redresor pentru acumulatoare.doc
TRANSCRIPT
Colegiul tehnic edmond nicolauBucuresti
Redresor pentru incarcarea bateriei Auto Lucrare de specialitate
Elev: Prof. Indrumator:Costea Cezar Dan Dumitrescu Viorica Clasa XII E3
Cuprins:
1. argument
2. introducere
3. consideratii generale
4. redresor pentru incarcarea de acumulatoare
5. Alte tipuri de redresoare
6. bibliografie
1. Argument
Am ales aceasta tema deoarece redresorul este un element
principal in electronica si diferite aplicatii electronice, el avand un rol
foarte important, si in randul automobilistilor si nu numai.
2
Acest element foloseste in principal la incarcarea si prelungirea
duratei de viata a acumulatorelor auto, si a altor tipuri de
acumulatoare.
2. introducere
Dupa cum s-a aratat, redresoarele sunt elemente care
transforma curent alternativ in curent continuu prin procesul de
redresare, adica de conducere a curentului intr-un singur sens
(unilateral).
Redresoarele pot fi realizate cu ajutorul mai multor tipuri de
elemente electronice cum sunt: diode cu vid. gazotroane, tuburi cu
3
vapori de mercur, tiratroane, diode semiconductoare, tranzistoare,
tiristoare etc.
Schema bloc a unui redresor (fig. 7.3) care transforma curentul
alternativ de la sursa CA in curent continuu (CC) cuprinde in
principiu:
- transformatorul de retea (TA) care reduce tensiunea retelei de Ia o
valoare oarecare la o valoare, convenabila;
- blocul redresor propriu-zis (R) reunind elementele cu conductie
unilaterala, tensiunea (curentul) obtinuta avand o forma pulsatorie;
- filtrul de netezire (F) care permite „netezirea” pulsatiilor, astfel incat
tensiunea (curentul) redresat sa aiba o forma cat mai apropiata de
cea continua.
Clasificarea circuitelor redresoare se poate face pe baza
diverselor criterii astfel:
In functie de posibilitatea de a furniza sau nu tensiune
(curent) reglabila la iesire, redresoarele se clasifica in:
- redresoare simple (necomandate), cum sunt cele folosind diode cu
vid sau semiconductoare;
- redresoare reglabile (comandate), ca de exemplu cele ce utilizeaza
tiristoare (diode, comandate).
In functie de numarul de faze al transformatorului de
alimentare se disting:
- redresoare monofazate;
- redresoare polifazate, cele mai uzuale fiind cele trifazate.
Redresoarele polifazate (trifazate) pot fi:
- redresoare cu punct neutru — monoalternanta;
- redresoare in punte — dubla alternanta.
In functie de numarul de semialternante redresate se
deosebesc:
4
- redresoare monoalternanta, la care una clin alternante este
redresata, iar cealalta este suprimata;
- redresoare dubla alternanta, la care se redreseaza ambele
alternante.
Fig. 7.3 Schema bloc a unui redresor.
In functie de natura sarcinii redresoarele se pot clasifica in:
- redresoare cu sarcina rezistiva (R);
- redresoare cu sarcina inductiva (R,L);
- redresoare cu sarcina capacitiva (R,C).
5
3. Consideratii generale
In prezent pornirea electrica este generalizata pe plan national si
mondial la autoturisme, autocamioane, tractoare, combine
autopropulsate, motoare stabile s.a., datorita avantajelor in
exploatare si sigurantei in functionare a componentelor ei.
Consumul mare de baterii se datoreste conditiilor grele de lucru
ca : temperaturi scazute,socuri, asistenta tehnica in exploatare, din
care se subliniaza calitatea uneori necontrolata a apei distilate si a
acidului, instrumentele de verificare neadecvate, efectuarea cu
intarziere a intretinerilor tehnice.
De asemenea, durata mica de functionare a bateriilor determina
greutati in asigurarea pornirii cu implicatii privind productivitatea
agregatelor in campaniile de virf, consum ridicat de motorina, prin
functionarea motorului in gol, si consum mare de plumb, materie
prima costisitoare.
Pentru ca bateria sa aiba o durata de exploatare cat mai ridicata, sunt
necesare preocupari privind : imbunatatirea calitatii instalatiei
6
electrice de incarcare a bateriei, instruirea permanenta a personalului
de exploatare, cat si dotarea unitatilor cu un minimum de aparate si
utilaje pentru intretinerea echipamentului electric al tractoarelor.
Din studiile efectuate de autori, se precizeaza ca toate
deficientele ce pot sa apara in sistemul electric al agregatelor conduc
in final la deteriorarea bateriei.
7
4. REDRESOR PENTRU incarcarea de ACUMULATOARE
Redresoarele pentru incarcarea bateriilor sunt realizate cu reglaj
manual sau automat si se pot face :
— la curent constant;
— la tensiune constanta;
— la curent si tensiune constanta.
Redresoarele sunt construite pentru a incarca una sau mai multe
baterii. Deoarece tensiunea unei baterii incarcate complet atinge cca
16 V, redresoarele trebuie sa poata debita curent sub aceasta
tensiune pe o baterie sau sub un multiplu de 16 V pentru
redresoarele la care se pot incarca mai multe baterii (legate in serie).
Legarea in serie este necesara pentru a putea controla curentul de
incarcare.
Redresoarele industriale pentru incarcarea mai multor baterii
sunt prevazute cu dispozitive automate de mentinere a tensiunii si
curentului.
Redresoarele pentru incarcarea unei singure baterii de 40—70
Ah nu sunt prevazute cu sisteme automate de mentinere a curentului
sau tensiunii, ci, eventual, numai cu un dispozitiv simplu care inter-
vine in cazul depasirii unui anuanit curent. Un exemplu il constituie
redresorul REDAC-625 a carui schema este prezentata in figura IV. 1.
El poate debita un curent de maximum 6 A si este prevazut cu
un disjunctor cu bimetal, reglat pentru 6,5 A, care protejeaza bateria
si redresorul in cazurile :
— cand bateria este conectata cu polaritatea gresita;
— cand bateria tinde sa absoarba un curent mare.
8
Intr-un asemenea caz, disjunctorul declanseaza si anclanseaza
cu intermitenta pana la scaderea curentului de incarcare sub 6,5 A.
Aceasta functionare este semnalizata de o lampa.
Redresorul REDAC-625 poate incarca baterii de la 40 la 70 Ah si
de 6 si 12 V. El nu permite reglarea curentului, deci, nu poate incarca
sub curent constant, clar are transformatorul astfel dimensionat incat
curentul de incarcare scade pe masura ce bateria se incarca.
Fig. IV.1 – Schema electrica a redresorului pentru incarcarea
unei baterii de acumulatoare REDAC-625
In acest fel, supraincarcarea unei baterii (incarcate) este
atenuata, prin curentul relativ mic, dupa depasirea tensiunii de 14,4
V.
Alte redresoare de puteri mai mari folosite pentru incarcarea
unei baterii de 40 Ah, de exemplu, pot supraincarca bateria. intr-o
asemenea situatie, si daca supraincarcarea este indelungata, bateria
isi reduce durata de functionare prin deteriorarea placilor, dupa cum
s-a aratat, datorita incalzirii, dar mai ales, datorita consumului mare
de apa (600 cm3 la 100 ore), care coboara nivelul electrolitului lasand
placile descoperite, in contact cu aerul.
La astfel de redresoare, pentru a preveni supraincarcarea
bateriei, este necesar a se masura densitatea sau tensiunea, din ora
in ora, catre sfirsitul incarcarii.
Deoarece, in practica un asemenea procedeu este incomod,
exista diverse dispozitive automate electronice, care pentru a preveni
supraincarcarea limiteaza tensiunea de incarcare la o valoare
9
reglabila continuu, in jurul valorii 14,4 V. Un asemenea dispozitiv (fig.
IV.2) s-a realizat la I.C.S.T.M.U.A. si el se poate adapta la oricare din
redresoarele de putere, pana la 10 A.
Dispozitivul nu intervine pana la atingerea tensiunii limitate,
decat in cazul unui scurtcircuit, sau conectarii gresite a bateriei,
protejand bateria si redresorul. Daca el se regleaza pentru 14,1—14,2
V, bateria se va incarca cu un curent ce scade pe masura ce se
incarca bateria si creste tensiunea pana la atingerea valorii reglate,
dupa care incarcarea se continua la tensiune constanta de 14,1—14,2
V. La aceasta valoare, bateria poate ramane conectata un timp
nelimitat fara ca sa se produca supraincarcarea insotita de
fenomenele descrise anterior, inclusiv scaderea nivelului
electrolitului, consumul de apa fiind de cca 60 cm3 la 100 ore.
Incarcarea bateriei la tensiune constanta 14,4 V este folosită si
pe tractoare si autovehicule, unde bateria se incarca in permanenta.
Mentionam ca, la tensiunea de 14,4 V bateria nu se incarca
complet, de aceea, pentru probe de performante bateria trebuie
incarcata sub curent constant, pana la stabilizarea tensiunii care
atinge cca 16 V. Pentru reincarearea unei baterii, in perioadele de
nefunctionare, este suficienta si chiar recomandabila ca incarcarea sa
se faca la cca 14,4 V pentru a evita consumul de apa.
Incarcarea acumulatoarelor impune o sursa de construcţie
speciala care sa permita livrarea unor curenti si tensiuni bine
stabilite. Sursa prezentata în continuare are cateva particularitati si
anume: protecţie la conectarea inversa a bateriei, limitarea automata
a curentului maxim de incarcare, adaptarea permanenta a curentului
la gradul de încarcare a bateriei, oprire automata la incheierea
incarcarii, cand tensiunea la bornele bateriei atinge o valoare maxima
prestabilita. La acestea se mai adauga şi avantajul functionarii in
10
impulsuri, care, dupa cum se stie, contribuie la prelungirea duratei de
viata a bateriei.
Intr-adevar, la montajul prezentat in figura X.10 reglarea
curentului mediu de incarcare se face prin deschiderea intermitenta a
tiristorului, comandat de cele patru tranzistoare.
Comutatia statica reduce substantial pierderile de energie prin
disipatie termica, inevitabile în cazul redresoarelor simple, cu
elemente de limitare pasive (becuri, rezistente de putere inseriate
etc.).
Sursa de tensiune continua o constituie un redresor de putere
adecvata, nefiltrat (transformator plus punte redresoare). De
exemplu, pentru încarcarea acumulatoarelor cu tensiune nominala de
12 V şi capacitatea de pana la 45 Ah se poate folosi un transformator
de 220 V/18 V, cu secundarul dimensionat pentru un curent maxim de
circa 4,5 A, Puntea redresoare poate fi monolitica (de 10 ... 20 A) sau
formata din patru diode de putere (cel puţin 10 A/100 V), in ambele
cazuri fiind necesare radiatoare pentru evitarea încalzirii periculoase
11
la functionare indelungata. Se recomanda ca blocul redresor sa fie
verificat separat, pe o sarcină artificiala care sa-i solicite un curent de
3,5 — 4 A, timp de cel puţin o jumatate da ora.
Tensiunea la borne nu trebuie sa scada sub circa 20 V, iar
încalzirea sa fie acceptabila.
Tensiunea furnizata de redresor s-a luat sensibil mai mare docat
tensiunea la bornele unui acumulator de 12 V complet incarcat (circa
14,4 V). Diferenţa aceasta este necesara pentru a compensa caderile
de tensiune pe tiristor in conductie si pe rezistenta R11 care joaca aici
rolul de traductor de curent.
In legatura cu dimensionarea rezistorului R11 se impun cateva
observatii importante. Valoarea rezistentei sale (in schema initiala
0,33 Ω) este determinata in ceea ce priveste plaja in care poate fi
reglat din P1 curentul maxim de incarcare. Pentru comanda ferma a
tranzistorului T2 prin divizorul P1—R8 (deci pentru intrarea in actiune
a limitarii automate de curent), caderea de tensiune la bornele lui
R11 trebuie sa fie de cel puţin circa 1 V. Daca dorim de exemplu, sa
alegem pragul inferior al curentului maxim de incarcare la circa 3 A,
vom lua R11 = 1 V/3 A = 0,3 Ω. In unele situatii practice este util sa
putem limita curentul la o valoare chiar mai mica, de exemplu de 2 A
(deci R11 = = 0,5 Ω). Dupa ce am stabilit acest prag inferior, care
devine astfel un parametru dat prin constructie, prin manevrarea
potentiometrului P1 ne alegem curentul maxim de lucru dorit. Atentie
insa la configuratia divizorului P1—R8: atunci cand cursorul
potentiometrului se afla in extremitatea 2, deci cand P1 este suntat
complet, tranzistorul T2 nu se mai poate „deschide" si, prin urmare,
limitarea de curent (blocarea tiristorului) nu mai opereaza. Daca
butonul potentiome-trului nu este etalonat în prealabil, riscam astfel
sa suprasolicitam pana la distrugere tiristorul, deoarece siguranta
12
fuzibila se arde de regula prea tarziu (este insa utila pentru protectia
transformatorului şi a bateriei).
De aceea se recomanda ca orice reajustare din P1 a curentului
maxim de incarcare sa fie urmata de o verificare orientativa prin
masurarea caderii de tensiune pe R11. Un control vizual suplimentar
este oferit in acest sens de dioda LED, conectata la bornele lui R11, in
serie cu rezistenaa de limitare R1.
La dimensionarea rezistorului R11, se va avea in vedere curentul
maxim preconizat, de circa 4—4,5 A.
Conductorul din care se realizeaza, de preferinta constantan sau
manganina, trebuie sa suporte fara incalzire periculoasa acest curent.
In caz contrar se pot rasuci impreuna doua-trei fire mai subtiri (de
exemplu, doua fire de constantan cu diametrul de 0,7 — 0,3 mm).
Valoarea dorita a rezistentei se stabileste masurand caderea de
tensiune intre capete, atunci cand conductorul este parcurs de un
curent dat (de exemplu, circa 1,5 V la 3 A). Dupa realizarea
rezistorului se impune o proba in sarcina maxima, timp de o jumatate
de ora. Din punct de vedere al puterii de disipaţie a acestui rezistor,
orice supradimensionare accesibila este utila. Nu trebuie sa uitam ca
la functionarea in impulsuri, diferenta dintre valoarea medie si cea
eficace poate deveni apreciabila.
13
Pe cata vreme un ampermetru inseriat cu R11 (sau un voltmetru
in paralel) va indica valoarea medie a curentului (a tensiunii la borne),
incalzirea prin efect Joule este determinata de intensitatea eficace a
curentului, care poate depasi cu mult media. Oricum, rezistorul R11
se va plasa pe un perete lateral al cutiei aparatului, distantat
corespunzator, pentru o racire eficienta prin autoventilatie.
5.Alte tipuri de redresoare
14
Redresoarele se clasifica, in general, in doua mari categorii:
- redresoare simple, realizate, de obicei, cu elemente fara
electrod de comanda ;
- redresoare comandate sau reglabile, realizate cu elemente cu
electrod de comanda si care permit sa se regleze in limite largi
valoarea medie a curentului sau tensiunii redresate.
In functie de numarul de faze ale transformatorului de
alimentare, redresoarele se clasifica in redresoare monofazate si
redresoare polifazate.
REDRESORUL CU FILTRU CAPACITIV
Datele iniţiale:
Pentru a calcula un redresor, trebuie sa avem o serie de date
initiale. In general, aceste date sunt:
Curentul mediu redresat maxim sau curentul continuu maxim
consumat de sarcina: Ir0=ISmax=0.7A
Tensiunea medie redresata sau tensiunea continua pe sarcina (la
curentul Iro): Vr0 = 20V
Caderea relativa de tensiune pe rezistenta interna a redresorului
(cand este impusa de calculul stabilizatorului): λ = 0.1
Pulsatia tensiunii redresate, exprimata prin amplitudinea
componentei fundamentale a pulsatiilor: vrlm = 0.7V
S-a luat Ir0 = ISmax deoarece se foloseste un stabilizator cu element
de reglare serie fara limitare de curent. In cazul cand redresorul este
urmat de un stabilizator, tensiunea Vr0 este determinata la calculul
stabilizatorului. Caderea de tensiune relativa λ poate fi definita prin
relatia .
15
Adoptarea circuitului redresor:
Pentru redresoarele monofazate exista posibilitatea de a alege intre
cele trei variante: redresor monoalternanta, bialternanta cu punct de nul
sau bialternanta in punte. In cazul de fata se va utiliza ultimul tip
specificat, redresor monofazat bialternanta in punte, deoarece prezinta o
serie de avantaje cum ar fi un singur secundar si tensiune maxima
inversa a diodelor mai mica.
Schema unui astfel de redresor este prezentata mai jos. Puntea este
formata din cele patru diode D1,D2,D3 şi D4. Condensatorul reprezinta
filtrul capacitiv care se adauga redresorului. In cele ce urmeaza se va
calcula aceasta capacitate si se va alege si tipul diodelor din punte.
Fig.3 Circuit redresor monofazat bialternanţă în punte
Adoptarea diodelor redresoare:
Pentru a functiona normal redresorul, diodele ce formeaza puntea
trebuie sa indeplineasca o serie de conditii. Diodele se adopta pe baza
urmatoarelor date:
Tensiunea inversa maxima
16
Curentul mediu redresat maxim unde m este
numarul de alternante redresate si Ir0max=Ir0=ISmax
Curentul de varf repetitiv maxim
Se alege dioda F102 care prezinta urmatoarele caracteristici:
, , şi .
Redresoare monofazate (NECOMANDATE):
Se deosebesc doua categorii de redresoare monofazate
- redresoare care redreseaza o singura alternanta, numite si
redresoare monoalternanta
- redresoare care redreseaza ambele alternante, numite si
redresoare dubla alternanta.
In functie de natura sarcinii, redresoarele monofazate pot fi de
mai multe tipuri:
- redresoare cu sarcina rezistiva (R) ;
- redresoare eu sarcina inductiva (RL) ;
- redresoare cu sarcina capacitiva (RC) ;
- redresoare cu sarcina R. sau RL, sau RC, continand insa si o
tensiune contraelectromotoare F.
In figura 2 se utilizeaza un transformator fara priza mediana si
un numar dublu de elemente redresoare.
17
Figura 1
Elementele sunt montate in punte, astfel incat curentul sa
treaca prin rezistenta de sarcina (conectata in una din
diagonalele puntii) totdeauna in acelasi sens, indiferent de
polaritatea tensiunii de alimentare. Tensiunea inversa maxima,
insa, este de doua ori mai mica, deoarece in fiecare semipe-
rioada a tensiunii de alimentare, curentul trece prin doua
elemente redresoare legate in serie. Rezulta deci:
In figura 3 poate fi observata forma tensiunii de la intrarea in
redresor, aceasta tensiune este sinusoidala cu o frecventa a reţelei,
de 50 Hz, si cu o amplitudine de 10 V, amplitudine data de
transformatorul Tr.
18
Figura 2
Dupa redresare tensiunea va arata aşa ca in figura 4, alternantele
pozitive, ramanand neschimbate, iar cele negative, au fost
transformate in alternante pozitive.
Figura 3
Se poate observa ca amplitudinea tensiunii redresate este mai
mica decât amplitudinea tensiunii de la intrarea in redresor cu
aproximativ 1,2 V, aceasta diferenţa datorându-se căderilor de
19
tensiune de pe diodele care se afla in conducţie pe timpul fiecărei
alternante.
Funcţionarea redresorului in punte:
Pe timpul alternantei pozitive diodele D2 si D4 sunt in conducţie
deoarece sunt polarizate direct . Pe timpul acestei alternante , diodele
D1 si D3 sunt blocate deoarece sunt polarizate invers .Pe timpul
alternantei negative , diodele D1 si D3 vor fi polarizate direct , deci
vor intra in conducţie , iar diodele D2 si D4 vor fi polarizate invers ,
deci vor fi blocate.
20
6. bibliografie
1. Birca-Galateanu , P. Constantin , s.a. - Electronica
Industriala , Editura didactica si pedagogica industriala 1983
2. Constantin Radoi , D. Stoichescu , s.a. - Aparate,
echipamente si Instalaţii de electronica profesionala -
manual pentru clasele XS - Xlî , Editura didactica si
pedagogica Bucureşti 1995
3. Sergiu Calin , St. Popescu - Aparate , echipamente si
instaiatii de electronica industriala -Automatizări- , Editura
didactica si pedagocica Bucureşti 1992
21