Пуско-зарядное устройство 12 В для автомобиля своими руками

Завести машину при низкой температуре порой бывает достаточно проблематично, особенно если ваша батарея не первой молодости. Что делать, если выезжать надо немедленно и ждать, пока АКБ подзарядится от ЗУ, просто нет времени? Подобную неприятность можно избежать, если у вас имеется пуско-зарядное устройство. Оно продаётся в автомагазинах, однако стоимость изделия кусается. Поэтому многие автовладельцы, хоть немного знакомые с паяльником и знающие азы радиотехники, предпочитают собрать пуско-зарядное устройство своими руками.

Какими параметрами должно обладать пуско-зарядное устройство?

Чтобы силовой агрегат гарантированно завёлся, требуется рассчитывать параметры используемых компонентов конструкции. На выходе ПЗУ должно обеспечивать ток не менее 100 А, то есть мощность P = 1200 Вт. Но обязательно должен быть запас. Поэтому выдаваемое U = 14–16 В. Стоит отметить, что это минимальные параметры, с которыми возможен пуск мотора при условии, что АКБ хоть чуть-чуть, но ещё жива. Дело в том, что стартеру единовременно требуется энергия до 200 А, и некоторую её часть выдаёт батарея. Когда коленвал начинает проворачиваться, количество потребляемого тока падает примерно вдвое.

Выбор простой схемы на основе трансформатора

ПЗУ какого угодно типа выполняют одну и ту же задачу – помогают завести машину. Однако, собирая пуско-зарядное устройство для автомобиля своими руками или покупая его, стоит помнить, что по внутренней электронной начинке существует несколько разновидностей:

• работающие на трансформаторе;
• отдающие энергию от специального отдельного аккумулятора (бустеры);
• конденсаторного типа;
• импульсные.

Так как речь идёт о наиболее простых ПЗУ, которые можно собрать своими руками, то далее будут рассматриваться схемы первого типа из указанных выше.

Описание и принцип работы пуско-зарядного устройства

Здесь особо сложного ничего нет. Сетевое U = 220 В подаётся через выключатель на первичную обмотку трансформатора, а на вторичной происходит уменьшение переменного напряжения. Потом оно сглаживается двухполупериодным или мостовым выпрямителем, собранным на мощных диодах. Далее пульсирующее напряжение может быть отфильтровано посредством электролитических конденсаторов. При необходимости около выхода осуществляется увеличение напряжения, что делается с помощью усилителей, в которых основными компонентами являются транзисторы, тиристоры.

Из недостатков описываемого пуско-зарядного устройства можно отметить разве что солидный вес, что обусловлено установкой мощного и, как следствие, габаритного трансформатора. Ниже – схема двухполупериодного пуско-зарядного устройства своими руками:

В этой схеме задействован лабораторный трансформатор ЛАТР. Вместо двух диодов можно использовать и диодный мост типа КЦ405. Схема пуско-зарядного устройства для автомобиля с усилителем:

Как сделать пуско-зарядное устройство своими руками, чтобы оно наверняка заработало? Нужно соблюдать параметры деталей. Мощность указанных на картинке тиристоров – не менее 80 А (если будет использоваться диодный мост, то от 160 А). Диоды на ток – 100–200 А. Транзистор – КТ361 либо КТ 3102 (можно любой другой с такими же параметрами). Мощность используемых резисторов – от 1 Вт.

Собранное своими руками зарядно-пусковое устройство подключается через зажимы-крокодилы к АКБ в соответствии с полярностью. При нормально заряженной батарее с ПЗУ энергия поступать не будет. Если же АКБ не функционирует, тиристорный переход откроется, и зарядный ток пойдёт на батарею и стартер.

Расчёт обмоток трансформатора

Сначала нужно подобрать магнитопровод, сечение которого должно быть не меньше 37 кв. см. Чтобы рассчитать количество витков в первичной обмотке, необходимо воспользоваться формулами: Т = 30/S, где S – площадь магнитопровода и N = 220*Т, то есть W1 = 220*30/37 = 178 витков. Для обмотки необходимо использовать изолированный провод сечением не менее 2 кв. мм. Формула для вторичной обмотки: W2 = 16*Т = 16*30/37 = 13 витков. Здесь понадобится шина из алюминия площадью 36 кв. мм.

Стоит заметить, что формулы не всегда могут выдавать точное число обмоток (особенно вторичной), поэтому можно применить метод подбора. Намотав первичную обмотку, накрутите несколько витков вторичной и измерьте получившееся напряжение, не обрезая шину. Таким образом нужно добиться на выходе значения 14–16 В.

Дело будет обстоять проще, если у вас имеется ЛАТР – лабораторный трансформатор. От него нужно взять сердечник. Количество витков первичной обмотки – 265–295. Используйте изолированный провод сечением 2 мм. Намотку производите в три слоя. Далее обязательно проверьте значение тока холостого хода (включите мультиметр в разрыв между сетью 220 В и одним из концов обмотки). Прибор должен показывать 210–390 мА. Если показания больше, число витков нужно увеличить, в противном случае, наоборот, уменьшить. Вторичная обмотка разделена на две секции, в каждой из которых 15–18 витков. Здесь понадобится провод сечением 10 кв. мм.

Расчёт выпрямителя

Далее рассмотрены параметры электронных компонентов (помимо указанных выше), применяемых в обеих схемах:

1. Диоды. Максимальный пропускаемый ток не должен быть менее 100 А. Это могут быть В200, Д141, 2Д141, 2Д151 и иные аналогичные детали. Вместо КД105 не возбраняется применять КД209 или даже Д226. Стабилитрон – Д808, 2С182 и т. п.
2. Тиристоры. I = 80 А и более: ТС185, Т15-80, Т15-100, Т161, Т125 и т. п. Если используется вариант выпрямления тока с диодным мостом, тиристоры будут мощнее вдвойне: Т15, Т160, Т250, Т16 и другие, аналогичные.
3. Транзисторы. Здесь важен коэффициент усиления h = 21э. Это КТ361 либо КТ3107 проводимостью n-p-n. Вместо КТ816 подойдёт и КТ814.
4. Резисторы. Желательно, чтобы их мощность была не менее 1 Вт.
5. Выключатель. Должен держать ток от 6 А.

Подбор сечения проводов

Подбирая выходные провода, которые будут присоединяться к аккумулятору, нужно помнить, что их диаметр не может быть меньше такого же параметра вторичной обмотки. Лучше использовать многожильный медный кабель, используемый в сварочных аппаратах, где каждый проводок имеет сечение 2,5 кв. мм. Такую же площадь должен иметь провод, посредством которого самодельный аппарат будет подключаться к сети. Не забудьте приобрести мощные зажимы-крокодилы для подключения к клеммам АКБ. Здесь тоже рекомендуется использовать изделия, применяемы при сварке («масса»).

Недостатки и преимущества простых самодельных пуско-зарядных устройств

Главные достоинства трансформаторного ПЗУ:

• простота сборки и высокая надёжность;
• мощность;
• возможность использования деталей б/у, что серьёзно удешевляет конструкцию;
• пуск двигателя с почти «мёртвым» аккумулятором;
• небольшая цена: даже если все элементы приобретать в магазине, стоимость самодельного ПЗУ будет в разы меньше заводского.

А что же с минусами? В первую очередь можно назвать большую массу. Впрочем, это некритично: вряд ли кто-то будет возить с собой данное устройство – его место в гараже, на «стационаре».

Есть и другая отрицательная сторона: в наиболее простых схемах пуско-зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов отсутствует какая-либо защита от короткого замыкания, перегрузок, переполюсовок, что чревато выходом из строя как самого ПЗУ, так и электроники автомобиля. Отсутствие контрольных приборов – амперметра, вольтметра тоже плохо сказывается на эксплуатации простейших ПЗУ.

Ещё один минус: более сложные схемы зарядно-пусковых устройств для автомобильных аккумуляторов по плечу человеку, знакомому с азами радиотехники. Также устройство не будет полноценно функционировать, если в сети значительно меньше 220 В, а это в сельской местности совсем не редкость. Решить проблему можно, используя стабилизатор.

Портативное пусковое устройство для легкового автомобиля своими руками

Одна из особенностей аккумулятора в том, что он не выходит из строя мгновенно: угасание АКБ происходит постепенно, и какое-то время ей ещё можно пользоваться. Но зимой начинается головная боль: батарея отказывается выдавать нужный ток, и старт двигателя становится невозможным. В такой ситуации достаточно завести машину, а в дальнейшем её генератор подзарядит АКБ, и он вновь станет работоспособным. Выручает пускозарядное устройство (ПЗУ). Его предназначение как раз и заключается в выдаче тока нужной силы при питании от обычной сети 220 В. Однако подобные вещи стоят дорого. О том, как сделать пусковое устройство для автомобиля своими руками, речь пойдёт ниже.

Расчёт параметров пускового устройства

Перед началом сборки необходимо просчитать технические характеристики, чтобы обеспечить нормальное функционирование ПЗУ. Для успешного старта мотору требуется ток от 100 ампер, а напряжение – не менее 14 вольт. В результате на выходе получается 1,4 кВт. Но даже и такое изделие не гарантирует успешный пуск силового агрегата. Изначально стартеру нужен ток в 200 ампер (может, и больше, всё зависит от марки автомобиля). Определённая доля мощности достаётся аккумулятору, который с ней справляется, даже если находится в разряженном состоянии.

Выбор схемы пускового устройства

Существует несколько типов ПЗУ, отличающихся удобством применения, сложностью сборки и массой конструкции:

• трансформаторные (обычные и тиристорные);
• импульсные;
• аккумуляторные;
• конденсаторные.

Пусковое устройство на основе трансформатора своими руками

Самодельное пусковое устройство для автомобиля обязательно включает в себя трансформатор – основополагающую часть схемы. Сечение его сердечника – от 36 кв. см. Для обмотки I применяется медный провод сечением от 2-х мм. При самостоятельном наматывании используйте провод c лаковой изоляцией. Витки (от 260 до 290) нужно располагать в три слоя, между которыми прокладывается изоляционный материал (например, бумага). После того как первичная обмотка будет готова, проконтролируйте холостой ход: требуемый ток – 200–380 мА (при этом трансформатор не должен греться). Наилучший вариант – использование заводского трансформатора. Но в этом случае вторичную обмотку всё равно придётся убрать. Её нужно намотать самостоятельно (сечение – 10 кв. мм, если используется провод с несколькими жилами – 6 кв. мм), напряжение – 13,8–13,9 В. Для его измерения используйте нагрузочный резистор на 5–10 Ом. Чтобы этого добиться, подойдёт метод «тыка»:

1. Намотайте 10 витков, включите трансформатор в сеть и измерьте напряжение. Полученное число разделите на 10 и в итоге поймёте, сколько вольт содержится в одном витке.
2. Домотайте необходимые витки, чтобы напряжение соответствовало 13,8–13,9В.

Суть работы пускозарядного устройства описываемого типа несложна: трансформатор понижает напряжение, которое диоды выпрямляют, преобразуя переменный ток в постоянный. Далее его пульсации сглаживаются фильтрующим конденсатором. В некоторых более сложных схемах дополнительно применяются тиристоры, транзисторы. Эти элементы, включаемые после диодного моста, окончательно выпрямляют ток. Ниже – схема пускового устройства для автомобиля своими руками:

Используемые здесь диоды обязаны пропускать большой обратный ток (от 250 А) и напряжение не менее 50 В. Как вариант можно использовать электронный компонент Д161-250 с индексом в конце обозначения от 3-х до 18-ти.

У трансформаторного ПЗУ всего лишь один недостаток – большая масса устройства. Однако этот минус вполне компенсируется множеством плюсов:

• высокая надёжность и мощность;
• возможность использования на машине, у которой АКБ совсем умерла;
• простота конструкции, позволяющая собрать её самостоятельно;
• возможность регулировки напряжения и силы тока.

Особенность схем на тиристорах – работа в автоматическом режиме. Когда двигатель заглушен, а ПЗУ подключено к выводам аккумулятора, на него напряжение не поступает. В момент старта, когда на клеммах АКБ менее 10 В, устройство вступает в работу и подпитывает батарею, обеспечивая проворачивание коленчатого вала. Как только напряжение перевалит за 10 В, ПЗУ, благодаря запиранию тиристоров, перестанет помогать АКБ. Основной плюс этой схемы: отсутствие вреда, наносимого аккумулятору. Предлагаемое портативное пусковое устройство для автомобиля своими руками можно сделать, применяя одну из двух схем.

Это двухполупериодный вариант. Здесь используемые тиристоры пропускают I = 80 А. Например, это могут быть ТС80, Т15-100, Т161-125 и т. п.

Далее – пусковое устройство для автомобиля своими руками (схема – мостовая).

В этом случае понадобятся более мощные электронные изделия, пропускающие ток от 160 А. Т15-160, Т200, Т16-250 и т. п. Диоды рассчитаны на ток от 100 А. Это 2Д151-125, В200, Д141-100 и иные. Стабилитрон – с напряжением 8 В (2С181, Д808 и т. д.). Диод КД105 взаимозаменяемый с КД202, Д226: здесь главное, чтобы максимальный пропускаемый ток был не менее 0,3 А. Транзисторы: КТ361, КТ3107, КТ814, КТ816. Резисторы, используемые для управления тиристорами, рассчитаны на мощность от 1 Вт. Для других данный параметр не важен.

Если предполагается применять автономное пусковое устройство, сделанное своими руками, для пуска силовой установки автомобиля со штатным напряжением в 24 вольта, придётся изменить число витков трансформатора в обмотке II так, чтобы на выходе получилось 28–32 В. Вместо единичного стабилитрона Д814А поставьте пару последовательно соединённых Д810.

Самодельное импульсное пусковое устройство для автомобиля

Это совсем не простые электронные системы, собираемые на контроллерах, микропроцессорах. Основная особенность таких ПЗУ – постоянный контроль за состоянием аккумулятора в ходе его зарядки. Большой мощностью импульсные устройства не обладают, поэтому запустить с их помощью двигателя в зимний период при серьёзно разряженной батарее вряд ли получится. Зато они мало весят, имеют компактные размеры.

Как работает подобное устройство? Частота воздействует на электрический ток, в итоге напряжение увеличивается, потом уменьшается и на последнем этапе трансформируется. Импульсная схема генерирует токи до 100 А (при условии использования более мощной элементной базы это значение может быть и больше). Ниже – импульсное пусковое устройство для автомобиля (схема):

Здесь ПЗУ – источник питания, сделанный на базе микросхемы IR2153. Также применяются ключи-транзисторы 20N60, обеспечивающие напряжение 600 В и выдающие ток в 90 А. При включении ПЗУ в сеть 220 В сначала через диодный мост VD1-VD4 заряжаются конденсаторы. Когда напряжение на выводах IR2153 достигнет 12–13 В, устройство начинается вырабатывать импульсы, управляющие транзисторами. Далее на вторичной обмотке трансформатора 1.1 формируется напряжение, подающееся на контакты реле, срабатывающее и запускающее в работу стартер. Использование в схеме маломощного тиристора и резисторов обусловлено необходимостью защиты от короткого замыкания. Если оно присутствует, загорается светодиод. После решения проблемы он гаснет.

Собрать импульсное пусковое устройство для автомобиля своими руками нельзя без трансформатора мощностью меньше 4000 Вт. Она обеспечивает частоту вращения коленвала:

• до 55 об./мин для инжекторных или карбюраторных двигателей;
• до 135 об./мин для силовых агрегатов, работающих на солярке.

Чтобы сделать самому трансформатор, лучше всего взять тороидальный сердечник. Он встречается в отслужившем своё электродвигателе высокой мощности. Площадь сердечника – не менее 2700 кв. мм. Обмотка I, рассчитанная на напряжение 220 В, формируется проводом диаметром 2,21 мм, количество витков – 244. Обмотка II состоит из алюминиевой шины поперечной площадью 36 кв. мм: всего 18 витков. Холостой ход трансформатора составляет не менее 3,2 А. Если значение больше, с первичной обмотки уберите или добавьте некоторое количество витков, подбираемое опытным путём. При этом вторичная обмотка остаётся такой, какая есть, иначе упадёт КПД трансформатора. При монтаже старайтесь использовать медные провода с несколькими жилами и минимальной длиной, чтобы не было потерь напряжения (до 2–3-х вольт).

Собранную электронную схему, а также мощные элементы – диоды, тиристоры, лучше всего размещать на текстолитовом листе. Сначала закрепите наиболее громоздкую деталь – трансформатор. Выпрямительные диоды и силовые тиристоры устанавливаются на алюминиевых охлаждающих радиаторах. Бывает и так, что их способностей понижать температуру недостаточно. Тогда стоит предусмотреть установку вентилятора – например, от старого компьютера. От него же можно использовать и корпус, доработав его по размерам.

При работе ПЗУ включается на время не более 10 сек. Если на авто установлен стартер мощностью более 2000 Вт, понадобится трёхфазная сеть. То есть в таком случае придётся переделывать ПЗУ.

Другие виды пусковых устройств

Это аккумуляторные (бустеры) и конденсаторные системы. Первая из них представляет собой отдельную переносную батарею, которая при необходимости просто дополняет севший аккумулятор. При этом можно выбирать внутреннюю АКБ, которая может быть как обычной, необслуживаемой кислотной, так и более современной – литий-полимерной (PowerBank). При выборе такого пускового устройства важно, чтобы его ёмкость, а также пусковой ток соответствовали таким же параметрам вашей батареи. Бытовые бустеры рассчитаны на ёмкость не менее 18 А/ч. Но есть и профессиональные устройства, у которых эта характеристика доходит до 200 А/ч.

Конденсаторные пусковые устройства функционируют благодаря разрядке таких элементов. Это достаточно мобильные устройства, но стоят дорого и поэтому используются редко. К тому же конденсаторы выдают нерегулируемые токи, которые могут повредить аккумулятор или уменьшить его эксплуатационный ресурс.

Предпусковые системы

Ещё один вариант устройств, помогающих завести мотор при сильно подсевшем аккумуляторе. Обеспечить полноценный старт без АКБ они не смогут. Их особенность заключается в возможности подачи более высокого тока зарядки по сравнению с обычными ЗУ. Например, в штатном режиме для восстановления работоспособности батареи ёмкостью 60 А/ч понадобится не менее 6 часов и изначальный зарядный ток в 6 А. Применение зарядно-предпускового устройства позволяет сократить сроки зарядки (менее одного часа) путём увеличения тока на выходе примерно до 20 А. В итоге вы относительно быстро разгоните аккумулятор и заведёте мотор. Но стоит отметить: постоянное использование подобных устройств ведёт к более быстрому сокращению эксплуатационного ресурса самого аккумулятора.

Подбор сечения выводных проводов и клемм

При самостоятельном изготовлении ПЗУ любого типа рекомендуется для подключения устройства к контактам аккумулятора использовать сварочные провода с соответствующими зажимами типа «крокодил». Они как раз рассчитаны на большой ток и поэтому как нельзя лучше подходят для пускозарядной системы. Особое внимание обратите на плотность крепления проводов к клеммам ПЗУ: используйте болты (шпильки) диаметром не менее 6 мм с соответствующими гайками. Не рекомендуется закреплять кабель, идущий к аккумулятору, намертво. Лучше сделать провода быстросъёмными. Также не забудьте пометить «плюс» и «минус». Сделать это можно посредством разноцветной изоленты.

Из всего вышесказанного стоит сделать вывод. Запуск двигателя автомобиля можно осуществить с помощью любого из перечисленных устройств. Однако на практике наиболее надёжным и недорогим оказалось трансформаторное пускозарядное устройство, в том числе и то, что собрано самостоятельно. Его главный плюс – возможность многократных попыток старта двигателя, но что не способны более компактные, но дорогие бустеры и конденсаторные пусковые устройства.