Issuu on Google+

Stredná odborná škola, Jesenského 1, Nové Zámky

Študijný odbor: kód a názov študijného odboru 2694 Mechanik elektrotechnik

Maturitná práca k odbornej zložky maturitnej skúšky

Automatická nabíjačka olovených akumulátorov 12V Obhajoba vlastného projektu

Trieda : IV.A Školský rok: 2013/2014 Konzultant: Ing. Ladislav Paulovič

Autor: Richard Gogola Nové Zámky 2014


Stredná odborná škola, Jesenského 1, Nové Zámky Školský rok:

2013/2014 Praktická časť odbornej zložky maturitnej skúšky

Forma:

komplexná úloha

Študijný odbor:

2697 K Mechanik elektrotechnik

Dĺžka trvania obhajoby:

20 minút

Miesto vykonania úlohy:

SOŚ, Dvorská cesta 10, Nové Zámky

Téma č. 11: Nabíjačka akumulátorov

Zadanie:       

Prakticky zrealizujte nabíjačku akumulátoru Vykonajte oživenie vyhotovenej nabíjačky Popíšte konštrukciu a postup vyhotovenia Popíšte činnosť podľa schémy zapojenia Vykonajte meranie výkonu Porovnajte technické parametre s nameranými Popíšte možnosti využitia vyhotovenej nabíjačky

Pokyny: 1. Teoretickú časť vypracujte písomnou formou 2. Pri vypracovaní dodržte predpísanú úpravu 3. Úlohu spracujte aj vo forme prezentácie

Pomôcky: 1. Meracie prístroje podľa charakteru zadania


Čestné prehlásenie Vyhlasujem, že komplexnú úlohu praktickej časti odbornej zložky maturitnej skúšky som vypracoval samostatne, s použitím uvedených odborných zdrojov. Som si vedomý zákonných dôsledkov, ak v nej uvedené údaje nie sú pravdivé.

V Nových Zámkoch Dňa 28.3.2014

................................................ Richard Gogola


Poďakovanie Ďakujem za odbornú pomoc svojmu konzultantovi Ing. Ladislavovi Paulovičovi.


Obsah 1.

Princíp činnosti nabíjačky .............................................................................................................. 6

2.

Návrh plošného spoja...................................................................................................................... 7

3.

Zoznam súčiastok ........................................................................................................................... 8

4.

Vyhotovená autonabíjačka ............................................................................................................. 9

5.

Základné merania ......................................................................................................................... 11

6.

Indikátor napätia autobatérie ........................................................................................................ 13 6.1

Popis zapojenia ..................................................................................................................... 13

6.2

Schéma zapojenia ................................................................................................................. 13

6.3

Plošný spoj indikátora .......................................................................................................... 14

6.4

Osadzovací plán pre indikátor .............................................................................................. 15

7.

Princíp činnosti akumulátora ....................................................................................................... 16

8.

Bezúdržbový akumulátor.............................................................................................................. 17

9.

Čo neprospieva batérii? ................................................................................................................ 17

10. Konštrukcia oloveného akumulátora ............................................................................................ 19 11. Zdroj ............................................................................................................................................ 20

5


1.

Princíp činnosti nabíjačky

Akumulátor sa nabíja dvojcestne usmerneným impulzným prúdom zo sekundárneho vinutia sieťového transformátora TR1. Veľkosť nabíjacieho prúdu je určená vlastnosťami transformátora – veľkosť sekundárneho napätia a vnútorný odpor transformátoru. Automatická funkcia nabíjačky spočíva v tom, že po nabití akumulátoru (pri dosiahnutí menovitého napätia akumulátoru) sa nabíjanie ukončí, a keď sa akumulátor čiastočne vybije napr. samo vybíjaním, nabíjanie sa obnovy a stratený náboj sa doplní. Nabíjačka tak môže byť trvalo pripojená na akumulátore. Automatická funkcia je dosiahnutá prídavným obvodom s tyristorom a triakom. Triak TY1 spína nabíjací prúd. Pokiaľ je napätie akumulátoru menšie než je menovite, je tyristor TY2 trvale vypnutý. A triak TY1 je v každom nabíjacom impulze spínaný riadiacim prúdom, ktorý tečie do jeho riadiacej elektródy rezistorom R2 a diódou D3. Keď sa akumulátor nabije a jeho napätie dosiahne menovitú veľkosť, zopne sa tyristor TY2. Tyristor TY2 odvedie rezistorom R3 riadiaci prúd triakom TY1 a zabráni jeho zopnutiu, a tím ukončí nabíjanie. Keď napätie akumulátoru poklesne pod menovitú veľkosť tyristor TY2 vypne triak TY1 začne spínať a nabíjanie sa obnovy. Napätie z akumulátora sa vedie na riadiacu elektródu tyristora TY2 cez komparačný obvod vytvorený zo súčiastok R1, P1, C1, D4 a R4. Potenciometrom P1 sa nastavuje požadovane

Obr.1–Schéma zapojenia riadiaceho obvodu 6


menovite napätie nabitého akumulátoru, pri jeho dosiahnutí sa nabíjanie ukončí. Menovite napätie akumulátoru je 13.8V. kondenzátor C1 filtruje impulznú zložku napätia z akumulátoru.

2.

Návrh plošného spoja

Návrh plošného spoja nabíjačky som uskutočnil v CAD návrhovom programe EAGLE 6.4.0. Ako prvé bolo potrebné nakresliť schému ktorá je na obr.1 v editore schém. Ďalší krok spočíval v správnom rozmiestnený súčiastok na plošnom spoji v editore plošných spojov. Nakoniec som z tohto programu exportoval osadzovací plán (obr.2) a plošný spoj(obr. 3).

Obr.2-Osadzovací plán

Obr.3-Plošný spoj 7


3.

Zoznam súčiastok

D1, D2 100V/10A D3 1N4004 D4 ZD6,8V/400mW R1 47R R2, R3 27R/5W R4 1k P1 500R/2W C1 100uF/25V TY1 106M TY2 BT138 Ampérmeter 10A

8


4.

Vyhotovená autonabíjačka

Hotová nabíjačka akumulátoru je na obrázkoch 4 a 5. Toroidný transformátor, plošný spoj riadiaceho obvodu, indikátor a ampérmeter som umiestnil do plechovej krabice o rozmeroch 170x70x170 (Š x V x D). Na chladenie tyristorov som použil chladič s rozmermi 170x70x30mm. Na sledovanie prúdu tečúceho do autobatérie som použil ampérmeter do 10A.

Obr.4-Čelný pohľad autonabíjačky

9


Obr.5-Pohľad nabíjačky z hora

10


5.

Základné merania

Merania boli uskutočnené na 55Ah akumulátore. Prvé meranie som uskutočnil na digitálnom osciloskope FSA, kde som na plusový kontakt kábla pripojil kliešťový ampérmeter do 30A. Rozsah meraného prúdu som nastavil v programe do 8A, a rozsah napätia do 20V.To preto, aby bola čo najlepšia možnosť vidieť charakteristiku a priebeh nabíjania. Priebeh merania je možno vidieť na obrázku 6.

Obr.6–priebeh nabíjania

11


Druhé meranie som uskutočnil pomocou dvoch digitálnych meracích prístrojov (multimetrov), kde som jedným sledoval prúd tečúci do autobatérie, a druhým napätie na svorkách akumulátora.(obr.7)

Obr.7-Momentálne napätie na akumulátore, a prúd tečúci do autobatérie

12


6.

Indikátor napätia autobatérie

6.1

Popis zapojenia

Základom je pokles napätia na súčiastkach D4, D1-D3, R1, R5, R6, ktoré podľa momentálneho napätia otvárajú T1-T3, cez ktoré sa rozsvietia LED1-LED3 okamžitého napätia. LED1=10,5V, LED2=12,6V, LED3=14,4V. Napätie sa privádza na svorku X1. Odpor R7 slúži ako obmedzovač prúdu.

6.2

Schéma zapojenia

Obr.8-Schéma zapojenia indikátora napätia autobatérie.

13


6.3

Plošný spoj indikátora

Plošný spoj indikátora som tiež navrhol v CAD návrhovom systéme – Eagle. Ako prvé som v programe nakreslil schému, ktorú som následne previedol do editoru plošných spojov. V editore som následne umiestnil súčiastky na potrebné miesto. Plošný spoj je na obrázku 9.

Obr.9 – Plošný spoj indikátora 14


6.4

Osadzovací plán pre indikátor

Obr.10-obsadzovací plán pre indikátor.

15


7.

Princíp činnosti akumulátora

Akumulátor je elektrochemický zdroj elektrickej energie a používa sa aj ako zdroj elektrickej energie v rôznych zariadeniach (mobily, hračky, svetelné zdroje, atď.), pričom nás zaujímajú cestné vozidlá (autobatéria). Olovený akumulátor obsahuje obyčajne dva druhy dosiek (elektród), ktoré sú zhotovené zo špeciálne spracovaného olova. Jedna do hneda sfarbená doska plus (+) a druhá do siva sfarbená mínus (–). Dosky sú od seba oddelené a ponorené do roztoku vody a koncentrátu kyseliny sírovej (približne 38%). Zriedená kyselina sa nazýva elektrolyt a je v nádobe z kyselinovzdorného materiálu (obyčajne plastu). V starších akumulátoroch sú v doske otvory na dolievanie odpareného elektrolytu. Novšie a modernejšie sú bezúdržbové, kde táto povinnosť odpadá. Na olovené dosky sú pripojené cez vrch nádoby olovené svorky na odoberanie prúdu. Aby akumulátor dodával viac prúdu, musia mať jeho dosky čo najväčší možný povrch. V obmedzenom priestore nádoby sa to dosahuje spôsobom, že sa do nej vloží niekoľko dosák, striedavo kladná a záporná. Takto naukladané dosky sú oddelené komorami naplnenými elektrolytom a tvoria jeden článok o napätí cca 2 V. Tento článok má určitú prúdovú kapacitu, ktorá vypovedá o celkovej prúdovej kapacite akumulátora. Pre výsledné napätie cca 12 V sú pospájané jednotlivé články (6 kusov) do série (za sebou). Prúdová kapacita nám vypovedá o schopnosti akumulátora, koľko je schopný dodať prúdu za určitú časovú hodnotu. Prúdová kapacita akumulátorov sa udáva v ampérhodinách (Ah) a obyčajne sa pohybuje od 10-20 Ah (skútre a motorky) až po 37-80 (osobné automobily). Údaje o prúdovej kapacite sú napísané na štítku akumulátora. Na pamäti však treba mať skutočnosť, že viac elektrickej energie dosiahneme z akumulátora vtedy, keď sa odoberá menší prúd za dlhší čas, ako keď sa odoberá väčší prúd za kratší čas.

16


8.

Bezúdržbový akumulátor

Pri akumulátoroch používaných v automobilovom priemysle sa stretávame aj s pojmom bezúdržbový. Výrazom bezúdržbový akumulátor v súčasnej dobe označujeme produkt, ktorý z hľadiska kontroly stavu hladiny elektrolytu, a teda dolievania destilovanej vody, tento úkon nevyžaduje. Takéto batérie majú hornú časť plastovej nádoby napevno pritavenú, a tak nie je možné ju ani otvoriť a kontrolovať. Bezúdržbové akumulátory majú v hornej časti nádoby integrovaný labyrintový systém, ktorý zabraňuje úniku elektrolytu pri náhodnom prevrhnutí akumulátora na bok, napr. pri prenose alebo nehode vozidla. Výhoda oproti starším akumulátorom je jasná, keďže staršie “údržbové” sú vybavené klasickými “zátkami”, vyžadujú pravidelnú kontrolu a v prípade prevrhnutia začnú takmer okamžite vytekať.

9.

Čo neprospieva batérii?

Príčina

Následok

Riešenie

časté štartovanie

alternátor nestačí behom krátkej jazdy batériu plne dobiť a s ďalším štartovaním neustále stráca kapacitu, až prestane dodávať energiu a vplyvom sulfatácie už ju nie je možno obnoviť

pravidelne dobíjať batériu, aspoň raz mesačne

krátke jazdy

alternátor nestačí behom krátkej jazdy batériu plne dobiť a s ďalším štartovaním neustále stráca kapacitu, až prestane dodávať energiu a vplyvom sulfatácie už ju nie je možno obnoviť

pravidelne dobíjať batériu, aspoň raz mesačne

dlhodobá odstávka auta

batéria vplyvom samovybíjania neustále prichádza o svoju nakumulovanú energiu, samovybíjanie prebieha aj u moderných batérií (asi 1% kapacity denne)

pred odstávkou odpojte všetky spotrebiče (alarm, autorádio) alebo batériu vyberte z auta a uskladnite

krátkodobá odstávka auta

plne nabitá či nová batérie tomuto výpadku v prevádzke odolá ľahko, staršia, čiastočne vybitá, alebo v zimnom období, kedy sa za prevádzky batéria horšie

platí to isté ako pri dlhodobej odstávke, alebo

17


Príčina

Následok

Riešenie

dobíja môže skolabovať

kúpa novej batérie

nechanie zapnutých svetiel, rádia...

batéria dodáva energiu kým sa úplne nevybije, situácia nie je vážna, keď sa batéria za niekoľko hodín (maximálne pár dní) opäť plne dobije, inak hrozí nevratné poškodenie (sulfatácia)

dbať na vypínanie osvetlenia

porucha dobíjania

alternátor batériu nedobíja, tým pádom sa neobnovuje jej kapacita a baterka sa rýchlo vybije

skontrolovať alternátor akým napätím dobíja batériu (správne napätie 13,8 až 14,2V)

porucha prebíjania

alternátor batériu prebíja, závada sa neprejaví tak skoro ako v prípade zlého dobíjania, ale hrozí riziko, že sa batéria vplyvom nadmerného prebitia poškodí, dochádza k nadmernému plynovaniu a tým k ubudnutiu vody

skontrolovať alternátor akým napätím dobíja batériu (správne napätie 13,8 až 14,2V)

18


10.

Konštrukcia oloveného akumulátora

19


11.

Zdroj

http://www.autorubik.sk/technika/co-je-to-a-ako-funguje-akumulator/ ÄŒasopis-PraktickĂĄ elektronika 2004/4

20


Autonabíjačka ms richard gogola