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