Аккумуляторные батареи - Зарядные устройства

6.2 Зарядные устройства

6.2.1. Зарядные устройства на полупроводниковых диодах

Разнообразие типов  аккумуляторных батарей, отличающихся емкостью, напряжением, режимами заряда и областью применения, привело к необходимости создания различных устройств, предназначенных для приведения  этих батарей в заряженное состояние. К числу таких устройств относятся зарядные, подзарядные, буферные, зарядно-разрядные, зарядно-подзарядные, зарядно-буферные и подобные им устройства. В настоящее время внедрено большое количество разнообразных универсальных и специализированных зарядных устройств, отличающихся назначением, схемным и конструктивным решением основных функциональных узлов. Завод полупроводниковых приборов (г. Йошкар-Ола) в течение многих лет выпускает в больших количествах зарядные устройства с селеновыми вентилями типа ВСА (выпрямительный селеновый агрегат) и типа ВУ для заряда стартерных аккумуляторных батарей и заряда маломощных и подзаряда мощных аккумуляторных  батарей  общепромышленного назначения  (аккумуляторные батареи электрических станций и подстанций, напольного транспорта и т. п.). Зарядные устройства типа ВСА и ВУ имеют ручную регулировку выходного напряжения; ступенчатую с помощью переключателей отводов вторичной обмотки понижающего трансформатора или плавную – с помощью токосъемника со скользящими контактами. Несмотря на отсутствие автоматического   регулятора    тока,   вследствие   низкой стоимости и устойчивости  к коротким замыканиям эти устройства находят широкое применение. Основные технические данные устройств типа ВСА и ВУ представлены  в табл. 6.1.
Таблица 6.1.
Зарядные селеновые выпрямители

На рис. 6.3,а приведена электрическая схема выпрямительного устройства ВУ–12/600Б.  При нажатии на кнопку Пускзамыкается цепь обмотки контактора K. Контактор срабатывает, и напряжение трехфазного    и переменного тока попадает на трансформатор Тр и вентилятор  Вн. Под действием нисходящего потока воздуха вентилятора ртутный замыкатель Р включает цепь, шунтирующую кнопку Пуск. Вторичная обмотка трансформатора имеет отпайки, которые через переключатель подключены к выпрямителю В, собранному из селено-вентилей. Выпрямленное напряжение через вентили, включенные по трехфазной нулевой схеме, подается на выходные зажимы устройства. Контроль зарядного тока и напряжения на батарее осуществляется амперметром вольтметром V. Регулирование выходного напряжения в  процессе заряда аккумуляторной батареи осуществляется вручную с помощью переключателя П. На рис. 10.1,6 приведена электрическая схема заряда устройства типа ВСА-5 с плавным регулированием его напряжения. Включение устройства осуществляется    трехполюсным    выключателем Вк1.   При этом    к однофазной сети переменного тока через плавкий предохранитель подключается трансформатор Тр и замыкается  цепь питания  батареи.  Вторичные обмотки трансформатора Тр через пакетный переключатель Вк2 подключены к выпрямительному мосту В, собранному из селеновых вентилей. От этого моста выпрямленное напряжение подается на выходные зажимы устройства. Вторичная обмотка трансформатора Тр выполнена со скользящим токосъемником, что позволяет плавно регулировать напряжение, подаваемое на мост. Переключение с первой ступени заряда на вторую и обратно производится пакетным выключателем Вк2, изменяющим схему соединения отдельных частей вторичной обмотки трансформатора. Путем переключения отдельных частей первичной обмотки трансформатора с помощью перемычек можно осуществлять питание зарядного устройства от сетей переменного тока с напряжениями 127 и 220 В.

Рис. 6.3. Электрическая схема зарядных устройств типов ВСА и ВУ I плавным (а)   и ступенчатым (б) регулированием выходного напряжения.

6.2.2. Зарядные устройства на тиристорах

Отличительной особенностью тиристоров является возможность управления моментом отпирания вентиля при положительном напряжении на его аноде. Эта особенность позволяет создавать статические преобразователи с широким диапазоном регулирования выходных напряжения и тока. В настоящее время на основе тиристоров разработаны автоматизированные зарядные устройства.
Применение тиристоров в зарядных устройствах дает возможность отказаться от громоздких регулирующих элементов (трансформаторов с подмагничиванием, дросселей насыщения) и за счет этого значительно уменьшить массу и повысить энергетические показатели этих устройств.
Ставропольским СКТБ ИТ был разработан ряд тиристорных автоматических зарядных устройств типа УЗА-00-00 (устройство зарядное автоматическое, первая группа цифр обозначает номинальный выходной ток, вторая группа — номинальное выходное напряжение) и типа УЗС1 (3)-00-00 (устройство зарядное стабилизированное однофазное (трехфазное), первая группа цифр обозначает номинальный выходной ток, вторая группа цифр — номинальное выходное напряжение). Ряд содержит четыре зарядных устройства УЗА-90-85, УЗА-150-120, УЗА-155-230, УЗА-215-300, предназначенных для заряда аккумуляторных батарей рудничных электровозов (табл. 10.2) и шесть зарядных устройств УЗС1-54-17, УЗС1-20-17, УЗС1-135-68, УЗСЗ-135-170, УЗС1-20-68, УЗСЗ-20-70, предназначенных для заряда стартерных аккумуляторных батарей.

Таблица 6.2.
Технические данные зарядных устройств серии УЗА

Зарядные устройства типа УЗА и УЗС1 (3) имеют более высокие энергетические показатели, чем зарядные устройства типа ЗУГ и ВСА, и меньшие массу и объем на единицу полезной мощности; к. л. д. зарядных устройств типа УЗА и УЗС1(3) в номинальном режиме 94 %.
Автоматическое зарядное устройство ЗАК-3 (Таллинский электротехнический завод) предназначено для заряда щелочных аккумуляторных батарей емкостью до 500 А·ч, используемых на электрокарах и электропогрузчиках. Оно обеспечивает регулирование и стабилизацию зарядного тока от 45 до 130 А с погрешностью не более ±5%-при изменении напряжения питающей сети на ±10% и изменении нагрузки согласно режиму заряда. Максимальное выпрямленное напряжение 120 В, минимальное напряжение заряда 30 В, к. п. д. при токе 130 А и напряжении 120 В не менее 95%. Питание устройства осуществляется от трехфазной сети переменного тока 380 В, 50 Гц.
Устройство предназначено для работы в закрытых помещениях. Силовая часть устройства выполнена в виде полууправляемого трехфазного моста на трех силовых кремниевых вентилях ВК-200-4 и трех тиристорах ВКДУ-150-4. Конструктивно устройство выполнено в виде металлического шкафа на колесах, в который входят: блок вентилей, электроизмерительные приборы, элементы защиты и сигнализации и силовой трансформатор. Схема управления выполнена в виде выдвижного блока на передней панели шкафа. Габариты устройства 1300×610X780 мм; масса 360 кг.
Автоматических малогабаритные тиристорные зарядные устройства типа УЗА (Ставропольское СКТБ ИТ), предназначены для комплектования машин напольного безрельсового транспорта с электрическим приводом (электропогрузчики, электроштабелеры, электротележки, электротягачи, электромобили и другие специальные машины) индивидуальными зарядными устройствами. Устройства этого типа обеспечивают заряд аккумуляторных батарей стабилизированным током с автоматическим отключением в конце заряда по времени.
Погрешность регулирования зарядного тока не более ±5% при изменении напряжения питающей сети в пределах 105—110% номинального, изменения напряжения на батарее согласно зарядному режиму и изменении температуры окружающего воздуха на ±10°С. Автоматическое отключение в конце заряда производится через 3, 4, 5, 6, 7 или 8 ч. В устройствах предусмотрена защита от внешних и внутренних замыканий, защита от неправильного включения батареи. Основные технические характеристики зарядных устройств типа УЗА представлены в табл. 6.3.
Таблица 6.3.
Технические данные малогабаритных зарядных устройств

Все зарядные устройства серии УЗА построены по однотипной схеме. Упрощенная электрическая схема зарядного устройства типа УЗА представлена на рис. 6.4. Работает устройство следующим образом. При правильном подключении аккумуляторной батареи (т. е. «+» батареи подключен к « + » зарядного устройства, а «—» батареи к «—» этого устройства) срабатывает реле Р и своими контактами подготавливает цепь питания пускового устройства ПУ (магнитного пускателя с системой защиты); при неправильной полярности подключаемой батареи диод Д1 препятствует срабатыванию реле Р и включение пускового устройства невозможно. При включении пускового устройства питающее напряжение подается на первичную обмотку силового трансформатора Тр ,и одновременно на электромеханическое программное реле времени системы автоматики, с помощью которого устанавливается длительность проведения режима заряда.
Регулирование зарядного тока осуществляется путем изменения угла регулирования тиристоров, включенных совместно с силовыми диодами в схему полууправляемого трехфазного моста В1.

Рис.6.4. Упрощенная принципиальная схема малогабаритного зарядного устройства типа УЗА.

Зарядные устройства Трипольской ТЭС

Зарядные устройства Трипольской ТЭС