магнитные потоки внутри
сердечника трансформатора будут сбалансированы идеально.
Получаем = 208/2 = 104 витка. Сечение провода на 220 В = 2,25 мм2. диаметр = 1,7
мм.
Если намотать первичку в один слой, то получится необходимая длина по
стержню трансформатора = 1,7мм *104витка * 1.05 (5% погрешности намотки,
толщ. изоляции) = 1,7*104*1,05= 185,6 мм. = 18, см. Это высота внутри стержней
трансформатора.
Ради любопытства прикинем длину провода на первичную обмотку.
Сечение стержня 28 см.
При страндартной ширине 6 см толщина набора получится = 28/6 = 4,6 см.
Добавляем на каждую сторону по 3 мм на изоляцию, получаем 63 на 49 мм
Длина сторон (периметр) = (63+49) *2 = 224 = 22,4 см.
Длина провода основного 1,7 мм = 22,4см * 208 витков = 22,4 * 208 = 4659см = 46, 6
метра.
Дополнительная обмотка – намотается на одном стержне. За счет первички и
изоляции размеры витка возрастут на 3 мм на каждую сторну. 3*4 = 12 мм на
виток. Длина витка первого слоя 22,4 +1,2 см = 23.6 см. 88 витков * 23,6 см = 20,8
метра.
Со вторичкой сложнее, сечение такого провода в любительской практике нет,
придется собирать из параллельных проводов. Много вариантов.
Можно было – бы посчитать и массу магнитопровода, но не могу уже. Итак
затрахался с этими рисунками.
Напоследок полезные советы.
Приходилось собирать в эпоху нищеты первички из многожильных проводов.
Отжигался кабель многожильный – на малом костерке, (главное не пережечь
провод – будет хрупким). Замерял жилки, слаживал вместе по сечению. Изоляцию
витковую делал из самой тонкой ткани – в полуперекрышу. При намотке сразу
пропитывал лаком.
Самый первый сварочный работает до сих пор, а ведь прошло больше 20 лет.
Так что направление задано. Не ошибается только тот кто нихрена не делает.
Тиристорные ключи ставил на радиаторы (заводские) без обдува. Ток максимум
10 А – не греются. Диоды моста ВЛ200 тоже на заводских радиаторах. Проверено
практикой при токе 200 А – без обдува хватает секунд на 30. Для стартера хватит.
Кто хочет рассчитать сварочный по такой методике – помните что напряжение на
дуге определяется по формуле U= 20 + 0,04 I
Пример. Нужен сварочный с током 250 А. Какое будет напряжение под нагрузкой
? ( для определения мощности трансформатора) получаем U= 20 + 0,04*250 = 20+
10 = 30 В –напряжение дуги.
Мощность транса равна 30В*250А = 7,5 кВт на вторичке. Берем потери в трансе
15%, получается = 7,5*1,15 = 8,6 кВт. – И полетел расчет. Напряжение вторички
при холостом ходу надо брать равный удвоенному напряжению дуги.
Вместо тиристорных ключей можно поставить контактора, с соответствующей
корректировкой схемы по питанию, и характеристиками реле.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа