Запуск двигателя внутреннего сгорания даже легкового автомобиля зимой, да еще после длительной стоянки зачастую является большой проблемой. В еще большей степени этот вопрос актуален для мощных грузовиков и автотракторной техники, коих немало уже в частном пользовании - ведь эксплуатируются они в основном в условиях безгаражного хранения.

И причина затрудненного пуска не всегда в том, что аккумуляторная батарея «не первой молодости». Ее емкость зависит не только от срока службы, но и от вязкости электролита, который, как известно, густеет с понижением температуры. А это приводит к замедлению химической реакции с его участием и уменьшению тока батареи в стартерном режиме (примерно на 1% на каждый градус понижения температуры). Таким образом, даже новая батарея зимой значительно теряет свои пусковые возможности.

Пусковое устройство для автомобиля своими руками

Чтобы застраховаться от излишних хлопот, связанных с запуском двигателя автомобиля в холодный период года, я изготовил пусковое устройство своими руками.
Расчет его параметров производился по методике, указанной в списке литературы .

Рабочий ток аккумуляторной батареи в стартерном режиме составляет: I = 3 х С (А), где С - номинальная емкость батареи в Ач.
Как известно, рабочее напряжение на каждом аккумуляторе («банке») должно быть не ниже 1,75 В, то есть для батареи, состоящей из шести «банок», минимальное рабочее напряжение аккумуляторной батареи Up составит 10,5 В.
Мощность, подводимая к стартеру:Р ст = Uр х I р (Вт)

К примеру, если на легковом автомобиле установлена аккумуляторная батарея 6 СТ-60 (С = 60А (4), Рст составит 1890 Вт.
Согласно этому расчету по схеме, приведенной в , было изготовлено ПУ соответствующей мощности.
Однако его эксплуатация показала, что назвать прибор пусковым устройством можно было только с известной долей условности. Прибор был способен работать лишь в режиме «прикуривателя», то есть совместно с аккумуляторной батареей автомобиля.

При низких температурах наружного воздуха запуск двигателя с его помощью приходилось осуществлять в два этапа:
- подзарядка аккумуляторной батареи в течение 10 - 20 секунд;
- совместная (батареи и устройства) раскрутка двигателя.

Приемлемая частота вращения стартера сохранялась в течение 3 - 5 секунд, а затем резко снижалась, и если в это время двигатель не заводился, приходилось повторять все сначала, иногда несколько раз. Такой процесс не только утомителен, но и нежелателен по двум причинам:
- во-первых, ведет к перегреву стартера и повышенному его износу;
- во-вторых, снижает срок службы аккумуляторной батареи.

Стало ясно, что избежать указанных отрицательных явлений можно лишь тогда, когда мощность ПУ будет достаточной для запуска холодного двигателя автомобиля без помощи аккумулятора.

Поэтому было решено изготовить другой прибор, удовлетворяющий указанному требованию. Но теперь расчет производился с учетом потерь в выпрямительном блоке, подводящих проводах и даже на контактных поверхностях соединений при возможном их окислении. Также принято во внимание еще одно обстоятельство. Рабочий ток в первичной обмотке трансформатора при запуске двигателя может достигать значений 18 - 20 А, вызывая падение напряжения в подводящих проводах осветительной сети на 15 - 20 В. Таким образом, к первичной обмотке трансформатора будет приложено не 220, а только 200 В.

Схемы и чертежи для запуска двигателя

Согласно новому расчету по методике, указанной в , беря во внимание все потери мощности (около 1,5 кВт), для нового пусковое устройство потребовался понижающий трансформатор мощностью 4 кВт, то есть уже почти в четыре раза большей, чем мощность стартера. (Соответствующие расчеты были произведены для изготовления подобных приборов, предназначенных для пуска двигателей различных машин, как карбюраторных, так и дизельных, и даже с бортовой сетью напряжением 24 В. Их результаты сведены в таблицу.)

При этих мощностях обеспечивается такая частота вращения коленчатого вала (40 - 50 об/мин-для карбюраторных двигателей и 80 - 120 об/мин - для дизельных), которая гарантирует надежный запуск двигателя.

Понижающий трансформатор был изготовлен на тороидальном сердечнике, взятом от статора сгоревшего асинхронного электродвигателя мощностью 5 кВт. Площадь сечения магнитопровода S,T = а х b = 20 х 135 = 2700 (мм2) (см. рис.2)!

Несколько слов о подготовке тороидального сердечника. Статор электродвигателя освобождают от остатков обмотки и с помощью остро заточенного зубила и молотка вырубают его зубцы. Сделать это не сложно, так как железо мягкое, но нужно воспользоваться защитными очками и рукавицами.

Материал и конструкция рукоятки и основания пусковое устройство не критичны, лишь бы они выполняли свои функции. У меня рукоятка сделана из стальной полосы сечением 20x3 мм, с деревянной ручкой. Полоса обмотана стеклотканью, пропитанной эпоксидной смолой. На рукоятке смонтирована клемма, к которой подсоединяются потом ввод первичной обмотки и плюсовой провод пускового устройства.

Основание-каркас сделано из стального прутка диаметром 7 мм в виде усеченной пирамиды, ребрами которой они и являются. Устройство притягивается затем к основанию двумя П-образными скобами, которые тоже обмотаны стеклотканью, пропитанной эпоксидной смолой.

К одной боковой стороне основания прикреплен сетевой выключатель, к другой - медная пластина выпрямительного блока (два диода). На пластине смонтирована клемма «минус». Одновременно пластина служит и радиатором.

Выключатель - типа АЕ-1031, с встроенной тепловой защитой, рассчитанный на ток 25 А. Диоды - типа Д161 - Д250.

Предполагаемая плотность тока в обмотках 3 - 5 А/мм2. Количество витков на 1 В рабочего напряжения рассчитывалось по формуле: Т = 30/Sct. Число витков первичной обмотки трансформатора составило: W1 = 220 х Т = 220 х 30/27 = 244; вторичной обмотки: W2 = W3 = 16 х Т = 16x30/27 = 18.
Первичная обмотка - из провода ПЭТВ диаметром 2,12 мм, вторичная - из алюминиевой шины площадью сечения 36 мм2.

Сначала была намотана первичная обмотка с равномерным распределением витков по всему периметру. После этого через сетевой шнур ее включают и замеряют ток холостого хода, который не должен превышать 3,5А. Необходимо помнить, что даже незначительное уменьшение числа витков будет приводить к существенному увеличению тока холостого хода и, соответственно, к падению мощности трансформатора и пускового устройства. Увеличение числа витков также нежелательно - оно уменьшает кпд трансформатора.

Витки вторичной обмотки тоже равномерно распределяют по всему периметру сердечника. При укладке используют деревянный молоток. Выводы затем подсоединяют к диодам, а диоды - к минусовой клемме на панели. Средний общий вывод вторичной обмотки соединяют с «плюсовой» клеммой, расположенной на рукоятке.

Теперь о проводах, соединяющих пусковое устройство со стартером. Любая небрежность в их изготовлении может свести на нет все усилия. Покажем это на конкретном примере. Пусть сопротивление Rnp всего соединительного тракта от выпрямителя до стартера будет равно 0,01 Ом. Тогда при токе I = 250 А падение напряжения на проводах составит: U пр = I р х Rпр = 250 А х 0,01 Ом = 2,5 В; при этом мощность потерь на проводах будет весьма значительной: Р пр = Uпр х Iр = 625 Вт.

В результате к стартеру в рабочем режиме будет подведено напряжение не 14, а 11,5 В, что, конечно же, нежелательно. Поэтому длина соединительных проводов должна быть как можно меньше (1_п 100 мм2). Провода надо подобрать многожильные медные, в резиновой изоляции. Соединение со стартером для удобства делается быстроразъ-емным, с помощью клещей или мощных зажимов, например, тех, что применяют в качестве держателей электродов для бытовых сварочных аппаратов. Чтобы не перепутать полярность, ручка клещей плюсового провода обмотана красной изолентой, минусового - черной.
Кратковременный режим работы пускового устройства (5 - 10 секунд) допускает его использование в однофазных сетях. Для более мощных стартеров (свыше 2,5 кВт) трансформатор ПУ должен быть трехфазным.

Упрощенный расчет трехфазного трансформатора для его изготовления можно произвести по рекомендациям, изложенным в , или воспользоваться готовыми промышленными понижающими трансформаторами типа ТСПК - 20 А, ТМОБ - 63 и др., подключаемыми к трехфазной сети напряжением 380 В и выдающими вторичное напряжение 36 В.

Применение тороидальных трансформаторов для однофазных пусковых устройств не обязательно и продиктовано только их лучшими массово-габаритными показателями (масса около 13 кг). Вместе с тем технология изготовления пусковое устройство на их основе наиболее трудоемка.

Расчет трансформатора пускового устройства имеет некоторые особенности. Например, расчет количества витков на 1 В рабочего напряжения, произведенный по формуле: Т = 30/Sct (где Sct - площадь поперечного сечения магнитопровода), объясняется желанием «выдавить» из манитопровода 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 расчет по формуле: Т = 35/Sct. Магнитопровод берут тогда сечением на 25 - 30% больше.
Мощность, которую можно «снять» с изготовленного ПУ, примерно равна мощности трехфазного асинхронного электродвигателя, из которого изготовлен сердечник трансформатора.

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» их часть 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 двигателя сразу отключают.

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.

Пуско зарядное устройство позволяет запустить двигатель автомобиля в зимний период. Так как для запуска двигателя внутреннего сгорания с подсевшим аккумулятором необходимо много сил и времени. Плотность электролита зимой ощутимо понижается, а протекающий внутри аккумулятора процесс сульфатации увеличивает его внутреннее сопротивление и уменьшает стартовый ток аккумулятора. К тому же, зимой увеличивается вязкость моторного масла, поэтому аккумулятору требуется больше стартовой мощности. Облегчить запуск двигателя зимой можно разогрев масло в картере авто, завести машину от другого аккумулятора, завести «с толкача» или применить пуско зарядное устройство для автомобиля.

Пуско зарядное устройство для автомобиля состоит из трансформатора и мощных выпрямительных диодов. Для нормальной работы пускового устройства требуется на выходе ток не менее 90 ампер, а напряжение 14 вольт, поэтому трансформатор должен быть достаточно мощным не менее 800 Вт.

Для изготовления трансформатора легче всего использовать сердечник от любого ЛАТРа. Первичная обмотка должна быть от 265 до 295 витков провода диаметром не менее 1,5мм, лучше 2,0мм. Намотку нужно осуществлять в три слоя. Между слоями хорошая изоляция.

После наматывания первичной обмотки проводим ее испытания подключая к сети и замеряют ток холостого хода. Он должен находится в пределах 210 - 390 мА. Если будет меньше, то отмотайте несколько витков, а если больше то наоборот.

Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух обмоток и содержит по 15:18 витков многожильного провода сечением 6 мм. Намотка обмоток происходит одновременно. Напряжение на выходе обмоток должно быть около 13 вольт.

Провода соединяющие устройство с аккумулятором необходимо использовать многожильные, с сечением не менее 10 мм. Выключатель должен выдерживать ток не менее 6 Ампер.

Схема пуско зарядного устройства для автомобиля содержит симисторный регулятор напряжения, силовой трансформатор, выпрямитель на мощных диодах и стартерный аккумулятор. Ток подзарядки устанавливается регулятором тока на симисторе и регулируется переменным сопротивлением R2 и зависит от емкости аккумуляторной батареи. Входная и выходная цепи зарядки содержат фильтровочные конденсаторы, которые уменьшают степень радиопомех при работе симисторного регулятора. Симистор правильно работает при напряжения сети в от 180 до 230 В.

Выпрямительный мост синхронизирует включение симистора в обоих полупериодах сетевого напряжения. В режиме «Регенерация» используется только положительный полупериод сетевого напряжения, что очищает пластины аккумуляторной батареи от имеющейся кристаллизации.

Силовой трансформатор позаимствован от телевизора «Рубин». Можно также взять трансформатор ТСА-270. Первичные обмотки оставляем без изменений, а вот вторичные переделаем. Для этого каркасы отделим от сердечника, вторичные обмотки до фольги экранов разматывают, а на их место наматывают медным проводом сечением 2,0 мм в один слой до заполнения вторичные обмотки. В результате перемотки должно выйти примерно 15… 17 В

При регулировки к пуско зарядному устройству подключается внутренний аккумулятор, и испытывается регулировка зарядного тока сопротивлением R2. Затем проверяем зарядный ток в режиме заряда, пуска и регенерации. Если он не более 10…12 ампер, то устройство находится в рабочем состоянии. При подсоединении устройства к аккумуляторной батареи автомобиля, ток заряда в первоначальный момент возрастает примерно в 2-3 раза, а через 10 - 30 мин снижается. После этого переключатель SA3 переключают в режим «Пуск», и осуществляется старт двигателя автомобиля. В случае неудачной попытки, дополнительно подзаряжаем в течение 10 - 30 мин, и пытаемся опять.

Схема содержит: стабилизированный источник питания (диоды VD1-VD4, VD9, VD10, конденсаторы С1, СЗ, резистор R7 и транзистор VT2)

узел синхронизации (транзистор VT1, резисторы R1/R3/R6, конденсатор С4 и элементы D1.3 и D1.4, выполненные на микросхеме К561ТЛ1);

генератор импульсов (элементы D1.1, D1.2, резисторы R2, R4, R5 и конденсатор С2);

счетчик импульсов (микросхема D2К561ИЕ16);

усилитель мощности (транзистор VT3, резисторы R8 и R9);

силовой узел (оптронные тиристорные модули VS1 MTO-80, VS2, силовые диоды В-50 VD5-VD8, шунт R10, приборы - амперметр и вольтметр);

узел определения короткого замыкания (транзистор VT4, резисторы R11-R14).

Схема работает следующим образом. При подаче напряжения на выходе моста (диоды VD1-VD4) появляется однополупериодное напряжение (график 1 на рис.2), которое после прохождения цепи VT1-D1.3.-D1.4, преобразуется в импульсы положительной полярности (график 2 на рис.2). Эти импульсы для счетчика D2 являются сигналом сброса в нулевое состояние. После исчезновения импульса сброса импульсы генератора (D1.1, D1.2) суммируются в счетчике D2 и при достижении числа 64 на выходе счетчика (вывод 6) появляется импульс длительностью не менее 10 периодов импульса генератора (график 3 рис.2). Этот импульс открывает тиристор VS1 и на выходе ПЗУ (график 4 на рис.2) появляется напряжение. Для иллюстрации пределов регулирования напряжения на графике 5 рис.2 показан случай задания практически полного выходного напряжения.

При параметрах частотозадающей цепи (резисторы R2, R4, R5 и конденсатор С2 на рис.1) угол открывания тиристора VS1 лежит в пределах 17 (f=70 кГц)- 160(f=7 кГц) электрических градусов, что дает нижний предел выходного напряжения порядка 0,1 величины входного. Частоту выходных сигналов генератора определяет выражение

f=450/(R 4 +R 5)С 2

,

где размерность f - кГц; R - кОм; С - нФ.При необходимости ПЗУ можно использовать для регулирования только напряжения переменного тока. Для этого из схемы (рис.1) следует исключитьмост на диодах VD5-VD8, а тиристоры включить встречно-параллельно (на рис.1 это показано штриховой линией).

В этом случае с помощью схемы (рис.1) можно регулировать выходное напряжение от 20 до 200 В, но следует помнить, что выходное напряжение далеко не синусоидально, т.е. в качестве потребителя могут служить лишь электронагревательные приборы или лампы накаливания. В последнем случае мож- но резко увеличить срок служб ламп, так как их включение можно начинать плавно, изменяя напряжение с 20 до 200 В резистором R5. Наладка ПЗУ сводится к отстройке уровня срабатывания защиты от токов короткого замыкания. Для этого убираем перемычки между точками А и В (рис.1) и в т. В временно подаем напряжение +Uп. Изменением положения движка резистора R14 определяем уровень напряжения (т. С на рис.1), при котором открывается транзистор VT4. Уровень срабатывания защиты в амперах можно определить по формуле I>k /R10, где k=Uп/Uт.c., Uп - напряжение питания; Uт.с. - напряжение в точке С, при котором срабатывает VT4; R10 - сопротивление шунта.

В заключение можно рекомендовать порядок включения ПЗУ в работу и сообщить возможные замены комплектующих, допуски и особенности изготовления: микросхему D1 можно заменить микросхемой К561ЛА7; микросхему D2 - микросхемой К561ИЕ10, соединив последовательно оба счетчика; все резисторы в схеме типа МЛТ- 0,125 Вт, за исключением резистора R8, который должен быть не менее 1 Вт; допуски на все резисторы, за исключением резистора R8, и на все конденсаторы +30 %; шунт (R10) можно изготовить из ни- хрома общим сечением не менее 6 мм (общий диаметр около 3 мм, длина 1,3- 1,5 мм). Включать ПЗУ в работу только в следующей последовательности: отключить нагрузку, выставить резистором R5 требуемое напряжение, выключить ПЗУ, подключить нагрузку и при необходимости увеличить резистором R5 напряжение до требуемой величины.

Для решения проблемы запуска двигателя зимой применим электропускатель который позволит автолюбителям, заводить холодный двигатель даже при неполностью заряженном аккумуляторе и тем самым продлить ему жизнь.

Расчет. Проведение точного расчета магнитопровода трансформатора нецелесообразно, так как он находится под нагрузкой короткое время, тем более неизвестны ни марка, ни технология прокатки электротехнической стали магнитопровода. Находим требуемую мощность трансформатора. Основным критерием служит рабочий ток электропускателя Iпуск , который находится в пределах 70 - 100 А. Мощность электропускателя (Вт) Рэп = 15 Iпуск . Определяем сечение магнитопровода (см 2) S = 0,017 x Рэп = 18...25,5 см2 . Схема электропускателя очень проста, надо всего лишь правильно выполнить монтаж обмоток трансформатора. Для этого можно использовать тороидальное железо от любого ЛАТРА или от электродвигателя. Для электропускателя я применил трансформаторное железо асинхронного электродвигателя, который выбрал с учетом поперечного сечения. Параметры S = ав должны быть не меньше расчетных.

В статоре электродвигателя имеются выступающие пазы, которые использовались для укладки обмоток. При расчете поперечного сечения их не учитывать. Удалять их нужно простым или специальным зубилом, но можно и не удалять (я не удалял). Это влияет только на расход электропровода первичной и вторичной обмоток и на массу электропускателя. Наружный диаметр магнитопровода в пределах 18 - 28 см. Если поперечное сечение статора электродвигателя больше расчетного, придется его расчленить на несколько частей. Ножовкой по металлу распиливаем наружные стяжки в пазах и отделяем тор необходимого поперечного сечения. Напильником удаляем острые углы и выступы. На готовом магнитопроводе проводим изоляционные работы лакотканью или изоляционной лентой на тканевой основе.

Теперь приступаем к первичной обмотке, количество витков которой определяем по формуле: n1 = 45 U1/S , где U1 - напряжение первичной обмотки, обычно U1 = 220 В; S - площадь сечения магнитопровода.

Для нее берем медный провод ПЭВ-2 диаметром 1,2 мм. Предварительно рассчитываем общую длину первичной обмотки L1. L1 = (2а + 2в) Ку , где Ку - коэффициент укладки, который равен 1,15 - 1,25; а и в - геометрические размеры магнитопровода (рис.2).

Затем наматываем провод на челнок и производим монтаж обмотки в навал. Подключив выводы к первичной обмотке, обрабатываем ее электротехническим лаком, высушиваем и производим изоляционные работы. Количество витков вторичной обмотки n2 = n1 U2/U1 , где n2 и n1 - количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток; U1 и U2 - напряжение первичной и вторичной обмоток (U2 = 15 В).

Обмотку выполняем изолированным многожильным проводом с поперечным сечением не менее 5,5 мм2. Применение шинопровода предпочтительней. Внутри провод располагаем виток к витку, а с внешней стороны с небольшим зазором - для равномерного расположения. Его длину определяем с учетом размеров первичной обмотки. Готовый трансформатор размещаем между двумя квадратными гетинаксовыми пластинами толщиной 1 см и шириной на 2 см больше, чем диаметр намотанного трансформатора, предварительно просверлив по углам отверстия для крепления стяжными болтами. На верхней пластине размещаем выводы первичной (изолируем) и вторичной обмоток, диодный мостик и ручку для транспортировки. Выводы вторичной обмотки подключаем к диодному мостику, а выходы последнего оборудуем гайками-барашками М8 и маркируем "+", "-". Пусковой ток легкового автомобиля составляет 120 - 140 А. Но так как аккумулятор и электропускатель работают в параллельном режиме в расчет принимаем максимальный ток электропускателя 100 А. Диоды VD1 - VD4 типа В50 на допустимый ток 50 А. Хотя время запуска двигателя небольшое, диоды желательно разместить на радиаторах. Выключатель S1 устанавливаем любой на допустимый ток 10 А. Соединительные провода между электропускателем и двигателем многожильные, диаметром не менее 5,5 мм разных цветов и концы выводных наконечников оборудуем зажимами типа "крокодил".

Пуско-зарядное устройство ПЗУ-14-100

По схеме пуско-зарядного устройства хорошо видно, что тиристоры управляются токовыми импульсами цепи емкость C4 - транзисторы VT5, VT6, VT7 - диоды VD4, VD5. Фаза отпирания тиристоров и протекание тока в силовой цепи зависят от скорости увеличения напряжения на емкости конденсатора C4, то есть от тока через сопротивления регулятора тока R23-R25 и через биполярный транзистор пуска VT3. VT3 включается в режиме "пуск", если напряжение на акумуляторе снижается ниже уровня 11 В. Ключевой транзистор VT4 включает цепь управления при правильном подсоединении к батареии и защищает её при превышении тока и перегреве обмоток. Для надежной работы этой цепи требуются максимально одинаковые половинки вторичной обмотки, обычно их делают навивкой в два провода или разделением концов "косички" надвое. Ток протекающий в обмотке измеряется по разности напряжений на нагруженной и свободной половинах, т.к - они нагружаются по очереди.

На чтение 4 мин.

Зимой запуск двигателя автомобиля может стать проблемой, особенно если аккумулятор находится не в самом лучшем состоянии. Конечно же, можно завестись с толкача, но если рядом никого нет, то сделать это будет непросто. В такой ситуации выходом может стать пуско-зарядное устройство для автомобиля. В продаже имеется большое количество различных моделей пуско-зарядных устройств, но если вы хотите немного сэкономить, то можете сделать ее своими руками.

Пуско-зарядное устройство для автомобиля – это аппарат, который используется для запуска автомобиля, когда аккумулятор не может справиться с этой задачей. Его применение крайне простое, ведь нужно просто подсоединиться к клеммам АКБ и начать процесс запуска автомобиля. Чтобы изготовить устройство своими руками, нужно приобрести нужные детали и приготовиться к работе.

Особенности изготовления

Сделать своими руками пуско-зарядное устройство довольно просто, но необходимо иметь минимальный набор знаний и умений в обращении с электроникой автомобиля. В целом схема такого аппарата не заумная, если правильно изготовить трансформатор. Рекомендуется использовать тороидальное железо (от ЛАТРА), что позволит достичь минимального веса и размеров. Что касается сечения, то оно может колебаться от 230 до 280 мм. Далее нужно переходить к установке обмотки. Однако помните, что заранее нужно завернуть края трансформатора на магнитном проводе.

Итак, обматываем его стеклом или лакотканью. Первичная обмотка должна включать в себя до 290 оборотов провода с диаметром 2.0 мм. Что касается его типа, то подойдет любой провод, имеющий лаковую изоляцию. Намотка должна иметь 3 оборота в сочетании с изоляцией. По окончании создания первого слоя обмотки необходимо подключить трансформатор и измерить ток, который должен быть 200-380 мА. Если его сила меньше, то нужно убрать несколько витков, а если больше – домотать. Также берите во внимание зависимость количества оборотов и индуктивным сопротивлением. Небольшое несоответствие оборотов приведет к сильному уменьшению силы тока в обмотке. В случае если трансформатор греется, то нужно переделать обмотку.

Из медного провода сечением не больше 6 мм.кв. необходимо сделать вторичную обмотку. Провод должен иметь резиновую изоляцию и несколько обмоток по 15-17 витков. Создавать обмотку нужно одновременно двумя проводами, что обеспечит необходимую симметричность и равное напряжение, которое колеблется от 12 до 13.8 В.

При определении напряжения вторичной обмотки рекомендуется подключиться к клеммам резистора. Выпрямительные диоды используются для соединения металлических элементов внешней части, обеспечивая при этом крепление и теплоотвод, поскольку плюс диода закреплен с крепежной гайкой.

Пуско-зарядное устройство подключается к автомобилю параллельно батарее, но для этого необходимо заранее изолировать многожильные провода, используемые для соединения. Наиболее подходящий вариант – провода из меди с сечением на уровне 10 мм.кв. На концы проводов нужно припаять специальные наконечники. Что касается контактов включателя, то необходимо иметь в виду, что сила тока по ним передается на уровне 5 А.

Сделать своими руками простое пуско-зарядное устройство под силу практически каждому автолюбителю. Главное, четко следовать инструкции и подбирать правильные детали. Именно поэтому можно сформировать краткие рекомендации, среди которых основными являются:

• При выборе трансформатора необходимо учитывать запас мощности. Чем выше мощность, тем меньше будет пуско-зарядное устройство греться во время работы, что положительно повлияет на срок эксплуатации. Если в дальнейшем по каким-то причинам вы захотите изменить устройство своими руками и сделать его энергозатратность больше, то вам не нужно будут устанавливать другой транзистор, поскольку запас мощности будет достаточным. Учитывая, что это самая дорогая деталь, такая особенность не может не привлекать.
• Провода для зарядки можно сделать из обычного кабеля, предварительно очистив изоляцию. Однако делать это нужно только в тех местах, где они подключаются к АКБ. Что касается типа провода, то он должен быть сделан из меди и иметь отличную изоляцию. Это очень важно, ведь если сечение проводов будет слишком маленьким, то они будут нагреваться при запуске двигателя автомобиля. Для удобства провода пуско-зарядного аппарата своими руками можете сделать съемными.
• Провода высокого напряжения также должны иметь хорошую изоляцию. Таким образом, провода будут хорошо защищены, и не будут путаться.

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).

Классификация пуско-зарядных устройств

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

Виды ПЗУ:

• 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.

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:

• двуполупериодная;
• мостовая.

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.

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.

Если сравнивать аккумуляторное и конденсаторное ПЗУ, то нужно учитывать особенности использования в конкретной ситуации. Например, при поездках по городу подойдёт аккумуляторный тип. В том случае, если происходят дальние поездки, то следует выбирать автономный тип ПЗУ, а именно конденсаторный.

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.

Это ПЗУ снабжено защитой от токов короткого замыкания (КЗ) при помощи резисторов, выполняющих роль предохранителей. Они открывают при КЗ маломощный тиристор, который коротит соответствующие выводы микросхемы (она прекращает свою работу). Об исчезновении КЗ свидетельствует светодиод, который будет гореть. Если КЗ нет, то он гореть не будет.

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: n 1 = 220 * T = 220 * 30/27 = 244. Мотается проводом диаметра 2,21 мм.
3. Для II: W 2 = W 3 = 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.