RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 188210 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia 3 2 6146 (22) Data zgłoszenia. 05.05.1998 (13) B1 (5 1) IntCl7 H02J 7/02 H02M 7/02 (54) Prostownik do ładowania akumulatorów i rozruchu silników samochodowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.11.1999 BUP 23/99 (73) Uprawniony z patentu: Opoński Jan, Ciechanów, PL Opoński Piotr, Ciechanów, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.2004 WUP 12/04 (72) Twórcy wynalazku: Jan Opoński, Ciechanów, PL Piotr Opoński, Ciechanów, PL PL 188210 B1 Prostownik do ładowania akumulatorów i rozruchu silników sa- (57) mochodowych, utworzony z transformatora o regulowanej liczbie zwojów uzw ojenia pierw otnego 1 w tórnego, połączonego na wyjściu z prostow niczym układem m ostkow ym, z tyrystora i dzielnika napięcia na wyjściu dodatnim mostka prostowniczego oraz potencjometra, w obwodzie emitera tranzystora, z bezpieczników uzw ojenia pierw otnego 1 obw odu ładow ania akum ulatora, z amperomierza w obwodzie ładowania akumulatora i lampki kontrolnej włączenia prostownika, znamienny tym, że wyjście dodatnie prostowniczego układu mostkowego (PR) jest połączone z anodą tyrystora (TY) oraz ze środkiem opornościowego dzielnika napięcia, utworzonego z dwóch oporników (R 1, R2), przy czym pierwszy opornik (R1)jest połączony z emiterem tranzystora pierwszego (Tl), trzeci opornik (R3) jest połączony z potencjometrem (P) natomiast drugi opornik (R2) dzielnika napięcia jest połączony z bazą tranzystora dnjgiego (T2) i z drugą stroną kondensatora (C) zaś katoda tyrystora (TY) jest połączona przez piąty opornik (R5) z bramką tyrystora (TY) i pośrednio przez diodę (D), ukierunkowaną katodą do piątego opornika (R5), z kolektorem tranzystora pierwszego (T1), przy czym pomiędzy bazą pierwszego tranzystora (T1) i kolektorem drugiego tranzystora (T2) jest umieszczony czwarty opornik (R4), zaś emiter drugiego tranzystora (T2) jest połączony z suwakiem potencjometra (P), przy czym druga strona kondensatora (C) jest połączona z drugim końcem potencjometrem (P), oraz z pierwszym zaciskiem (1', 1) odczepu środkowego uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego (Tr) i z wyjściem minusowym na drugim zacisku (2) niższego zakresu, korzystnie 12 V, napięcia wyjściowego, przy czym wyjście wyższego zakiesu, korzystnie 24 V, ujemnego, wyprostowanego napięcia wyjściowego na trzecim zacisku (3), jest przyłączone bezpośrednio do wyjścia ujemnego prostowniczego układu mostkowego (PR) a rozruchowe wyjście dodatnie, napięcia wyprostowanego na zacisku rozruchowym (Roz +) jest połączone bezpośrednio z katodą tyrystora (TY) i piątym opornikiem (R5)
Prostownik do ładowania akumulatorów i rozruchu silników samochodowych Zastrzeżenie patentowe Prostownik do ładowania akumulatorów i rozruchu silników samochodowych, utworzony z transformatora o regulowanej liczbie zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, połączonego na wyjściu z prostowniczym układem mostkowym, z tyrystora i dzielnika napięcia na wyjściu dodatnim mostka prostowniczego oraz potencjometra, w obwodzie emitera tranzystora, z bezpieczników uzwojenia pierwotnego i obwodu ładowania akumulatora, z amperomierza w obwodzie ładowania akumulatora i lampki kontrolnej włączenia prostownika, znamienny tym, ze wyjście dodatnie prostowniczego układu mostkowego (PR) jest połączone z anodą tyrystora (TY) oraz ze środkiem opornościowego dzielnika napięcia, utworzonego z dwóch oporników (R l, R2), przy czym pierwszy opornik (R l) jest połączony z emiterem tranzystora pierwszego (Tl), trzeci opornik (R3) jest połączony z potencjometrem (P) natom iast drugi opornik (R2) dzielnika napięcia jest połączony z bazą tranzystora drugiego (T2) i z drugą stroną kondensatora (C) zaś katoda tyrystora (TY) jest połączona przez piąty opornik (R5) z bramką tyrystora (TY) i pośrednio przez diodę (D), ukierunkowaną katodą do piątego opornika (R5), z kolektorem tranzystora pierwszego (T l), przy czym pomiędzy bazą pierwszego tranzystora (T l) i kolektorem drugiego tranzystora (T2) jest umieszczony czwarty opornik (R4), zaś emiter drugiego tranzystora (T2) jest połączony z suwakiem potencjometra (P), przy czym druga strona kondensatora (C) jest połączona z drugim końcem potencjometrem (P), oraz z pierwszym zaciskiem (1', 1) odczepu środkowego uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego (Tr) i z wyjściem minusowym na drugim zacisku (2) nizszego zakresu, korzystnie 12 V, napięcia wyjściowego, przy czym wyjście wyzszego zakresu, korzystnie 24 V, ujemnego, wyprostowanego napięcia wyjściowego na trzecim zacisku (3), jest przyłączone bezpośrednio do wyjścia ujemnego prostowniczego układu mostkowego (PR) a rozruchowe wyjście dodatnie, napięcia wyprostowanego na zacisku rozruchowym (Roz.+) jest połączone bezpośrednio z katodą tyrystora (TY) i piątym opornikiem (R5). * * * Przedmiotem wynalazku jest prostownik do ładowania akumulatorów i rozruchu silników samochodowych. Znany jest prostownik do ładowania akumulatorów i rozruchu silników samochodowych, utworzony z transformatora o regulowanej liczbie zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, połączonego na wyjściu z prostowniczym układem mostkowym, z tyrystora i dzielnika napięcia na wyjściu dodatnim mostka prostowniczego i z potencjometra w obwodzie emitera tranzystora z bezpieczników uzwojenia pierwotnego i obwodu ładowania akumulatora, z amperomierza w obwodzie ładowania akumulatora i lampki kontrolnej włączenia prostownika. Niedogodnością tego prostownika jest mały prąd rozruchu, zbyt duze iskrzenie przy podłączaniu akumulatora do załączonego prostownika, a także brak samoczynnej regulacji prądu ładowania i rozruchu. Według wynalazku, wyjście dodatnie prostowniczego układu mostkowego jest połączone z anodą tyrystora oraz ze środkiem opornościowego dzielnika napięcia, utworzonego z dwóch oporników. Pierwszy opornik jest połączony z emiterem tranzystora pierwszego Trzeci opornik jest połączony z potencjometrem, natomiast drugi opornik dzielnika z bazą tranzystora drugiego i z jedną stroną kondensatora. Katoda tyrystora jest połączona przez piąty opornik z bramką tyrystora i pośrednio przez diodę, ukierunkowaną katodą do piątego opornika, z kolektorem tranzystora pierwszego. Pomiędzy bazą pierwszego tranzystora i kolektorem drugiego tranzystora jest umieszczony czwarty opornik. Emiter drugiego tranzystora
188 210 3 jest połączony z suwakiem potencjometra. Druga strona kondensatora jest połączona z drugim końcem potencjometra oraz z pierwszym zaciskiem odczepu środkowego uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego i z wyjściem minusowym na drugim zacisku nizszego zakresu, korzystnie 12 V, napięcia wyjściowego. Wyjście wyzszego zakresu, korzystnie 24 V, ujemnego, wyprostowanego napięcia wyjściowego na trzecim zacisku, jest połączone bezpośrednia do wyjścia ujemnego prostowniczego układu mostkowego. Rozruchowe wyjście dodatnie napięcia wyprostowanego na zacisku rozruchowym, jest połączone bezpośrednio z katodą tyrystora i piątym opornikiem. Prostownik według wynalazku zapewnia dwustopniowe napięcie ładowania akumulatorów z sieci energetycznej o napięciu 220 V prądem do 30 A oraz duzy prąd rozruchowy do 400 A do uruchamiania silników samochodów osobowych i ciężarowych, przy prostej budowie i pewnym działaniu oraz płynnej, wspólnej dla obu zakresów, korzystnie 12 V i 24 V, regulacji prądu ładowania. Ma wytrzymałą konstrukcję o małej ilości zestyków, przydatną do pracy w warunkach terenowych. Iskrzenie podłączania akumulatora do załączonego prostownika jest maksymalnie ograniczone. Prostownik zapewnia samoczynną regulację natężenia prądu ładowania i rozruchu. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ideowy układu elektrycznego prostownika. Uzwojeme pierwotne transformatora Tr jest zasilane napięciem zmiennym 220 V z sieci energetycznej przez trzypołozeniowy włącznik Wł. Do początku 4, 4' i końca 5, 5' zacisków uzwojenia wtórnego jest przyłączony układ mostkowy PR, ktorego wyjście dodatnie jest połączone z anodą tyrystora TY oraz ze środkiem opornościowego dzielnika napięcia, utworzonego z dwóch oporników R l, R2. Pierwszy opornik R1 jest połączony z emiterem pierwszego tranzystora T l. Trzeci opornik R5 jest połączony z potencjometrem P, natomiast drugi opornik R2 dzielnika napięcia jest połączony z bazą tranzystora drugiego T2 i z jedną stroną kondensatora C. Katoda tyrystora TY jest połączona przez piąty opornik R5 z bram ką tyrystora TY i pośrednio przez diodę D, ukierunkowaną katodą do piątego opornika R5, z kolektorem pierwszego tranzystora T l. Pomiędzy bazą pierwszego tranzystora T l i kolektorem drugiego tranzystora T2 jest umieszczony czwarty opornik R4 Emiter drugiego tranzystora T2 jest połączony z suwakiem potencjometru P. Druga strona kondensatora C jest połączona z drugim końcem potencjometra P oraz z zaciskiem 1', 1 odczepu środkowego uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego Tr i z wyjściem minusowym na drugim zacisku 2 nizszego zakresu, korzystnie 12 V, napięcia wyjściowego. Wyjście wyzszego zakresu, korzystnie 24 V, ujemnego, wyprostowanego napięcia wyjściowego na trzecim zacisku 3, jest połączone bezpośrednio do wyjścia ujemnego, prostowniczego, układu mostkowego PR. Rozruchowe wyjście dodatnie napięcia wyprostowanego Roz.+ jest połączone bezpośrednio z katodą tyrystora TY i piątym opornikiem R5. W położeniu ładowania w obwodzie prądu jest umieszczony bezpiecznik B i amperomierz A. Działanie prostownika jest opisane poniżej. Ładowany akumulator jest podłączony do zacisku 2 (-12) lub do zacisku 3 (-24) i do zacisku Ład.+. Tyrystor TY przewodzi tylko po podaniu impulsu wyzwalającego. Mostek prostowniczy PR zamienia napięcie przemienne dwukierunkowe na napięcie przemienne jednokierunkowo zmienne. Przy podłączeniu akumulatora do zacisku drugiego 2 i Ład.+, prąd z transformatora Tr, dla dodatniej połówki napięcia zasilającego, płynie przez zaciski 4, 4' diodę prawą górną mostka prostowniczego PR, tyrystor TY, akumulator-obciązenie-zacisk 2, 1', 1 i zamyka się przez górną część uzwojenia wtórnego transformatora Tr. Dla połówki ujemnej napięcia zasilającego, prąd z transform atora Tr płynie przez zaciski 5, 5' na diodę prawą dolną mostka prostowniczego PR, tyrystor TY, akumulator, zaciski 2, 1', 1 i zamyka się przez dolną część uzwojenia wtórnego transformatora Tr. W powyzszych przypadkach w każdym półokresie przewodzi tylko jedna część uzwojenia wtórnego transformatora Tr, górna lub dolna. Przy podłączeniu akumulatora do zacisku 3 i Ład.+, prąd z transformatora Tr dla dodatniej połówki napięcia zasilającego płynie przez zaciski 4, 4', diodę prawą górną mostka prostowniczego PR, tyrystor TY, akumulator, zacisk 3, diodę lewą dolną mostka prostowniczego PR, zaciski 5, 5' i zamyka obieg dolnąi górną częścią uzwojenia wtórnego transformatora Tr.
4 188 210 Dla połówki ujemnej napięcia zasilającego, prąd płynie przez zaciski 5, 5', diodę prawą dolną mostka prostowniczego PR, tyrystor TY, akumulator, zacisk 3, diodę lewą górną mostka prostowniczego PR, zaciski 4, 4' i zamyka obieg górną i dolną częścią uzwojenia wtórnego transformatora Tr. Impuls wyzwalający, powodujący przewodzenie tyrystora TY, wynika z porównania napięcia na anodzie z napięciem na katodzie tyrystora TY. Przewodzenie nastąpi, gdy napięcie anody będzie większe od napięcia katody. Zapłon tyrystora TY nastąpi z opóźnieniem zadawanym przez użytkownika potencjometrem P. Umożliwia to płynną, fazową, regulację prądu ładowania. Wzrost napięcia na anodzie tyrystora TY powoduje ładowanie kondensatora C przez drugi opornik R2 w obwodzie anoda tyrystora TY, drugi opornik R2, kondensator C, zacisk 1 i 4 lub 5, w zależności od podłączenia akumulatora do zacisku 2 lub 3 oraz jedną z diod mostka prostowniczego PR-prawą górną lub prawą dolną. Po naładowaniu kondensatora C do poziomu, pozwalającego na wysterowanie tranzystora T2, następuje załączenie tego tranzystora. Poziom napięcia załączania tyrystora TY zalezy od ustawienia potencjometra P. Od poziomu napięcia załączania tranzystora T2 zalezy opóźnienie załączania tyrystora TY i prąd ładowania. Z załączeniem tranzystora T2 związane jest włączanie tranzystora T l, gdyż włączenie tranzystora T2 związane jest z zapoczątkowaniem przepływu prądu przez kolektor tranzystora T2. Połączenie kolektora tranzystora T2 z bazą tranzystora T l powoduje przepływ prądów kolektora i emitera tranzystora T l. Prąd emitera tranzystora T l jest również prądem wyzwalającym tyrystor TY. Trzeci opornik R3 oraz potencjometr P wyznaczają próg załączania tyrystora TY a więc i prąd ładowania. Opornik R l dzielnika napięcia ogranicza prąd załączania tyrystora TY. Czwarty opornik R4 ogranicza prąd bazy tranzystora T l. Piąty opornik R5 sprowadza potencjał bramki tyrystora TY do zera, zapobiegając jego samoczynnemu wzbudzeniu. W celu przeprowadzenia ładowania akumulatora, ustawia się napięcie ładowania potencjometrem P. W miarę wzrostu napięcia wyjściowego akumulatora, zmniejsza się napięcie pomiędzy anodą i katodą tyrystora TY, co wywołuje zmniejszenie prądu ładowania. Podczas rozruchu silnika spalinowego potencjometr P ustala się w pozycji zerowej w celu zmniejszenia iskrzenia na akumulatorze. Napięcie pomiędzy anodą a katodą tyrystora TY ma stałe wartości, uzaleznione od napięcia akumulatora Z chwilą uruchamiania silnika, napięcie na akumulatorze obniża się, co powoduje podwyższenie napięcia pomiędzy anodą a katodą tyrystora TY. Napięcie to wysterowuje tyrystor TY, który przepuszcza większy prąd. Uruchomiony silnik podnosi napięcie na akumulatorze, co przyczynia się do obniżenia napięcia pomiędzy anodą a katodą tyrystora TY, powodując przepuszczanie przez tyrystor TY mniejszego prądu ładowania.
188 210
188 210 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.