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.

Пусковое устройство. Запуск двигателя зимой

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 [1].

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 [2], 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 [3], 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 20×3 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 = 16×30/27 = 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 [3], 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.

Несколько советов и рекомендаций по изготовлению пускового устройства

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.