2. 2.2 Описание конструкции зарядного устройства

Устройство выполнено в виде переносного блока, имеющего ручку для переноски. Основные узлы и детали устройства смонтированы на раме3 (рисунок 2.2). Рама представляет собой сварную конструкцию, изготовленную из уголка. Детали рамы сварены между собой при помощи ручной электродуговой сварки.

Рисунок 2.2 – Общий вид зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей:1- силовой трансформатор; 2 – плата; 3 – рама; 4 – ручка; 5 - крышка; 6 – передняя панель; 7 –диоды; 8 – скоба; 9 – амперметр; 10 - вольтметр; 11 – шунт; 12,13 – регулятор; 14 – выключатель.

К раме винтами крепится силовой трансформатор1. Рядом расположены диоды 7 выпрямителя и токовый шунт 11. С внутренней стороны передней панели установлена печатная плата 2 (плата управления). Электропитание осуществляется от сети 220 В.

Зарядное устройство закрывается крышкой 5, на верхней и нижней части которой имеются вентиляционные отверстия.

На передней панели расположены: выходные клеммы устройства, амперметр 9, предназначенный для контроля зарядного тока, вольтметр 10, предназначенный для контроля напряжения, кнопка включения сети 14 с контрольной лампой, ручка регулировки тока 13.

3. 2.3 Расчет элементов зарядного устройства

Выбор выпрямительных тиристоров.

Определим действующее значение тока выпрямительных тиристоров Iов. Для двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой [ 8]

Iов = Iо/2,

где Iо – выпрямленный ток, А (Iо = 20А), тогда

Iов = 20/2 = 10А,

Амплитудное значение тока для схемы работающей на емкость Im

Im = 3,5 Iо = 3,5*20=70А

Обратное напряжение на тиристорах для двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой работающей на емкость Uобр=3Ео, где Ео- выпрямленное напряжение (Ео = 16,2В), тогда

Uобр=3Ео=3*16,2=48,6В

Выбираем тиристоры Т50-1 с выпрямленным током до 50 ампер и обратным напряжением 100В.

1. Расчет радиатора охлаждения тиристоров.

Определим рассеиваемую тиристором мощность Ррас по формуле

Ррас = Iов* Uпр = 10 *0,6 = 6Вт

Для отвода от тиристора такой тепловой мощности необходим радиатор с соответствующей площадью поверхности.

При расчете радиатора исходят из температуры окружающей среды 20°С и допустимого перегрева tпер = 80°С, т.е. нагреве тепловыделяющего элемента до 100°С.

Тепловое сопротивление радиатора определяют по формуле

Q = 50/√S (°С/Вт),

где S – площадь поверхности теплоотвода, выраженная в квадратных сантиметрах.

Рассеиваемая радиатором мощность определяют по формуле

Ррас = tпер/ Q

Тогда при площади радиатора S = 25 см2

Q = 50/√S = 50/√25 = 10

Примем температуру перегрева tпер = 60°С, тогда

Ррас = tпер/ Q =60 / 10 = 6Вт

Таким образом, для охлаждения тиристоров необходимы радиаторы с площадью 25 см

2. Расчет понижающего трансформатора.

Важным элементом проектируемого устройства является понижающий трансформатор, от которого во многом зависят его показатели, надежность и безопасность его эксплуатации. Эти и другие показатели трансформатора могут быть обеспечены только при правильном расчете его параметров и качественном изготовлении. В работе использован упрощенный метод конструктивного расчета однофазных трансформаторов [21], пригодный для мощностей до нескольких сотен ватт.

При расчете трансформатора задаются:

– напряжение U₁ питающей сети, подаваемое на первичную обмотку;

– эффективные напряжения вторичных обмоток U₂;

– эффективные токи вторичных обмоток I₂.

В результате расчета трансформатора должны быть найдены:

– тип сердечника (если он не задан) и его габариты;

– количество витков каждой из обмоток (w_l, w₂ );

– диаметр провода каждой обмотки (d₁, d₂);

– величина воздушного зазора между обмотками и магнитопроводом.

Перед тем, как приступить к конструктивному расчету трансформатора, нужно определить суммарную мощность всех его вторичных обмоток Р_И по формуле:

P_И = P₂ + P₃ + P₄ + … + P_n .

По величине Р_И выбрать (согласно таблице 2.1):

1) индукцию в сердечнике трансформатора В;

2) коэффициент полезного действия трансформатора,η_Т;

3) плотность тока в обмотке трансформатора Δ.

Далее вычисляется основной параметр, характеризующий сердечник трансформатора данной мощности, а именно произведение сечения сердечника Q_Ж на площадь окна Q_0.

Таблица 2.1– Выбор индукции, КПД и плотности тока в обмотке трансформатора (10 000 гаусс = 1 Тл (СИ)

Мощность трансформатора, Вт	B, гс	ηТ	Δ, А/мм2
До 10	5·103	0,6–0,7	2,5–3
10 – 30	7·103	0,7–0,8	2,5
30 – 50	8·103	0,8–0,85	2–2,5
50 – 100	104	0,85–0,9	2–2,5
Больше 100	11·103	0,9	2

;

где k_M. коэффициент заполнения окна сердечника медью. Если величина k_M выбрана слишком малой, сердечник будет недоиспользован, если величина k взята слишком большой, обмотки трансформатора могут не поместиться в окне.

Коэффициент заполнения k_M зависит от диаметра и вида изоляции провода, а также от рабочего напряжения трансформатора. С уменьшением диаметра провода и повышением рабочего напряжения процент площади, занимаемой изоляцией и прокладками, увеличивается, а коэффициент заполнения уменьшается. Величину k_M приближенно можно определить следующим образом. Принимая плотность тока Δ = 2 а/мм², необходимые диаметры проводов обмоток находим по формуле . По вычисленному диаметру проводов и их маркам изоляции находим по таблице 1.3 коэффициенты заполнения для первичной и вторичной обмоток. Найденные коэффициенты складываем и сумму делим на два.

Если задан тип (штамп) сердечника, то минимально необходимая толщина набора находится из выражения:

.

Таблица 2.2 Определение коэффициентов заполнения окна сердечника медью k_M для первичной и вторичной обмоток

Диаметр провода, мм	Марка изоляции
	ПЭ	ПЭШД, ПШД	ПБД
0,1 – 0,2	0,1 – 0,2	–	–
0,2 – 0,4	0,2 – 0,3	0,1 – 0,2	–
0,4 – 0,8	0,3 – 0,35	0,2 – 0,3	0,1 – 0,2
0,8 – 1,5	0,35 – 0,45	0,3 – 0,35	0,2 – 0,3
1,5 – 4,0	0,45 – 0,6	0,35 – 0,45	0,4 – 0,5

а) б)

Рисунок 2.3–Основные размеры сердечника броневого типа (Ш-образного) (а) и стержневого типа (0-образного) (б).