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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Coulometer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Mit dem im Artikel beschriebenen Gerät können Sie die Strommenge (Ladung) einstellen und steuern, die durch die Last geleitet werden muss, d. h. das Produkt aus Strom und Zeit (Ac). Bei Erreichen des eingestellten Wertes wird ein Signal ausgegeben, mit dem die Stromquelle abgeschaltet (gesperrt) und (oder) ein beliebiges Signal bereitgestellt werden kann. Es gibt Industriegeräte für ähnliche Zwecke, die jedoch sehr komplex sind. Im Vergleich dazu ist das vorgeschlagene Gerät viel einfacher, besteht aus zugänglichen Teilen und ist nicht schwer zu konfigurieren. Ein solches Gerät kann beispielsweise erfolgreich eingesetzt werden, um die Ladung von Autobatterien zu begrenzen, aber auch in anderen Fällen, in denen es notwendig ist, den Empfang dosierter Strommengen durch die Last zu kontrollieren. Das Gerät wurde als Ergänzung zum in [1] beschriebenen Stromstabilisator entwickelt. Es kann jedoch in Verbindung mit jeder anderen Stromquelle verwendet werden, auch mit nicht stabilisierten. Die angegebene Strommenge wird auf einer siebenstelligen Anzeige eingestellt. Der Maximalwert beträgt in diesem Fall beispielsweise 9 Ac. Ein Strom von 999 A kann fast 999 Stunden (10 s) durch die Last fließen. Bei höherem Strom verringert sich die maximale Fließzeit entsprechend. Das Blockschaltbild des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Wie Sie sehen können, ist die Last A1 der Stromquelle G1 über den Messwiderstand Ri mit der gemeinsamen Leitung verbunden.
Der darüber erzeugte Spannungsabfall, der direkt proportional zum Strom durch die Last ist, wird dem DC-Wechselrichterverstärker A2 zugeführt. Die Spannung von seinem Ausgang wird dem Eingang des Spannungs-Frequenz-Wandlers (VFC) U1 zugeführt. Sein Ausgangssignal, dessen Frequenz direkt proportional zur Eingangsspannung ist, gelangt in die Digitaleinheit. Letzterer verarbeitet dieses Signal und gibt einen Befehl zum Abschalten der Stromquelle aus. Bei Verwendung der in [2] beschriebenen Stromquelle ist ein Wechselrichterverstärker (Abb. 1) erforderlich, da bei ihm die Last an die offene Leitung angeschlossen ist, die den Minuspol der Gleichrichterbrücke mit der gemeinsamen Leitung verbindet. Aus diesem Grund hat die am Messwiderstand Ri abgegriffene Spannung eine negative Polarität, beim verwendeten PFC muss sie jedoch positiv sein. Die Verwendung eines Wechselrichterverstärkers ermöglichte es, die Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit des Widerstands Ri zu reduzieren (die Abweichung seines Widerstands vom berechneten Wert wird durch eine entsprechende Änderung des Verstärkungsfaktors durch Trimmen des Widerstands R3 kompensiert). Der Widerstandswert des Widerstands Ri beträgt etwa 0,01 Ohm, wodurch Sie den Strom auf bis zu 100 ... 150 A steuern können. Er besteht aus Nichrom- oder Konstantandraht mit dem erforderlichen Durchmesser.
Bei Verwendung einer Stromquelle, die am Messwiderstand eine Spannung positiver Polarität bereitstellt, ist kein Wechselrichterverstärker erforderlich und der Eingang des Tiefpass-Frequenzumrichters kann direkt an Ri angeschlossen werden. Allerdings muss in diesem Fall der Widerstand sehr genau gewählt werden, um einen großen Messfehler zu vermeiden. Das Gerät verwendet einen leicht modifizierten VLF, der in [2] beschrieben wird. Die Modifikation (Abb. 3) bestand darin, die Mikroschaltungen der K155-Serie durch die sparsamere KR1533-Serie zu ersetzen und einen Spannungsstabilisator für ihre Versorgung einzuführen (dadurch war es nicht erforderlich, eine externe stabilisierte Spannungsquelle von 5 V zu verwenden). Anstelle von K544UD1A (DA1) wurde die CA3140E OU verwendet. Der Widerstandswert des Widerstands R7 wird auf 360 MOhm reduziert (in der Praxis hat sich herausgestellt, dass dies für den Betrieb des Geräts völlig ausreichend ist). Um die Pegel des Ausgangssignals des VPF und des Eingangssignals des Digitalblocks anzupassen, wird eine Kaskade am Transistor VT5 eingeführt. Das Funktionsprinzip des VFC ist in [2] ausführlich beschrieben und wird daher in diesem Artikel nicht behandelt.
Das schematische Diagramm des digitalen Blocks ist in Abb. dargestellt. 4. Es besteht aus einer Reihe voreingestellter Dezimalzähler, Einheiten zum Zurücksetzen des Einschaltzählers, voreingestellten Messwerten und einem Ausgangssignalaufbereiter.
Beim Einschalten der Stromversorgung werden die Mikroschaltungen DD3, DD4, DD6 durch einen von der Schaltung R6C3 erzeugten Impuls in ihren Ausgangszustand versetzt. Die Zähler DD7–DD14 haben keinen Nullzustandseingang, daher wird ein Knoten auf Element DD1.1 und Zähler DD3 eingeführt. Impulse mit einer Folgefrequenz von etwa 1 Hz, die vom Generator (seine Schaltung ist in Abb. 5 dargestellt) zu einem der Eingänge DD1.1 kommen, gelangen zum Zähler DD3, da am zweiten Eingang von ein Nullpegel anliegt das Element. Gleichzeitig werden diese Impulse an den Zählerdecoder DD6 gesendet. Seine Ausgänge sind mit den Steuereingängen der Vorwahlzähler DD7-DD14 verbunden. Beim Eintreffen von Impulsen werden die Zähler nacheinander auf den Nullzustand gesetzt. Wenn der achte Impuls bei DD6 eintrifft, leuchtet die HL1-LED auf und signalisiert damit, dass das Gerät betriebsbereit ist.“ Gleichzeitig wird das DD1.1-Element wird durch das Logik-1-Signal vom Ausgang 8 (Pin 9) des Zählerdecoders DD3 blockiert.
Beim Einschalten der Stromversorgung erzeugt der Einzelvibrator, bestehend aus den Elementen DD17.2, DD1.4, einen kurzen Impuls, der den Trigger an den Elementen DD17.3, DD17.4 in den Einzelzustand versetzt. Ein Signal mit einem Log-Level wird vom Ausgang des Elements DD5.2 entfernt. 1, mit dem Sie die aktuelle Quelle blockieren können. Gleichzeitig leuchtet die HL2-LED. Die Elemente der DD2-Mikroschaltung enthalten Auslöser, die das Prellen der Kontakte der Tasten SB1, SB2 unterdrücken. Wenn Sie die SB2-Taste einmal drücken, wechselt der DD14-Zähler in den Voreinstellungsmodus, während das Komma auf der Anzeige für die entsprechende Ziffer aufleuchtet und die HL1-LED erlischt. Wenn Sie anschließend die Taste SB2 drücken, werden die Zähler nacheinander in den Voreinstellungsmodus geschaltet. Mit der Taste SB0 wird die gewünschte Zahl (von 9 bis 1) am entsprechenden Indikator eingestellt. Durch Betätigen der Tasten SB1 und SB2 wird somit die erforderliche Zahl auf dem Display eingegeben, die dem Produkt aus Strom (in Ampere) und Zeit (in Sekunden) entspricht. Starten Sie das Gerät durch Drücken der SB4-Taste. In diesem Fall wird der Log-Level am Ausgang des Elements DD17.3 (und entsprechend am Ausgang von DD5.2) gesetzt. 0, was den Betrieb der Stromquelle ermöglicht, beginnt Strom durch den Widerstand Ri zu fließen (siehe Abb. 1) und am Ausgang des VPF erscheinen Impulse mit entsprechender Folgefrequenz. An den Eingängen der Zähler angekommen, reduzieren sie die an den Indikatoren voreingestellte Zahl, bis sie gleich 0 wird. Sobald an allen Ausgängen der parallelen Zählerübertragung ein Log-Level erscheint. 0 erzeugt der One-Shot an den Elementen DD17.2, DD1.4 einen Impuls, der den Trigger DD17.3DD17.4 in den Ausgangszustand schaltet, die Zählung stoppt und die Stromquelle wieder gesperrt wird. Der Betrieb des Geräts kann mit der Taste SB3 gestoppt und nach einiger Zeit mit der Taste SB4 wieder aufgenommen werden, wobei der Countdown ab dem Wert fortgesetzt wird, bei dem der Betrieb unterbrochen wurde. Die Elemente DD1.2, DD1.3 und DD16.1 - DD16.6 sorgen für die Zündung von Kommas auf den Anzeigen im voreingestellten Modus. Das Ausgangssignal des Digitalblocks wird zur Steuerung der Stromquelle verwendet. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Anlegen dieses Signals an die Basis eines mit einem leistungsstarken Relais belasteten Transistors (Abb. 6), dessen Kontakte in den Lastkreis eingebunden sind. In der Stromquelle [1] können Sie mit einem Relais mit geringer Leistung auskommen, indem Sie dessen Schließkontakte zwischen dem Motor mit variablem Widerstand R3 und dem gemeinsamen Kabel anschließen.
Das schematische Diagramm der Anzeigeeinheit ist in Abb. dargestellt. 7. Es enthält sieben K176ID2-Decoder (DD1-DD7) und die gleiche Anzahl ALC338A-Anzeiger (HG1-HG7) mit einer gemeinsamen Kathode. Es ist akzeptabel, Indikatoren mit einer gemeinsamen Anode zu verwenden, in diesem Fall muss jedoch eine Versorgungsspannung von +6 V an die Pins von 1 Mikroschaltungen DD7-DD9 und die gemeinsamen Anoden der Indikatoren angelegt werden (über entsprechende Widerstände).
Das Gerät wird mit stabilisierten Spannungen von +12 und -12 V betrieben. Zur Stromversorgung des digitalen Teils und der Anzeigeeinheit wird entweder eine externe 9-V-Quelle oder eine von einem Stabilisator auf der Mikroschaltung KR142EN8A empfangene Spannung benötigt, die an eine +12-V-Quelle angeschlossen ist gebraucht. Zeichnungen von Leiterplatten der Hauptkomponenten des Geräts (PFC, Digitalblock und Anzeigeblock) Beim Zusammenbau des VPF müssen der Kollektoranschluss des Transistors VT1 und der Anschluss 2 der Mikroschaltung DA1 gebogen und mit einem Stück verzinnten Draht umwickelt in das entsprechende Loch eingelötet werden. Bei der Montage der Display-Platine ist es zweckmäßig, handelsübliche Standard-Stromschienen als Brücken auf der Teileseite zu verwenden, diese können aber auch aus Montagedraht gefertigt werden. Im Wechselrichterverstärker (siehe Abb. 2) und im Tiefpass-Frequenzwandler (siehe Abb. 3) werden die Widerstände C2-23 verwendet (R6 besteht aus zwei Widerständen mit einem Widerstand von 5,1 MOhm), im Extremfall MLT kann verwendet werden. Der Widerstand R7 besteht aus zwei CMM-Widerständen mit einem Widerstandswert von 180 MOhm. In anderen Komponenten des Gerätes ist die Verwendung von Widerständen jeglicher Art zulässig. Trimmerwiderstände - SP5-2, SP5-22. Oxidkondensatoren – K50-35 oder ähnlich kleine, der Rest – jeder Art, geeignet in der Größe. Anstelle von CA3140E (siehe Abb. 3) und KR140UD22 (siehe Abb. 2) ist es zulässig, den Operationsverstärker KR544UD1 A und anstelle von Mikroschaltungen der KR1533-Serie (siehe Abb. 3) ihre Analoga aus dem K555 zu verwenden Serie. Im Digitalblock können Sie Mikroschaltungen der K176-Serie sowie CD4029 (analog zu K561IE14), CD4011 (K561LA7), CD4001 (K561LE5), CD4002 (K561LE6), CD4017 (K561IE8), CD4022 (K561IE9), CD4050 verwenden (K561PU4). ALS338A-Anzeigen sind mit ALS324A, ALS3ZZA austauschbar. Um das Gerät einzurichten, benötigen Sie ein Gleichspannungs- und Amperemeter sowie einen Frequenzmesser. Nachdem Sie die Blockierung der Stromquelle vorübergehend ausgeschaltet und das Amperemeter in Reihe mit der Last geschaltet haben, schalten Sie die Stromquelle ein und stellen den Strom auf 10 A ein. Schließen Sie dann ein Voltmeter an den Ausgang des Wechselrichterverstärkers (falls verwendet) an und verwenden Sie es Widerstand R3 (siehe Abb. 2), um die Spannung am Verstärkerausgang auf 100 mV einzustellen. Als nächstes wird der PFC eingerichtet (die Methode ist ausführlich in [2] beschrieben). Hier möchte ich darauf hinweisen, dass Sie zunächst den Operationsverstärker DA1 mithilfe des Widerstands R12 ausgleichen müssen. Verbinden Sie dann den Eingang des VPF mit dem gemeinsamen Kabel und versuchen Sie, mit dem Widerstand R5 ein Signal mit der minimal möglichen Frequenz am Ausgang zu erhalten (ein Impuls alle 10...30 s). Danach wird vom Ausgang des Wechselrichterverstärkers eine Spannung von 100 mV an den Eingang des VPF angelegt und durch Überwachung der Impulse am Kollektor des Transistors VT5 (siehe Abb. 3) mit einem Frequenzmesser der Schieberegler bewegt Widerstand R10 stellt die Frequenz auf 100 Hz ein. Der Digitalblock (siehe Abb. 4) muss nicht konfiguriert werden, Sie müssen lediglich seine Funktion überprüfen. Unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung können die Anzeigen eine beliebige Zahl anzeigen. Anschließend sollten sie innerhalb von sieben Sekunden der Reihe nach auf Null zurückgesetzt werden, wobei auch die Kommas auf den einzelnen Anzeigen nacheinander aufleuchten sollten. Danach leuchtet die HL1-LED auf (HL2 ist ebenfalls eingeschaltet). Das Gerät ist betriebsbereit. Abschließend wird mit dem Ausgangssignal der Digitaleinheit die Stromquelle wieder gesperrt. Das Gerät wurde für den Betrieb mit hohen Strömen entwickelt. Bei geringeren Strömen kann die Anzahl der Anzeigebits und der entsprechenden Zähler reduziert werden. Soll das Gerät im Langzeitbetrieb eingesetzt werden, empfiehlt es sich, für den Fall eines Stromausfalls eine Notstromversorgung vorzusehen. Eine Pufferbatterie (Batterien oder galvanische Zellen) mit einer Spannung von 5...9 V wird über eine Diode an den Energiebus der Digitaleinheit angeschlossen. Natürlich muss in diesem Fall sowohl die Anzeigeeinheit als auch die HL2-LED der Digitaleinheit unter Umgehung dieses Stromkreises mit Strom versorgt werden, beispielsweise aus einer separaten stabilisierten Quelle. Nach dieser Änderung ist der Stromverbrauch der Digitaleinheit aus der Batterie minimal. Bei einem Ausfall und Wiederkehr der Netzspannung wird der Zählvorgang nicht unterbrochen und läuft verlustfrei weiter. Literatur
Autor: I.Korotkov, Dorf Bucha, Oblast Kiew
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