piątek, 27 stycznia 2017

Mikroprocesorowy prostownik - desulfator akumulatorów cz 3

Rzeźbienie algorytmu

 59 PLN do wydania Biedronce? Oczywiście
Tyle kosztuje mikroprocesorowy prostownik wykonany chińskimi rączkami. A ja tu odkrywam Amerykę. I wcale nie jestem pewien, że efekt będzie lepszy. Że drożej - to mam jak w banku, czy lepiej - zobaczymy.

Jakiś cel należy obrać. W pierwszym przybliżeniu chciałbym zrobić prostownik z automatycznym odsiarczaniem. Jak to miałoby działać? Podłączam do mojego prostownika akku z objawami zasiarczenia. Prostownik ocenia pierwotną kondycję akumulatora i przystępuje do procedury ładowania/regeneracji. Jeśli efekt jest pozytywny - następuje poprawa parametrów akumulatora - procedura jest powtarzana aż do ustabilizowania się tych parametrów. Na koniec dostaję naładowany maksymalnie akumulator i informacje o stopniu jego naprawy. Proces całkowicie automatyczny i bezobsługowy ale z pełną informacją online w aplikacji BLYNK w  telefonie i z możliwością zmian, korekt czy zatrzymania procesu.

Tyle opis ogólny. Resztę się wyklepie.
 
Dotychczasowa lektura nt akumulatorów raczej zachęca do eksperymentów. Układ testowy prostownika też działa nie najgorzej. No to do roboty....

Układ mocy


Transformator i mostek diodowy mam ze starego prostownika. Do sterowania napięciem/prądem daję MOSFET-P kluczowany tranzystorem Q1. A w zasadzie dwa MOSFETy by odciąć diodę pasożytniczą w MOSFET  w kierunku zasilania.  Tranzystor Q1 jest sterowany bezpośrednio z Arduino. By nie utrudniać sobie pracy do regulacji prądu/napięcia na wyjściu wykorzystuję PWM. Częstotliwość bazowa PWM w NANO (w Atmega 328) to 500Hz rozdzielczość 255 kroków. To daje 5 kluczowań na połówkę sinusoidy z prostownika z rozdzielczością ok 0,5%

Tak to powinno mniej więcej wyglądać na ekranie oscyloskopu (przebieg zasymulowany w ciekawym i darmowym programie LTspice IV) kiedy obciążeniem zamiast akumulatora byłby opornik




 Taka regulacja jest wyjątkowo prosta do sterowania  w programie jednym rozkazem a dodatkowo akumulator zasilany jest mocno impulsowo co powinno korzystnie wpłynąć na możliwość jego regeneracji. Jedyny problem to taki, że mój transformator daje tylko 13,5V napięcia skutecznego (to to co mierzy miernik) co oznacza że napięcie maksymalne to  13,5 x 1,41 = 19V. Odejmując spadek na diodach prostownika mam do dyspozycji jedynie około 17,5V. To niewiele jak na potrzeby regeneracji akumulatora. Zobaczymy w działaniu czy to wystarczy. Mam jeszcze możliwość podwyższenia tego napięcia o 0,7V rezygnując pełnego mostka na rzec jednej diody prostowniczej i ograniczając prostowanie do napięcia jednopołówkowego.

Za pomocą tego prostego układu mam możliwość realizacji następujących "programów" i funkcji prostownika. W pierwszych wersjach  przewiduję ręczne wprowadzenie pojemności akumulatora  C (Ah) do programu. Na tej podstawie program określi inne parametry ładowania.

1. Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją baterii i zwarciem zacisków i iskrzeniem

Przed uruchomieniem klucza tranzystorów MOSFET program sprawdza czy napięcie  na wyjściu prostownika jest większe od 2V. Brak tego napięcia może oznaczać
 - brak akumulatora
- zwarcie zacisków
W tym przypadku mikroprocesor nie rozpocznie procedury ładowania. Istniej możliwość, że do zacisków zostanie dołączony całkowicie rozładowany akumulator z napięciem poniżej 2V. W programie będzie opcja ręcznego uruchomienia ładowania.

Napięcie na akumulator zostanie podane po kilku sekundach od stwierdzenia przez program obecności baterii - zapobiegnie to iskrzeniu przy zakładaniu klem.

2. Wstępne impulsowe ładowanie (WIL) całkowicie rozładowanych akumulatorów U akku < 10,5V

W tej fazie prostownik podaje na akumulator bardzo wąskie impulsy napięcia powodujące przepływ prądu o średnim natężeniu 0,01-0,02 C. Cyklicznie program sprawdza czy napięcie na akumulatorze się podnosi. Brak jakiejkolwiek zmiany po czasie 1 h traktowane jest jako niemożność naładowania akku i procedura ładowania jest wstrzymywana.
Faza wstępna kończy się gdy akumulator naładuje się do napięcia 10,5 V
Czas fazy wstępnej ograniczony jest do 10 h (zmienna do ustawienia z aplikacji). Jeśli po tym czasie napięcie nie narośnie do 10,5 zgłaszany jest błąd ładowania a procedura jest wstrzymywana.

3. Łagodne ładowanie (LL) 10,5V < U akku <12,6V

W tej fazie rozpoczyna się ładowanie akumulatora niewielkim (0,01-0,02 C) prądem. Faza
trwa do osiągnięcia napięcia 12,6V. Jeśli po czasie 10 h napięcie jest niższe zgłaszany jest błąd ładowania a procedura wstrzymywana (najprawdopodobniej zwarta/zwarte cele w akumulatorze )

4. Ładowanie główne (LG) 12,6 < U akku < 14,4* (*napięcie modyfikowane)

To podstawowa faza ładowania. Prostownik daje maksymalny prąd (nie większy niż 0,25C). Maksymalny czas ładowania jest kalkulowany na 100% naładowania. Faza ta wymaga pomiaru prądu ładowania. Jeśli po czasie obliczonym przez program napięcie jest niższe  niż 14,4 zgłaszany jest błąd ładowania a procedura wstrzymywana (najprawdopodobniej zwarta/zwarte cele w akumulatorze). Napięcie górne fazy 14,4* jest modyfikowane współczynnikiem temperaturowym -30mV/oC w zależności od temperatury zewnętrznej mierzonej przez NANO.

5. Faza absorpcji  (FA) U akku < 14,4V*  I > 0,01-0,02 C

 Faza malejącego prądu ładowania. Prostownik utrzymuje napięcie na akumulatorze w granicach 14,4 -14,8V (modyfikowane temperaturą) zmniejszając wielkość prądu ładowania. Zakończenie fazy po zmniejszeniu prądu do 0,01-0,02C lub po czasie 10h.

6. Faza desulfatora (FD) U akku < 14,8V* lub 15,6V

  W tej fazie akumulator jest bombardowany wąskimi impulsami napięciowymi przez możliwie długi czas. Czas określany jest na podstawie kryterium ładunku wprowadzonego do akumulatora = 130-180%C. Do decyzji pozostaje próg napięciowy jakiego nie powinien przekroczyć akumulator w czasie ładowania(14,8, 15,5 a może 16V). Alternatywnym algorytmem jest wprowadzenie fazy rozładowania akumulatora po przekroczeniu napięcia granicznego i powtórne uruchomienie FD
Faza uruchamiana  na żądanie.

7. Rozładowanie kontrolne (RK)

 Rozładowanie kontrolne może służyć do
- pomiaru napięcia w trakcie faz ładowania. - Chwilowe obciążenie akumulatora pozwala na dokładniejszy pomiar rzeczywistego napięcia na akku bez konieczności czekania 24h
- oszacowania rezystancji wewnętrznej. Dokonanie pomiaru przy dwóch poziomach obciążenia dla tego samego poziomu napięcia akumulatora pozwala sprawdzić stan akumulatora a przede wszystkim ocenić czy procedura desulfatora poprawia parametry akumulatora czy nie.
- przedłużenia czasu procedury desulfatora. Jeżeli w czasie procedury FD napięcie wzrośnie ponad dopuszczalną granicę a z kalkulacji wynikać będzie że odpowiedni ładunek nie został wprowadzony do akumulatora to nastąpi czasowe rozładowanie akumulatora by umożliwić ciąg dalszy procedury odsiarczania
- pomiar rzeczywistej pojemności akumulatora. Obciążając akumulator znanym prądem i mierząc czas spadku napięcia do poziomu rozładowania (10,5 - 11V) można z zadowalającą dokładnością określić rzeczywistą pojemność akku. Procedura niesie ryzyko zwiększenia zasiarczenia akumulatora i skrócenia żywotności.
Po fazie rozładowania następuje pełen cykl ładowania akumulatora
Faza uruchamiana  na żądanie

8 Faza spoczynku (FS) 12,6V < akku > 13,6V

 W tym cyklu akumulator jest odłączony od napięcia a mikroprocesor mierzy jego napięcie. Spadek napięcia poniżej 12,6V uruchamia procedurę impulsowego doładowywania do napięcia 13,5-13,8V maksymalnym prądem nie większym niż 0,25C i ponowne przejście  fazę FS

To są dosyć rozbudowane funkcje prostownika więc trzeba nieco rozbudować blok mocy



 Do poprzedniego schematu doszedł kolejny MOSFET do kontrolowanego sterowania sztucznym obciążeniem akumulatora i  halotronowy czujnik prądu. Mam zamiar dodać też kondensator by zwiększyć prąd upychany do akku - napięcia zasilającego już nie podwyższę. MOSFET sterowany bezpośrednio z Arduino. Nie są to optymalne warunki pracy polówki (za małe napięcie bramki by otworzyć go całkowicie) ale dam jakiś wysokoprądowy tranzystor i przy 5 V sterowania powinienem bez problemu przepuścić przez niego kilka A.

Tyle teorii elektronicznej - czas na sprawdzenie pomysłów w praktyce .........

piątek, 20 stycznia 2017

Akumulatory - trochę teorii w praktyce

Wiedza nie boli - jej brak czasami mocno kopie nas w tyłek


Nie lubię teorii. Mam dość często wrażenie, że w większości to tylko nieudolny opis rzeczywistości wymyślany na potrzeby doktorów, docentów i profesorów. I dla gnębienia studentów - co oczywiste.

Ale nie ma co ukrywać - nic jeszcze lepszego w  nauce nie wymyślono. Co prawda dzisiejszy internet dostarcza nam  nieco innego sposobu poznawania świata - setki, tysiące, miliony jednostkowych pozytywnych i negatywnych doświadczeń w każdej niemal dziedzinie: gotowaniu makaronu, czyszczeniu twardego dysku, rozsady pomidorów, tuningu samochodu, pisaniu kryminałów, robienia sera i miliona innych potrzebnych  i całkowicie zbędnych czynności w naszym krótkim przecież (w stosunku do wieczności) życiu. Po lekturze części z nich można sobie wyrobić jako takie pojęcie co sprawdzi się w praktyce a co jest naukawym bełkotem.
Teoria wciąż jednak dominuje jako źródło podstawowej wiedzy i póki na zaliczeniach z obwodów RLC raczej trzeba udowodnić znajomość teorii pola a nie treści  filmików z youtube.com to na razie pewnie tak zostanie.

Literatura ładowania i rozładowania akumulatorów kwasowo- ołowiowych jest bogata. A jednocześnie dość trudno trafić na dobre 1-2 stronicowe  kompendia wiedzy zawierających główne i najważniejsze elementy podstaw teoretycznych na temat akumulatorów. To dziwne bo technologia w zasadzie nie zmieniła się od 150 lat. A naukowcy znając dogłębnie procesy zachodzące w akumulatorze nie są w stanie podać jednoznacznie optymalnego sposobu ładowania akumulatorów. Wszystko odbywa się sprawdzoną metodą prób i błędów.
A więc jednak praktyka górą!!!!
Znalazłem coś takiego i takiego pisane prze praktyków. Chętnie przyjmę wskazania innych krótkich!! opisów dotyczących akumulatorów mogących być podstawą algorytmów ładowania akku w mojej nad wyraz inteligentnej ładowarce.

A tu>>>  znalazłem największe forum poświęcone odsiarczaniu akumulatorom kwasowo-ołowiowym. Duża doświadczeń i układów tu opisywanych pochodzi z tego forum.

To co udało mi się wydobyć z istotnych informacji dotyczących akumulatorów (w nawiasie wartości dla akku 12 V) niezbędnych do budowy "inteligentnego" prostownika

- napięcie nominalne celi - 2,1V (12,6V)
- dopuszczalna granica rozładowania 1,75 (10,5V)
- przy pracy buforowej akumulator ładujemy do 2,25 - 2,3 V(13,5-13,8V)
- przy pracy cyklicznej akumulator ładujemy do 2,4 - 2,5 V(14,4-14,8V)
- maksymalna sprawność  ładowania jest w zakresie prądów ładowania 0,01 - 0.1C (C =Ah)
- zalecane maksymalne ładowanie prądem 0,1-0,3C
- czas ładowania > dający 120% pojemności akku
- współczynnik temperaturowy napięcia ładowania -3 do -6 mV/oC (-18 do -36 mV/oC)
dla 0oC napięcie ładowania to 15-15,6V dla 50oC 13,35-13,95V
- sprawność ładowania drastycznie spada powyżej 75% poziomu naładowania (nagrzewanie i gazowanie)
 - akumulator samochodowy pracuje w trybie buforowym z utrzymywanym poziomem napięcia 14,4V
- ładowanie to "rozrywanie" cząstek siarczanu ołowiu - gęstość kwasu siarkowego wzrasta
- pełne naładowanie - zamiast rozrywania cząstek siarczanu następuje elektroliza wody - gazowanie- - najbardziej popularny schemat ładowania CCCV (stały prąd potem stałe napięcie)


- cykl ładowania dla akumulatorów buforowych



Z artykułu>>> praktyków energetyków doświadczonych w użytkowaniu dużej ilości akumulatorów można dowiedzieć się całkiem ciekawych rzeczy:
- przy ładowaniu niewielkimi prądami 0,1C i mniejszymi trzeba "wymieszać" elektrolit dla określenia właściwych napięć. Elektrycznie można to zrobić ładując akumulator do napięcia 2,4-2,5V (14,4-14,8V).
- można rozpuścić duże kryształy siarczanów poprzez ładowanie prądem 0,01-0,02C w ostatniej fazie ładowania (przy możliwie dużym stężeniu kwasu) poprzez dostarczenie sumarycznego ładunku  do baterii w zakresie 120-180%C
>>faza pierwsza - ładowanie stałym prądem 0,1C do napięcia 2,3-2,4V - 6-8h
>>faza druga - ładowanie podwyższonym napięciem (2,4-2,5V) do spadku prądu do 0,01-0,02C - 6-8h
>> faza trzecia- ładowanie stałym prądem 0,01-0,02C by wtłoczyć w akku 130-180% C



przykład akumulator 50Ah
>> faza pierwsza - prąd 5A do napięcia 2,4V - trwa np 6h = 30Ah
>> faza druga - napięciem 2,4V ładujemy aż prąd spadnie do 0,01C - np 10h z Iśr = 2,5A = 25Ah
>> faza trzecia - stałym prądem 0,01C = 0,5 A by uzyskać 130% C (65Ah) > czas = 20h

Z powyższego może wynikać, iż cały pomysł na desulfator to zmodyfikowana wersja fazy trzeciej ładowania odsiarczającego! Trzeba poszperać więcej na ten temat!

Z opisów handlowych tu>>>  producentów akumulatorów i ładowarek też możemy wyciągnąć jakieś interesujące informacje
- trójstopniowy cykl ładowania
>>F1 - stały prąd (0,1-0,2C) do napięcia 14,8
>>F2 - stałe napięcia 14,8 ze zmniejszającym się prądem praktycznie do 0 w ograniczonym czasie
>>F3 - podtrzymanie napięciem 13,6V


- czterostopniowe ładowanie
>> F1 - stały prąd z ograniczeniem napięcia gazowania. kalkulacja czasu ładowania Tf1
>> F2 - jw z tym że czas fazy2 jest proporcjonalny do czasu fazy 1
>> nie ma trybu podtrzymania. Akumulator pozostaje naładowany a raz na tydzień na krótki czas załączane jest napięcie fazy 2 by zapobiec samorozładowaniu


Dla prostowników KEEPPOER podane są następujące fazy ładowania
>> F1 dlaakku głęboko rozładowanych dodawana jest faza wstępna :miękkiego" ładowania tan na oko ok 0,01C
>>F2 faza impulsów wysokoprądowych 0,1-0,2C
>>F3 ładowanie stałoprądowe 0,1-0,2C do jakiegoś napięcia -  14V lub 14,4V  w zimie
>>F4 faza stałego napięcia aż prąd spadnie do 0,01-0,02 C do napięcia 14,4 lub 14,8 w zimie
>>F5 nie opisana dokładnie faza ładowania stałoprądowego prądem 0,01-0,02C
>>F6 pozostawienie akumulatora w spoczynku
>>F7 cykliczne okresowe doladowywanie prądem 0,01-0,02 gdy napięcie spadnie niżej niż 12,6 V



 A to z opisu ładowarki


Tu oprócz wcześniej opisywanych faz pojawia się na wstępie faza odsiarczania która jest impulsowym ładowaniem prądem 0,01-0,02C. Ale oczywiście kłóci się to z opisem praktyków z energetyki bo oni zalecają tę fazę po całkowitym naładowaniu akku tu zaś ta faza jest na początku okresu ładowania. Pojawia się również faza 5 - test naładowania akumulatora czyli czy trzyma napięcie.

A tu jeszcze przykłady cykli faz inteligentnego ładowania akku




http://sklep.prostowniki-akumulatory.pl/ladowarka-victron-blue-smart-12v-5a-ip65-bluetooth-p-2412.html


http://forum-motorowodne.pl/skutery-wodne/prostownik-do-aku-na-zime/


Wniosek 1
Już z tych pobieżnych opisów faz ładowania wynika jedno - na pewno potrzeba do tego trochę inteligencji. NANO ze swoim małym rozumkiem jak mniemam winien wystarczyć.

Wniosek 2
Należy zapomnieć o tradycyjnych ładowarkach!!!! Tych ze stałym prądem (lub nastawianym ręcznie) czy tych ze stałym napięciem (najczęściej do 14,4V). One są oczywiście dobre dla nowych i sprawnych akumulatorów oraz tych o które bardzo dbaliśmy w czasie eksploatacji - nie rozładowywane poniżej 30%, doładowywane zimą, nie pozostawiane w stanie rozładowania, generalnie nie zasiarczone.
Natomiast dla przeciętnego użytkownika średnio dbającego o akumulator każdy dowolny prostownik inteligentny - procesorowy z minimum trzystopniowym schematem ładownia (stały prąd,stałe napięcie, podtrzymanie) będzie o klasę lepsze od klasycznych prostowników.
Ot chociażby taki prostownik z Lidla czy Biedronki za 50 - 70 zł.

http://www.tester.vot.pl/?p=783http://produkty-z-bdr.blogspot.com/2016/11/prostownik-mikroprocesorowy-z-biedronki.html

Oba prostowniki mają dodatkowy tryb impulsowego ładowania przy napięciach akku poniżej 10,5. Nie jest to odsiarczanie a raczej próba przywrócenia do życia zajechanego akumulatora. I dodatkowo tryb zimowy - podniesienie napięcia ładowania fazy 2 do 14,8V. A że tylko 3,8A? Nie szkodzi - można tym naładować 70Ah diesla tylko trzeba trochę poczekać (15-20h) . A jak się komu śpieszy zawsze znajdzie w garażu lub u sąsiada klasyczny prostownik z 10-15A i za 2 h można próbować odjechać. Natomiast z inteligentnym prostownikiem nie grozi już więcej problem przeładowania po zostawieniu na noc włączonego prostownika - u mnie klasyka. I możesz taki prostownik mieć przyłączony na stałe do swojego rzadko używanego pojazdu np traktorka-kosiarki dzięki czemu jest zawsze gotowy do odpalenia. A więc Panowie do Biedronki po prostownik biegiem marsz.

A dla miłośników pięknych i drogich rzeczy zawsze pozostanie możliwość kupienia CTEKa - za 300 - 5000 zł. Ma podobne funkcje plus dodatkowe bajery typu mieszanie elektrolitu, doładowywanie impulsowe, test naładowania czy zasilanie samochodu bez akumulatora. Co kto lubi.

http://ctek-ladowarki.pl/img/cms/CTEK/MXS50/ctek_mxs_50_new_kombinacje_program%C3%B3w_logo%20copy.jpg

Chyba, że kogoś kręci zrobienie tego we własnym zakresie to zapraszam do dalszej zabawy. Napewno nie będzie tanio - ale ile frajdy!

A więc cd musi nastąpić.....

wtorek, 17 stycznia 2017

Oscyloskop MINI 4 - znowu w służbie JKM

Jak zobaczyć niewidzialne...

Cały współczesny świat oparty jest na jednym nośniku energii - energii elektrycznej zwanej potocznie prądem. Trudno wyobrazić sobie życie bez prądu. Jeszcze trudniej wyobrazić sobie jak ten prąd wygląda.
Nie ma nikogo kto widziałby prąd elektryczny (lub napięcie). Poczuć i to czasem boleśnie - a i owszem. Ale tych pomykających w drucie elektronów (a czasem dziur w półprzewodniku czyli miejsc gdzie tych elektronów brakuje) jak raz nie da się zobaczyć. A człowiek jest wzrokowcem, zwłaszcza facet. Nie zobaczy - nie uwierzy. Toteż Karl Braun wynalazł sobie oscyloskop. No może nie cały tylko lampę oscyloskopową pozwalającą obserwować niewidzialne - pędzący strumień elektronów. I to już pod koniec XIX wieku.
Dzisiejsze oscyloskopy to już tak naprawdę żadne prawdziwe oscyloskopy - to telewizory pozwalające z mniejszym lub większym opóźnieniem podglądać prąd elektryczny. Prawdziwy oscyloskop (analogowy z lampą) pokazuje zachowanie prądu online.
Czyli lampa lepsza? Niestety nie bo po drodze jest człowiek. Co z tego że oscyloskop analogowy pokazuje przebieg prądu bez opóźnień. Nasze oczy mają tak dużą bezwładność (25 - 30 klatek/ sek uznajemy za płynny obraz) że online nie jest już żadną zaletą. Co więcej dzięki właśnie tej bezwładności widzimy na ekranie oscyloskopu cały przebieg - sinusoidę prostokąt czy inne pokręcone przebiegi - a nie przesuwający się się punkt plamki świetlnej. Oczywiście pomaga nam do tego jeszcze luminofor na wewnętrznej stronie lampy oscyloskopowej, który nie tylko świeci pod wpływem bombardujących go elektronów to jeszcze podtrzymuje przez pewen czas to świecenie gdy elektrony uderzają już w inną część ekranu. Tak więc "oscyloskop" cyfrowy wyświetlający cały przebieg na raz jest dla nas praktycznie tożsamy z analogowym trybem online. A ma przy tym mnóstwo dodatkowych pięknych ekstrasów niedostępnych w analogach  (albo dostępnych za horrendalną kasę)  - np pamięć obserwowanych przebiegów.

 Ale ja jak raz posiadam muzealny zabytek - 50 letni oscyloskop MINI 4 produkcji polskiej z 1966r.
O takie cosik


Prawdziwi elektronicy nawet nie nazywają tego oscyloskopem - to wskaźnik oscyloskopowy.
Fakt widać niewiele, zsynchronizować trudno, o pomiarach napięć czy czasów raczej należy zapomnieć.
ALE WIDAĆ !!
To czego nie pokaże już multimetr cyfrowy można obejrzeć nawet takim staruszkiem.

Zajrzałem do środka by smakować piękną elektronikę lampową.


 Cztery lampy wzmacniające, jedna prostownicza i lampa oscyloskopowa. Do tego garść węglowych rezystorów, papierowych kondensatorów (to ten biały w dolnym lewym rogu) dwa ogromne elektrolity, potencjometry i trafo. I to wszystko co potrzeba było kiedyś by zbudować oscyloskop. A jest jeszcze przepiękny stos selenowy robiący za prostownik napięcia 260 V ale już niestety zastąpiony jedną malutką diodą prostowniczą. Łza się w oku kręci - kto dziś potrafiłby skonstruować coś takiego na 4 tranzystorach (jedna lampa w przybliżeniu odpowiada jednemu tranzystorowi).
I co najważniejsze - jeszcze działa i to jak !!!

http://obrazki.elektroda.net/93_1193684686.gif


No może nie  do końca. Pokrętło regulacji podstawy czasu rwie przebieg od połowy zakresu i ne ekranie pokazuje się świecąca kropka. Pewnikiem upalony potencjometr tylko gdzie dziś kupić staruszka 1 Mom 1 W? Trzeba będzie poszperać na złomowisku sprzętu elektronicznego.
Gorzej, że po 10-20 min pracy przebieg przesuwa się w lewą stronę i już nic nie widać albo przebieg nagle znika z ekranu. Po zdjęciu obudowy  i położeniu na bok dla pomiaru napięć na na elektrodach lamp oscyloskop działa bez zarzutu. Szukam więc zimnego lutu. Luty w porządku ale ukruszył się drucik na którym wisiał potencjometr montażowy. Nowa zwora srebrzanką i oscyloskop przyjaźnie błyska zieloną linią. Jeszcze tylko ten potencjometr .....(ps. już wymieniony. 9 zł na Allegro i oscyloskop jak nowy)

I choć trudno uznać poniższe widoki za szczyt wizualnej techniki pomiarowej w stosunku do tego co oferują współczesne telewizory/oscyloskopy to jednak bez tych "widoków" próba zabierania się za konstruowanie prostowniko-desulfatora z góry skazana byłaby na porażkę.



A więc drugie a w zasadzie trzecie oczy (okulary!) już mam.

Szkoda, że nie można wykorzystać w sumie ciekawego narzędzia Arduino IDE - Serial Plot (po naszemu kreślarka) do obserwacji przebiegów. Wysyłanie danych na port szeregowych tak szybko jak to jest możliwe przez umieszczenie Serial.println(x) w pętli głównej jest i tak za wolne by obserwować przebiegi o częstotliwości PWM kiedy  tle pracuje cały program obsługi prostownika. Spróbuję jeszcze podłączyć drugi NANO do wejścia analogowego  NANO sterownika prostownika - zobaczymy może będzie widać coś bardziej interesującego.

Pora więc na poważne potraktowanie dalszego ciągu.....



czwartek, 12 stycznia 2017

Mikroprocesorowy prostownik - desulfator akumulatorów cz 2

Płytka stykowa - killer Arduino

No i stało się. Pierwszy NANO wyleciał w powietrze. Połączenie większych napięć, prądów i płytki stykowej z umieszczonym na niej Arduino to zdecydowanie złe rozwiązanie.
A wszystko było jak należy. Wejścia NANO zabezpieczone diodami zenera 5v1 i przez potencjometry ograniczające napięcie, wyjścia przez opornik 470 om. I nic nie pomogło. Gdzieś coś kiedyś na płytce stykowej jak raz nie stykło lub się zwarło i po sprawie. Lekki swąd palonego układu i cisza....
Pierwszy breloczek do kolekcji zaliczony.

No to następna próba ale tym razem z trochę większym profesjonalizmem.

Płyta główna prostownika 


Płytka układu BRAMA1 dostosowana do potrzeb sterowania prostownikiem. Wejścia analogowe (na razie 3) i wyjścia (też trzy) zabezpieczone na sztywno - oporniki i diody wlutowane na płytkę. Rezystory 470 om dioda 5V1. Zener zabezpiecza przed napięciami wyższymi niż 5V ale też przed napięciami ujemnymi większymi niż -0,7V, które pewnikiem będą się pojawiać przy kluczowaniu napięciem  transformatora prostownika.  Na wyjściu również powinny być diody zenera ale na płytce brak miejsca na dodatkowe elementy.


Wyjścia 3,5,6 bo to PWMy. Dodatkowo ESP-01 do komunikacji z BLYNK i jeden LED kontrolny. Kondensator, stabilizator 3V3  i oporniki polaryzacyjne dla ESP i to byłoby na tyle na "płycie głównej" prostownika. Zasilanie z  USB.


UWAGA
Sprawdziłem wcześniej czy nie ma  różnicy potencjałów pomiędzy USB a trafo prostownika. Nie ma więc można połączyć masy obu układów. 
To częsty przypadek przy zasilaniu z dwu (lub więcej) stron, że występuje różnica potencjałów mas. Jest ona spowodowana przez rezystancje lub pojemności pasożytnicze pomiędzy pierwotnym a wtórnym obwodem zasilacza. Jeśli upływność jest niewielka to najczęściej połączenie takich mas niczym nam  nie grozi. Natomiast gdy prąd upływu jest większy (mA) to coś już możemy uszkodzić i najczęściej jest to komputer. W takich przypadkach gdy niezbędne jest przyłączenie komputera do układu najlepiej by był to laptop odłączony od sieci i zasilany z baterii. Natomiast większość komputerów stacjonarnych nie zapewnia odpowiedniej separacji strony pierwotnej i wtórnej  zasilaczu i "gwarantuje" niezłe efekty dzwięko-wizualno-zapachowe przy próbach dołączania do układów zasilanych z drugiej strony z sieci.

Blok mocy


Wszystkie elementy mocy są również polutowane na sztywno na płytce prototypowej i łączone srebrzanką. Prądy 10 i więcej amper słabo się przeciskają przez płytkę stykową. Dwa połączone szeregowo tranzystory MOSFET + tranzystor polaryzacyjny bramek, halotronowy przetwornik prądu, dwa kontrolne LEDy na wejściu i wyjściu, kostki zaciskowe  - to cały blok mocy prostownika. Pełnookresowy mostek greatza i trafo są zaadaptowane z oryginalnego prostownika.


Elementy sprzęgające


Ale płytka stykowa też znalazła zastosowanie. Tu kształtuje się cały sprzęg pomiędzy blokiem mocy a Arduino - dzielniki napięć, filtry, dodatkowe zabezpieczenia przepięć i odwrotnych polaryzacji - słowem cały obszar elementów, które trzeba dobrać w boju.


Połączenie tego wszystkiego w całość dało pierwszy w miarę działający prototyp prostownika



Sterowany i kontrolowany z .....BLYNKa -  jakżeby inaczej. Po wyskalowaniu napięć pomiarowych praktycznie nie muszę używać miernika do określania stanów na wejściu i wyjściu prostownika.



Trzy kanały toru pomiarowego napięć i trzy niezależne wyjścia sterowania 0/1 lub PWM. Najwięcej kłopotu sprawił pomiar prądu. Prawidłowe wyskalowanie wskazań wymagało użycia miernika, który potrafi uśrednić impulsowo posiekaną PWMem sinusoidę. Znakomicie do tego nadaje się leciwy ale wciąż sprawny amperomierz elektrodynamiczny.



A więc cała baza do rozpoczęcia zabaw z mikroprocesorowym prostownikiem już jest.

Brakuje tylko jednego elementu - ale o tym w następnym poście

Z zaciekawieniem oczekujmy więc na ciąg dalszy.....

piątek, 6 stycznia 2017

Mikroprocesorowy prostownik - desulfator akumulatorów

Desulfator - nowe życia dla akumulatora

Powiedziało się Aaaaa więc ciągniemy wózek dalej.
Projekt prostownika do akumulatorów wydaje się mało ambitny. Arduino NANO + ESP do sterowania procesem ładowania toż to mikroskop do tłuczenia orzechów. Że tani- owszem ale z takimi możliwościami szkoda go trochę. Postanowiłem więc zatrudnić go dodatkowo do naprawy podstarzałych akumulatorów dodając do niego moduł desulfatora.

Desulfator - o istnieniu czegoś takiego dowiedziałem niedawno się przy okazji poszukiwań schematów prostowników z MOSFEtem. Jestem mocno sceptyczny do tego typu wynalazków (maść na porost włosów, trądzik, kurzajki itp.) ale po szerszej lekturze ( tu>>>> i tu>>>>> tu>>>>>) chyba zaryzykuję budowę czegoś takiego. A kilka starych akumulatorów wala się po garażu więc warto dać im szansę.

Na czym ma polegać działanie tego cuda? W skrócie na rozbiciu lub rozpuszczeniu (są dwie wersje/teorie - co nie świadczy najlepiej o metodzie ): ) siarczków ołowiu (albo czegoś podobnego) odkładających się na płytach akumulatora podczas eksploatacji. Dokonuje się tego poprzez generowanie krótkich mikrosekundowych impulsów o napięciu ok 50 V w odstępach milisekundowych i podawaniu ich na zaciski akumulatora. Inni piszą, że za pomocą  tych impulsów trzeba wzbudzić płyty w mikro-rezonans (2-5MHz) powodujący w/w działanie naprawcze. Jeśli akumulator jest jeszcze trochę żywy energię do generacji szpilek pobiera się z naprawianego akumulatora. Jeśli jest całkowicie dead - z dodatkowego zasilacza/prostownika. Oczywiście tym sposobem nie naprawi się zwartych cel akumulatora.
Tyle teoria.
 Cholera wie czy to działa - ale koszt elementów urządzenia nie wydaje się duży - jakieś 20-30 zł. Gotowe urządzenia na allegro kupimy po 100-200zł a na aliexpress 20-40$ choć można dostać kit za 14$ wg poniższego schematu. Czyli znowu z ekonomicznego punktu - dłubactwo to bezsens. Ale ile frajdy by coś takiego uruchomić!!!

Z różnych schematów desulfatarów spodobał mi się ten (tu opis)




Dlaczego? Bo ma MOSFET z kanałem P. W większości opisów taki tranzystor jest dużym minusem (droższy od N, słabsze prądy, większe oporności kanału) ale dla mnie kanał P to zaleta bo Chińczycy przysłali mi 5 szt. IRF9540N do prostownika wiec mam. I schemat jest prostszy.

(Ciekawa rzecz z tymi Chińczykami. Zamówiłem części do prostownika przed Świętami będąc pewnym otrzymania ich po Nowym Roku. A tu siurpryz. Pierwszy element przyszedł po 10 dniach a ostatni po 14. Chciałoby się tak zawsze.....)

Przy podanych nastawach dla 555 układ generuje przebieg prostokątny o częstotliwości 1-1,5 kHz i wypełnieniu 3-5%. W czasie tych 5% czasu ładuje się indukcyjność 222uH a po zamknięciu tranzystora następuje wzbudzenie szpilki napięcia o napięciu do 50 V, która katuje naprawiany akumulator. I tak 1000 razy na sekundę przez 3-4 tygodnie by zobaczyć jakiś efekt. Nieźle

A u ta sama idea ale inaczej połączona




Już miałem zamawiać stosowne dławiki w AVT gdy natrafiłem na elektroda.pl na taką opinię:

"zbudowałem dwa takie urządzenia jak w temacie i mogę od siebie dodać że dopiero po zastosowaniu wysokiej jakości indukcyjności (troid z atx'a jest za słaby) daje to "jakieś" efekty. Ja zastosowałem trafo z atx'a po czym kondensator Low ESR 100uF po paru sekundach nagrzewał się do maksymalnej temperatury. Zastosowanie nawet kondensatora na napięcie 400v (duże gabaryty) problemu nie rozwiązało - wytrzymywał 5-7 min. Dopiero kupienie kondensatorów MKSE i połączenie ich równolegle otrzymując około 30uf na 63V problem rozwiązało. Dodatkowo dioda shottkiego 20A oraz zmniejszenie wypełnienia impulsów do około 3%. Układ grzeje się maksymalnie ale iskry przy pocieraniu kabla o słupek akumulatora topią ołów. Po kilku dniach męczenia akumulatora jego kondycja się lekko poprawiła.

Zbudowałem też inny układ na podstawie tego co znalazłem w internecie, bardziej ładowarka niż "wyładowywarka". Korzystam z trafa 30V 1.2A, mostek, jeden kondensator Low Esr 50V 1000uF (w

oryginale była to bateria kondensatorów) który mosfetem (w oryginale czterema) jest dołączany do akumulatora około 1.2kHz, wypełnienie 3%. U mnie takie rozwiązanie dużo lepiej się sprawuje, widać wyraźną różnicę (test na 3 akumulatorach 34, 36 i 40Ah - tylko bardzo stara centra 40Ah jest uparta i pojemność jej się nie zmieniła). No i dodatkowo ładuje to akumulator. Oryginalny układ jest chyba lekko przesadzony dlatego próbnie zastosowałem mały kondensator i jeden klucz, wyeliminowałem rezystory ograniczające prąd ładowania kondensatora i wyładowywania go. Dla mnie jest to w zupełności wystarczające.
Układ pracował ponad 3 tygodnie bez przerwy i nadal wszystkie elementy żyją. Wiem że znacznie przekroczyłem ich parametry, ale nie mając oscyloskopu nie jestem w stanie określić jak bardzo a i czasu mi brak na wyliczenia. Sądzę że trafo 30V 1.2A które zastosowałem nie jest na tyle sztywnym źródłem napięcia żeby zabić mostek, kondensator czy mosftet, przy baterii kondensatorów bez rezystora ograniczającego prąd by się raczej nie udało. Układ może przez to bardziej brzęczy ale mi to nie przeszkadza."

W wielu postach odnośnie desulfatora z dławikami opisywany jest problem uzyskiwania szpilek o wysokim napięciu i dużej energii co warunkuje skuteczne odsiarczanie akumulatora. Nic dziwnego - uzyskanie dużego podbicia napięcia i skutecznego przepływu energii z cewki do akumulatora  wymaga obwodu o bardzo dużej dobroci (małych stratach) co jest jednak trudno uzyskać w warunkach polowych. Może więc facet ma rację opisując całkiem inny układ zbudowany na kondensatorach i w jego opinii znacznie skuteczniejszy.
Idea pomysłu jest dziecinnie prosta

 Ładujemy kondensator napięciem zbliżonym do tego jakie generuje dławik we wcześniejszym układzie (40 - 50V) i rozładowujemy go udarowo kluczem tranzystorowym. Efekt z fizycznego punktu widzenia powinien być podobny ale sposób implementacji o niebo prostszy. I dodatkowo ładujemy akumulator naprawiając go jednocześnie. W układzie z dławikiem podczas strzelania impulsami też następowało ładowanie akumulatora ale więcej energii było pobierane podczas ładowania cewki energią. Więc bilans energii jest ujemny.

Do ustalenia pozostaje  pojemność kondensatora jaki należy zastosować by uzyskać efekt nie gorszy niż przy "kopaniu" dławikiem.

Spróbujmy policzyć - to tylko szacunki z dokładnością rzędu wielkości:

zastosowane dławiki mają parametry
L1 = 22uH  R1 = 0,1 om         stała czasowa L/R = 2 ms
L2 = 1000uH  R2 = 0,55 om   stała czasowa L/R = 2 ms

Dla ułatwienia przyjmijmy generator pracujący z częstotliwością 1 kHz i wypełnieniem 5%
To daje nam czas ładowania indukcyjności 50 uS. Maksymalny prąd jaki mógłby się pojawić się w układzie cewek w stanie ustalonym to ok 300 A (15 V/0,6 om) Gdyby włączyć cewki na stałe do prądu. Oczywiście wyparowały by one bardzo szybko razem z tranzystorem. Ale łądują się tylko przez 50 uS. Stała czasowa mówi nam o czasie jaki potrzeba by prąd w cewce (i napięcie kondensatorze) wzrósł do 63% wartości ustalonej. A więc prąd jaki popłynie po 50 uS ładowania cewki wyniesie
I = 300 A x 50/2000 = maksymalnie 7,5 A - załóżmy 10 A (cewki z AVT są 5 A ale powinny wytrzymać w impulsie 10 A)

Energia zgromadzona w cewce przy prądzie 10 A wynosi
E = L x I x I / 2 =  220uH x 10 x 10 /2 = 0,022 J

TYLKO 22  mJ !!!!!

Zobaczmy jakiej wielkości kondensator jest potrzebny by zgromadzić podobną energię do strzału.
Kondensator ładujemy do napięcia 50 V.

Energia zgromadzona w kondensatorze naładowanym do 50 V to
E = C x U x U / 2    więc  C = 2 x E / U x U  = 2 x 0,022 / 50 x 50 = 17,5 uF TYLKO !!!!

Mam nadzieję, ze bracia Czesi nie pomagali mi w tych obliczeniach i są one w miarę poprawne.

Nawet uwzględniając tylko częściową przydatność szpilki prądu (tej o największej amplitudzie początkowej) wypływającej z kondensatora do spowodowani procesu odsiarczania to nie ma żadnego problemu by pojemność kondensatora zwiększyć 10 a nawet 100 krotnie i to to przy nieporównywanie łatwiejszej technologii generacji wstrząsów aplikowanych naprawianemu akumulatorowi.
By uzyskać szpilki prądu potrzebne do wstrząsania akumulatorem kondensatory muszą być rozładowywane w obwodzie o możliwie najmniejszych rezystancjach szeregowych (krótkie grube kable połączeniowe, bardzo dobry styk na klemach akumulatora). Ale dodatkowo kondensator musi być specjalny tzw. LOW ESR czyli o niskiej impedancji - takie jak w sprzęcie dla audiofilów.

Nie bardzo więc rozumiem potrzebę takiego schematu (znalezionego w sieci) urządzenia opartego na strzelaniu w akumulator naładowanym kondensatorem


Moim zdaniem uwagi kolegi z elektroda.pl o drastycznym zmniejszeniu pojemności do 1000 uF i zastosowaniu tylko jednego MOSFETa wydają się ze wszech miar racjonalne.
 
A więc ostatecznie pomysł jest taki
- łączymy prostownik i desulfator w jedno urządzenie sterowane przez NANO
- wszystkie odczyty i ewentualne nastawy urządzenia - telefonem (BLYNK + ESP)
- urządzenie  ma trzy mody pracy
     - prostownik z zadawanym prądem ładowania i odczytem online parametrów ładowania
     - desulfator z zadawanymi parametrami pracy (dł impulsu, powtarzania impulsów, czas naprawy.
     - prostownik + desulfator - w tym samy czasie następuje ładowanie i naprawa.
     - dodatkowo pomiar temperatury (otoczenia lub akumulatora - zobaczymy co wyjdzie w praniu) i uwzględnienie tego przy doborze parametrów ładowania/naprawy

Przy takim założeniu trzeba będzie niestety zmodyfikować schemat prostownika.  Na wyjściu prostownika pojawią się impulsy napięcia z desulfatora przewyższające wartością napięcie zasilające prostownika a to oznacza że szpilki te popłyną i do akumulatora i w stronę mostka zasilającego prostownik. Dlaczego? - bo po drodze mamy MOSFET P.

Oznaczenie tranzystora typu MOSFET  P a obok jego rzeczywisty schemat wewnętrzny






Istniejąca dioda pomiędzy D i S pięknie przepuści szpilki napięcia z wyjścia na wejście prostownika. Rozwiązaniem jest dodanie diody lub szeregowe połączonych dwu MOSFETów.
Układ z diodą powoduje kolejny spadek napięcia o 0,7V i straty mocy do 7 W więc lepsze jest rozwiązanie z dwoma MOSFETami. Ale ja układ testowy już zacząłem składać więc na razie dodam tylko diodę.




I tak niepozorny projekcik zaczyna niepokojąco szybko się rozrastać.

Zobaczymy co przyniesie cd .............