Надежный запуск двигателя легкового автомобиля зимой иногда может превратиться в проблему. Особенно актуален этот вопрос для мощной автотракторной техники сельхозпредприятий, дорожно–коммунальных служб, которые эксплуатируют её в условиях безгаражного хранения. Этого не произойдёт, если под рукой будет электронный помощник, изготовить который может радиолюбитель средней квалификации.
Рис.1 Схема однофазного пускового устройства.
Scт = 27 см2, Scт = а? в (Scт – площадь сечения магнитопровода, см2)
Рис.3 Общий вид однофазного пускового устройства.
Изложенная методика расчета пускового устройства является универсальной и применима к двигателям любой мощности. Продемонстрируем это на примере стартера СТ–222 А, применяемого на тракторах Т–16, Т–25, Т–30 Владимирского тракторного завода.
Основные сведения о стартере СТ-222 А:
- номинальное напряжение – 12 В;
- номинальная мощность – 2,2 кВт;
- тип аккумуляторной батареи – 2 ?3СТ–150.
Значит:
Iр=3 · С20= 3 · 150 А = 450 А,
Мощность, подводимая к стартеру составит:
Рст = 10,5 В · 450 А = 4725 Вт.
Учитывая мощность потерь:
Рп = 1–1,3 кВт.
Мощность трансформатора пускового устройства:
Ртр = Рст + Рп = 6 кВт.
Сечение магнитопровода Scт = 46–50 см2. Плотность тока в обмотках берут равной:
j = 3 – 5 А/мм2.
Кратковременный режим работы пускового устройства (5–10 секунд) допускает его использование в однофазных сетях. Для более мощных стартеров трансформатор пускового устройства должен быть трёхфазным. Расскажем об особенностях его конструкции на примере пускового устройства для мощного дизельного трактора “Кировец” (К–700, К–701). Его стартер СТ–103А–01 имеет номинальную мощность 8,2 кВт при номинальном напряжении 24 В. Мощность трансформатора пускового устройства (с учётом потерь) составит:
Ртр = 16 – 20 кВт.
Упрощенный расчёт трёхфазного трансформатора производят с учётом рекомендаций, изложенных в . Если есть возможность, можно воспользоваться промышленными понижающими трансформаторами типа ТСПК–20А, ТМОБ–63 и др., подключаемыми к трёхфазной сети напряжением 380/220 В и вторичным напряжением 36 В. Такие трансформаторы применяются для электрообогрева полов, помещений в животноводстве, свиноводстве и т.д. Схема пускового устройства на трёхфазном трансформаторе выглядит следующим образом (см рис.4).
Рис.4 Пусковое устройство на трёхфазном трансформаторе.
МП – магнитный пускатель типа ПМЛ–4000, ПМА–4000 или подобные им для коммутации устройств мощностью 20 кВт. Пусковая кнопка SВ1 типа КУ–121–1, КУ–122–1М и т.д.
Здесь применён трёхфазный однополупериодный выпрямитель, позволяющий получить напряжение холостого хода 36 В. Его повышенное значение объясняется применением более длинных кабелей, соединяющих пусковое устройство со стартером (для крупногабаритной техники длина кабелей достигает 4 м). Применение трёхфазного трансформатора даёт более широкие возможности для получения требуемого напряжения пускового устройства. Его значение можно изменять, включая обмотки “звездой”, “треугольником”, применять однополупериодное или двухполупериодное (схема Ларионова) выпрямление.
В заключение несколько общих советов и рекомендаций:
– Применение тороидальных трансформаторов для однофазных пусковых уст-ройств не обязательно и продиктовано их лучшими массово-габаритными показателями. Вместе с тем, технология их изготовления наиболее трудоёмка.
– Расчёт трансформатора пускового устройства имеет некоторые особенности. Например, расчёт количества витков на 1 В рабочего напряжения по формуле: Т=30/Sст, объясняется желанием “выдавить” из магнитопровода максимум возможного в ущерб экономичности. Это оправдано его кратковременным (5–10 секунд) режимом работы. Если габариты не играют решающей роли, можно использовать более щадящий режим, проведя расчёт по формуле: Т=35/Sст. Сечение магнитопровода берут на 25–30 % больше.
– Мощность, которую можно “снять” с имеющегося тороидального сердечника, примерно равна мощности трёхфазного асинхронного электродвигателя, из которого изготовлен этот сердечник. Если мощность двигателя не известна, то её можно приблизительно рассчитать по формуле:
Рдв = Ѕст? Ѕок,
где Рдв – мощность двигателя, Вт; Ѕст – площадь сечения магнитопровода, см2 Ѕст = а?в Ѕок – площадь окна магнитопровода, см2 (см рис.2)
Ѕок = 0,785 · D2
– Сердечник трансформатора к рамке-основанию крепится двумя П-образными скобами. С помощью изолирующих щайб необходимо избежать появления ко-роткозамкнутого витка, образованного скобой с рамкой.
– Учитывая, что напряжение холостого хода в трёхфазном пусковом устройстве выше 28 В, пуск двигателя производится в следующей последовательности:
- 1. Соединить клещи пускового устройства с выводами стартера.
- 2. Водитель включает стартер.
- 3. Помощник нажимает на пусковую кнопку ЅВ1 и после устойчивой работы двигателя сразу её отпускает.
– При использовании мощного пускового устройства в стационарном варианте по требованиям ТБ его необходимо заземлить. Рукоятки соединительных клещей должны быть в резиновой изоляции. Во избежание путаницы “плюсовую” клещ-ню желательно пометить, например, красной изолентой.
– При пуске аккумуляторную батарею можно и не отключать от стартера. В этом случае клещи присоединяют к соответствующим выводам аккумулятора. Чтобы избежать перезарядки аккумулятора, пусковое устройство после запуска двигате-ля отключают.
– Для уменьшения магнитного рассеяния, вторичные обмотки трансформатора лучше наматывать первыми на сердечник, а затем наматывают первичную обмотку.
С наступлением холодной поры года наступает проблема затрудненного пуска холодного двигателя. Основную нагрузку при пуске берут на себя стартер и аккумулятор. Для облегчения жизни аккумулятора и облегчения запуска двигателя применяются пусковые устройства.
Пусковое устройство можно приобрести в магазине автозапчастей. Такие пусковые устройства, как правило совмещены с зарядным устройством и называются они пуско-зарядными — это плюс. Минус этих устройств то, что выходные параметры в пусковом режиме сильно ограниченные и в конечном итоге помощь аккумулятор получает незначительную, основную нагрузку принимает все равно аккумулятор.
Пусковое устройство для легкового автомобиля можно сделать своими руками. Для этого понадобится трансформатор или сердечник от трансформатора и два диода. Рассчитывать пусковое устройство следует на мощность не менее 1,4 кВт, этой мощности будет достаточно для запуска двигателя даже со слабым аккумулятором. Для начала рассмотрим схему самого простого пускового устройства, причем данное устройство очень эффективно себя проявило в жизни автолюбителей.
Начнем со стороны сети, питающего кабеля. Потребляемый ток пускового устройства может быть до 7,5 А. Для этого тока провода ПВС 2х1,5 вполне достаточно, для обеспечения меньшего падения напряжения в нем желательно применить ПВС 2х2,5. Переключатель S1 можно не устанавливать, если он устанавливается, то должен быть рассчитанный на ток не менее 10 А.
Расчет выходных параметров пускового устройства
Для пуска двигателя пусковое устройство должно давать не менее 100 А при напряжении 10…14 В. Отсюда можно вывести мощность трансформатора: 14х100=1400 Вт. Пусковое данной мощности способно завести двигатель практически без аккумулятора, но без него все равно нельзя. В начальный момент запуска стартер потребляет около 200 А, часть этого тока и будет отдавать аккумулятор. После раскрутки коленчатого вала стартер потребляет 80…100 А, а этот ток уже сможет выработать наше пусковое устройство собранное своими руками. Для сравнения, пусковые устройства заводского исполнения способны выдать около половины этого тока.
Сечение сердечника трансформатора, та часть куда наматываются обмотки, рассчитываются по мощности, для данной мощности площадь равна 36 см 2 . Сечение провода первичной обмотки не менее 1,5…2,0 мм 2 . Хорошо если есть трансформатор с подобными параметрами и уже изготовленной первичной обмоткой. Вторичная обмотка полностью удаляется. Затем необходимо определить количество витков вторичной обмотки. Делать это будем методом подбора. Наматываем 10 витков провода любого диаметра, включаем трансформатор в сеть и измеряем в сеть. Измеряем напряжение и делим на 10, получаем напряжение одного витка. Далее 12 В делим на получившееся напряжение, получаем количество витков каждого плеча. Удаляем временную обмотку. Вторичная обмотка наматывается изолированным медным проводом сечением 10 мм 2 или алюминиевым сечением в двое большим. Если провода донного сечения отсутствуют их можно намотать в несколько ветвей, например взять два медных провода по 6 мм 2 или четыре по 2,5 мм 2 . Далее необходимо подключить диоды (можно взять от сварочного аппарата), не откусывая провод, с запасом на 2-3 витка, измерить напряжение на выходе. Напряжение холостого хода, при номинальном напряжении сети не должно превышать 13,8 В. Если напряжение выше необходимо отмотать вторичную обмотку, при низком напряжении доматать. При доведении номинального напряжения выводы вторичной обмотки укорачиваются до нужной длины, и собирается схема до ее конечного состояния.
Поскольку пусковое устройство на выходе имеет ток до 100 А выводные провода и клеммы должны быть рассчитаны на этот ток, можно применить от сварочного аппарата.
Простейшие расчеты показывают, что, для того чтобы пусковое устройство эффективно работало при подключении его параллельно с аккумулятором, оно должно обеспечивать ток не менее 100 А при напряжении 10...14 В. При этом номинальная мощность используемого сетевого трансформатора Т1 (рис. 1) должна быть не менее 800 Вт. Как известно, номинальная рабочая мощность трансформатора зависит от площади сечения магнитопровода (железа) в месте расположения обмоток.
Сама схема пускового устройства довольно проста, но требует правильного изготовления сетевого трансформатора. Для него удобно использовать тороидальное железо от любого ЛАТРА - при этом получаются минимальные габариты и вес устройства. Периметр сечения железа может быть от 230 до 280 мм (у разных типов автотрансформаторов он отличается).
Перед намоткой обмоток необходимо закруглить напильником острые края на гранях магнитопровода, после чего его обматываем лакотканью или стеклотканью.
Первичная обмотка трансформатора содержит примерно 260...290 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,5...2,0 мм (провод может быть любого типа с лаковой изоляцией). Намотка распределяется равномерно в три слоя, с межслойной изоляцией. После выполнения первичной обмотки, трансформатор необходимо включить в сеть и замерить ток холостого хода. Он должен составлять 200...380 мА. При этом будут оптимальные условия трансформации мощности во вторичную цепь. Если ток будет меньше, часть витков надо отмотать, если больше - домотать до получения указанной величины. При этом следует учитывать, что зависимость между индуктивным сопротивлением (а значит и током в первичной обмотке) и числом витков является квадратичной - даже незначительное изменение числа витков будет приводить к существенному изменению тока первичной обмотки.
При работе трансформатора в режиме холостого хода не должно быть нагрева. Нагрев обмотки говорит о наличии межвитковых замыканий или же продавливании и замыкании части обмотки через магнитопровод. В этом случае намотку придется выполнять заново.
Вторичная обмотка наматывается изолированным многожильным медным проводом сечением не менее 6 кв. мм (например типа ПВКВ с резиновой изоляцией) и содержит две обмотки по 15... 18 витков. Наматываются вторичные обмотки одновременно (двумя проводами), что позволяет легко получить их симметричность - одинаковые напряжения в обоих обмотках, которое должно находиться в интервале 12...13,8 В при номинальном сетевом напряжении 220 В. Измерять напряжение во вторичной обмотке лучше на временно подключенном к клеммам Х2, ХЗ нагрузочном резисторе сопротивлением 5...10 Ом.
Показанное на схеме соединение выпрямительных диодов позволяет использовать металлические элементы корпуса пускового устройства не только для крепления диодов, но и в качестве теплоотвода без диэлектрических прокладок ("плюс" диода соединен с крепежной гайкой).
Для подключения пускового устройства параллельно аккумулятору, соединительные провода должны быть изолированными и многожильными (лучше, если медные), с сечением не менее 10 кв. мм (не путать с диаметром). На концах провода, после облуживания, припаиваются соединительные наконечники.
Как только приходит холод, владелец автомобиля сталкивается с некоторыми проблемами связанные со стартом машины. Так, самую главную нагрузку возлагают на себя аккумулятор со стартером. И для таких неприятных ситуаций были придуманы пуско-зарядное устройства.
Купить его можно в интернет-магазине или там, где продают автозапчасти. Но обычно такие девайсы стоят не малых денег и могут нанести не малый ущерб вашему кошельку.
Но у этих устройств очень ограниченная выходной параметр в режиме пуска. Из-за этого, аккумулятор всю нагрузку берёт на себя, а помощь от такого устройства получает незначительную.
Но этот чудо-прибор можно сделать и своими руками. Для этого не нужны особые познания в электронике, но какой-то опыт всё равно необходим.
Интересно! Также понадобятся диодный мост и сердечник от трансформатора или сам трансформатор. Мощность готового прибора будет иметь не менее 1.4 киловатта. Этого вполне достаточно для старта самого слабого источника питания.
Для удобства и простоты сбора устройства автомобиля своими руками рекомендуем воспользоваться условным чертежом. Схема пуско-зарядного прибора будет наглядно демонстрировать что и как работает. Она значительно упростит сборку. Обладатели знаний по электронике смогут своими руками создать необходимый чертёж.
- трансформатор;
- диодный мост;
- охлаждающее устройство;
- вольтметр;
- электролитический конденсатор.
Разрыв соединения первичной обмотки трансформатора на 220 вольт должен составлять 15 ампер. Так как там очень высокое напряжение, то предохранитель сможет защитить от короткого замыкания.
Диодный мост нужно выбирать между 10 и 50 амперами. Это всё зависит от того какие аккумуляторы будут запускаться при помощи устройства.
Для охлаждения подойдёт любой кулер (вентилятор) от персонального компьютера. Также нужно найти вольтметр, без разницы какой.
Электролитический конденсатор должен быть на 16 вольт, но можно и больше. Его ёмкость может варьироваться от 3000 до 10 000 микрофарад. Важно: ток на выходе будет ровнее, если ёмкость конденсатора будет больше.
В интернете есть множество инструкций по созданию пуско-зарядного устройства для автомобиля при помощи компьютерного блока питания. Но его мощность слишком маленькая, а использование будет крайне ненадёжным.
Для нашего девайся лучше всего подойдёт трансформатор от микроволновых печей. Наверное, у каждого третьего есть старая ненужная СВЧ печь. Но перед сборкой ПЗУ трансформатор нужно переделать своими руками. Но перед переделкой обязательно проверьте его на работоспособность. Сделать это можно подключив своими руками клемы к сети. Если он начнёт издавать небольшой гул, значит устройство работает нормально.
Начать сборку зарядного аппарата своими руками следует с высоковольтной обмотки. Её необходимо спилить. Для этих целей отлично подойдёт простая ножовка по металлу. Во время отпиливания главное не повредить первичную обмотку.
После того как высоковольтная обмотка была спилена в её месте необходимо просверлить дырки. Их необходимо делать толстым сверлом. Через образованные отверстия нужно вытащить остатки обмотки. Любым тупым предметом можно выбить их оттуда.
После того как внутренние полости освободили от мусора, нужно произвести создание вторичной обмотки. Где-то нужно сделать 16 витков и наматывать виток к витку. От сечения провода будет напрямую зависеть напряжение. После этого нужно померить напряжение на выходе. Должны быть 16 вольт после диодного моста.
Хочется уточнить, что мотать гибким проводом проще и в идеале использовать одножильный. Также используйте медные провода, потому что они лучше проводят ток и не нагреваются, в отличие от алюминиевых.
В качестве корпуса для пуско-зарядного устройства подойдёт бывший корпус от блока питания персонального компьютера. В нём необходим будет открутить вентилятор и установить его наоборот, чтобы воздух он не выдувал, а задувал внутрь.
Вразрез одного из проводов нужно вставить 15 амперный предохранитель, можно использовать любой от автомобиля.
Трансформатор в корпус надо устанавливать на толстую картонную прокладку. Это нужно для того, чтобы во время возникновении магнитной индукции, корпус не вибрировал и не создавал дополнительный гул. Сверху также положить толстую прокладку. Прикручивать трансформатор не будет необходимости, потому что он массивный и при закрытии крышкой, он плотно прижмётся.
Теперь нужно установить диодный мост. Если выбор пал на маломощный, то его тогда можно установить внутрь. Охлаждения от вентилятора будет вполне достаточно.
Важно! Если же использовать мощность больше 10 ампер, то его надо устанавливать на радиатор. В противном случае он может попросту сгореть.
Радиатор для диодного моста подойдёт от компьютера, которые служат для охлаждения микропроцессора. Кулер не нужен, его можно снять. Никакое другое охлаждение для него не требуется. Правда, хочется сказать, что установить его в корпус не получится, и нужно будет чтобы мост был снаружи корпуса.
Теперь осталось установить только крышку. Её можно ставить на клей момент, но лучше на силикон или герметик. Всё устройство для автомобиля готово.
Вот так вот, схема и минимальные знания помогут собрать бюджетный прибор для зарядки или пуска автомобиля своими руками. Без подключения нашего пуско-зарядного устройства к сети, его можно использовать как тестер.
Для любителей эксплуатировать автомобиль в зимнее время, подойдет использование пускового устройства. С помощью этого аппарата вы не только продлите срок службы вашего аккумулятора, но и сможете завести свой автомобиль зимой, даже при низком заряде батареи.
Всем известно, что при холодной погоде, аккумулятор понижает свою отдачу на 25-40%, а если в аккумуляторе еще и низкий заряд батареи, то автомобиль может вовсе и не завестись, из-за полного отсутствия отдачи заряда, который нужен для запуска стартера в момент раскрутки карданного вала двигателя. Стартер в момент прокрутки, потребляет примерно 80А, но в момент пуска, потребление энергии значительно больше.
Схема пускового устройства довольна простая, но имеет некоторые нюансы в изготовлении трансформатора сети. Для его изготовки, рекомендуется использовать тородиальное железо из любого вида ЛАТРа, это придаст меньшие габариты и уменьшит вес пускового устройства. При сечении железа, старайтесь, что бы его периметр был от 230 до 280мм. Учтите, что существуют разные типы трансформаторов и этот показатель может отличаться.
Острые края на гранях, желательно немного закруглить обычным напильником, затем обмотать намоткой. В качестве обмотки можете использовать лакоткань или стеклоткань.
Обычная обмотка в трансформаторе насчитывает около 260-290 витков, выполненных из провода ПЭВ-2, диаметром 1,5-2мм. Провод можно выбрать любой, главное надо учесть то, чтобы он был изолирован лаковым покрытием. Намотку распределяйте равномерно, по три слоя за раз используя межслойную изоляцию. После того, как выполнили первичную обмотку, следует подключить трансформатор к сети и произвести замер тока пи холостом ходе.
Результат должен составить около 200-380мА. Если замер тока выявит меньший показатель предъявленного, то часть витков следует отмотать, если же результат дал больший показатель, то соответственно потребуется намотать еще несколько витков, пока в итоге не получите требуемый результат.
Если при работе трансформатора вы выявили нагрев в области витков, то значит, при обмотке были допущены межвитковые замыкания, в этом случае потребуется заново произвести обмотку.
Вторичную обмотку наматываем многожильной, изолированной медной проволкой, сечение которой, не должно превышать 6кв. мм., в качестве примера, можете использовать резиновый изоляционный провод ПВКВ. Обмотку выполняем по 15-18 витков.
Вторичную обмотку наматываем одновременно с двумя проводами, это поможет добиться более симметричной обмотки, которая в свою очередь даст одинаковое напряжение в обеих обмотках.
