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.

Пусковое устройство для автомобиля своими руками: 4 работающие схемы ПЗУ

Ни один автомобилист не застрахован от проблем, связанных с разрядившимся аккумулятором. Завести транспортное средство бывает проблематично зимой. Для этих целей и служит пусковое устройство. В интернете очень много схем различных модификаций. Если есть знания в области радиотехники, то можно собрать из подручных радиодеталей пусковое устройство для автомобиля своими руками с функцией зарядки аккумуляторной батареи.

Общие сведения

Запустить двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в холодную пору года является большой проблемой. Кроме того, летом при севшем аккумуляторе это является достаточно сложной задачей. Причиной является аккумуляторная батарея. Ёмкость её зависит от срока службы и вязкости электролита. Состояние или консистенция электролита зависит от температуры окружающей среды.

При низкой температуре он густеет и замедляются химические реакции, необходимые для питания стартера (ток уменьшается). АКБ очень часто выходят из строя зимой, так как автомобилю очень тяжело запуститься, при этом расходуется больше тока, чем в летний период. Для решения этой проблемы применяются автомобильные пуско-зарядные устройства (ПЗУ).

Не знаете, как сделать лебедку из стартера своими руками? Обязательно прочитайте подробный и очень интересный материал нашего эксперта.

Также советуем прочитать статью нашего специалиста, в которой подробно рассказывается о том, как производить ремонт стартера своими руками.

Классификация пуско-зарядных устройств

Несмотря на похожие функции по запуску ДВС, ПЗУ бывают нескольких видов по исполнению и механизму.

• трансформаторные;
• аккумуляторные;
• конденсаторные;
• импульсные.

Существуют также и заводские модели, среди которых нужно выбрать ПЗУ, запускающиеся без аккумулятора и работающего стабильно даже при сильном морозе.

На выходе каждого из них получается ток определённого значения и напряжение (U) 12 или 24 В (зависит от модели устройства).

Наиболее популярны трансформаторные ПЗУ, благодаря своей надёжности и ремонтоспособности. Однако и среди других видов есть достойные модели.

Трансформаторный тип

Принцип работы трансформаторных ПЗУ очень прост. Трансформатор преобразует сетевое U в пониженное переменное, которое выпрямляется диодным мостом. После диодного моста постоянный ток с пульсирующими амплитудными составляющими сглаживается конденсаторным фильтром. После фильтра происходит увеличение номинала тока при помощи различного рода усилителей, выполненных на транзисторах, тиристорах и других элементах. Основными преимуществами ПЗУ трансформаторного типа являются следующие:

• надёжность;
• высокая мощность;
• запуск авто в случае, если аккумулятор является «мёртвым»;
• простое устройство;
• регулирование значений U и силы тока (I).

Недостатками являются его габариты и вес. Если нет возможности купить, то нужно собрать пуско-зарядное устройство для автомобиля своими руками. Трансформаторный тип имеет достаточно простое устройство (схема 1).

Схема 1 — Самодельное пусковое устройство для автомобиля.

Для изготовления пуско-зарядного устройства своими руками, схема которого включает в себя трансформатор и выпрямитель, нужно найти радиодетали или приобрести в специализированном магазине. Основные требования к трансформатору:

• мощность (P): 1,3−1,6 кВт;
• U = 12−24 В (зависит от транспортного средства);
• ток II обмотки: 100−200 А (стартер при вращении коленвала потребляет около 100 А);
• площадь (S) магнитопровода: 37 кв. см;
• диаметры провода I и II обмоток: 2 и 10 кв. мм;
• количество витков II обмотки подбирается при расчете.

Диоды подбираются согласно справочной литературе. Они должны быть рассчитаны на большой I и обратное U > 50 В (Д161-Д250).

Если нет возможности найти мощный трансформатор, то схему простого пуско-зарядного автомобильного устройства придется усложнить добавлением каскада усилителя на тиристоре и транзисторах (схема 2).

Схема 2 — Пуско-зарядное своими руками с усилителем мощности.

Принцип работы ПЗУ с усилителем достаточно прост. Его нужно подсоединить к клеммам аккумулятора. Если заряд АКБ нормальный, то U не поступает с ПЗУ. Однако если АКБ разряжен, то открывается переход тиристора и электрооборудование питается от ПЗУ. Если U увеличивается до 12/24 В, то тиристоры закрываются (устройство отключается). Существует два вида тиристорных трансформаторных ПЗУ:

При двуполупериодной схеме изготовления нужно выбирать тиристор около 80 А, а при мостовой от 160 и выше. Диоды нужно выбирать с учётом тока от 100 до 200 А. Транзистор КТ3107 возможно заменить на КТ361 или другой аналог с такими же характеристиками (можно и мощнее). Резисторы, находящиеся в управляющей цепи тиристора, должны быть мощностью не менее 1 Вт.

Бустеры и конденсаторные

ПЗУ аккумуляторного типа называются бустерами и представляют переносные АКБ, работающие по принципу блока переносного зарядного устройства. Они бывают бытовыми и профессиональными. Основное отличие в количестве встроенных элементов питания. Бытовые имеют ёмкость, достаточную для запуска авто с севшим аккумулятором. Им можно запитать только одну единицу техники. Профессиональные обладают большой ёмкостью и служат для запуска не одного авто, а нескольких.

Конденсаторные имеют очень сложную схему исполнения, и, следовательно, их невыгодно делать самостоятельно. Основная часть схемы является конденсаторным блоком. Стоят такие модели дорого, но являются портативным ПЗУ, способными запустить стартер даже со «сдохшим» аккумулятором. Частое использование приводит к очень быстрому износу аккумулятора, если он новый. Наибольшую популярность среди всех моделей получили Berkut (рисунок 1) с пусковыми токами 300, 360, 820 А. Принцип работы устройства заключается в быстрой разрядке конденсаторного блока и этого времени хватает для запуска ДВС.

Устройства на основе импульсных БП

Ещё одним вариантом является ПЗУ импульсного типа (схема 3). Это устройство способно генерировать токи до 100 и более ампер (зависит от элементарной базы). ПЗУ представляет импульсный источник питания с задающим генератором на микросхеме IR2153, выход которого выполнен в виде обыкновенного повторителя на базе BD139/140 или его аналога. В импульсном БП (далее ИБП) применяются мощные транзисторные ключи типа 20N60 с током 90 А и максимальным U = 600 В. В схеме присутствует также выпрямитель однополярного типа с мощными диодами.

Схема 3 — Пусковое устройство для автомобиля портативное своими руками с возможностью зарядки аккумулятора.

При подключении в сеть через цепь «R1 — R2 — R3 — диодный мост» происходит зарядка электролитических конденсаторов C1 и C2 , ёмкость которых прямо пропорционально зависит от мощности ИБП (2 мк на 1 Вт). Они должны быть рассчитаны на U = 400 В. Через R5 поступает напряжение для генератора импульсов, которое растёт с течением времени на конденсаторах и U на микросхеме. Если оно доходит до 11 — 13 В, то микросхема начинает генерировать импульсы для управления транзисторами. При этом появляется U на II обмотках трансформатора и открывается составной транзистор, подается питание на обмотку реле, которое плавно запустит стартер. Время срабатывания реле подбирается конденсатором.

Пример расчёта

Для грамотного изготовления ПЗУ нужно произвести его расчёт. За основу берётся трансформаторный тип устройства. Ток АКБ в режиме запуска составляет I_ст = 3 * С_б (С_б — ёмкость АКБ в А*ч). Рабочее U на «банке» составляет 1,74 — 1,77 В, следовательно, для 6 банок: U_б = 6 * 1,76 = 10,56 В. Для расчёта мощности, потребляемой стартером, например, для 6СТ-60 с ёмкостью в 60 А: Р_с = U_б * I = U_б * 3 * С = 10,56 * 3 * 60 = 1 900,8 Вт. Если собрать устройство по этим параметрам, то получится следующее:

1. Работа осуществляется вместе со штатной АКБ.
2. Для запуска нужно подзаряжать АКБ в течение 12 — 25 секунд.
3. Стартер крутится с этим устройством 4 — 6 секунд. Если запустить не получилось, то придётся повторять процедуру заново. Этот процесс оказывает отрицательное воздействие на стартер (значительно нагреваются обмотки) и срок службы АКБ.

Устройство должно быть намного мощнее (рисунок 1), так как ток трансформатора находится в диапазоне 17 — 22 А. При таком потреблении происходит падение U на 13 — 25 В, следовательно, сетевое U = 200 В, а не 220 В.

Рисунок 2 — Схематическое изображение ПЗУ.

Принципиальная электрическая схема состоит из мощного трансформатора и выпрямителя.

Исходя из новых расчётов для ПЗУ необходим трансформатор, мощность которого составляет около 4 кВт. При такой мощности обеспечивается частота вращения коленвала:

• карбюраторные: 35 — 55 оборотов в минуту;
• дизельные: 75 — 135 об/мин.

Для изготовления понижающего трансформатора желательно использовать тороидальный сердечник от старого мощного электродвигателя большой мощности. Плотность тока в трансформаторных обмотках составляет примерно 4 — 6 А/кв. мм. Площадь сердечника (железняка) рассчитывается по формуле: S_тр = a * b = 20 * 135 = 2 700 кв. мм. Если за основу взят другой магнитопровод, то нужно найти в интернете примеры расчёта трансформатора с этой формой железняка. Для расчёта количества витков:

1. T = 30/S_тр.
2. Для I обмотки: n₁ = 220 * T = 220 * 30/27 = 244. Мотается проводом диаметра 2,21 мм.
3. Для II: W₂ = W₃ = 16 * T = 16 * 30/27 = 18 витков из алюминиевой шины с S = 36 кв. мм.

После намотки трансформатора необходимо включить его и измерить ток холостой работы. Его значение должно быть менее 3,2 А. При намотке нужно равномерно распределять витки по площади каркаса катушки. Если ток холостого хода выше нужного значения, то убирают или доматывают витки на I обмотке. Внимание: II обмотку трогать нельзя, так как это приведёт к снижению коэффициента полезного действия (КПД) трансформатора.

Выключатель следует выбирать со встроенной теплозащитой, использовать только диоды, рассчитанные на ток 25 — 50 А. Все соединения и провода укладываются аккуратно. Провода следует использовать минимальной длины и многожильные медные с сечением свыше 100 кв. мм. Длина провода имеет значение, так как на нём могут быть потери U около 2 — 3 В при запуске стартера. Соединитель со стартером сделать быстросъёмным. Кроме того, чтобы не перепутать полярность, нужно наметить провода («+» — красная изоляционная лента, а «-» — синяя).

ПЗУ должно запускаться на 5 — 10 секунд. Если используются мощные стартеры (свыше 2 кВт), то питание однофазной сети не подойдёт. В этом случае нужно переделать ПЗУ под трёхфазный вариант. Кроме того, возможно применение уже готовых трансформаторов, но они должны быть довольно мощными. Подробный расчёт трёхфазного трансформатора можно найти в справочной литературе или интернете.

Вывод

Таким образом, существует множество моделей пусковых устройств для автомобилей. Оптимальным является конденсаторный тип, однако его цена высока и позволить его себе может не каждый автолюбитель. Изготовить пуско-зарядное своими руками несложно благодаря простой схеме исполнения. Среди четырёх видов нужно обратить внимание на трансформаторные модели, так как именно они способны выдавать токи с высокими номиналами.