Transformador para carregador de bateria

Ferocactus · 24 de janeiro de 2015

Olá, pessoal!

Estou montando um carregador de bateria chumbo ácido e preciso escolher um transformador para a fonte.

Configurei o circuito pra fazer a carga inicial da bateria a 3 amperes. O transformador que eu penso em comprar tem secundário de 18 volts (sem aquela derivação central, portanto vai ser retificado por uma ponte de 4 diodos).

Mas aí surgiu a dúvida quanto a corrente: se o circuito precisa de 3A DC, um trafo com secundário de 3 amperes é suficiente, ou eu tenho que comprar um transformador com uma margem de folga? Existe um cálculo aproximado que eu possa fazer nesse caso?

Obrigado pela atenção!

albert_emule · 24 de janeiro de 2015

Me parece que existe aí um problema de fator de potência, pois certamente você irá usar um retificador ponte completa e tal, com filtro a capacitor. O problema é que este tipo de retificador tem fator de potência de 0,6, que é provocado pelo fator de forma:

Esta corrente neste minusculos pedaço da senoide é muitas vezes maior do que 3A. Isso porque o capacitor só se carrega neste pequeno intervalo da onda, e tem que manter a carga alimentada (Bateria) durante todo o resto do tempo.

Na prática tem um calculo que se faz:

Seu trafo é de 36W pois terá que ser capaz de entregar 18V em 3A

Sabendo que o fator de potência é 0,6, basta dividir a potência (36 watts) pelos 0,6.

O trafo deverá ter capacidade para 60Va (Diferente de 60W). Isso só é válido em regime contínuo. Ou seja: Se o trafo tiver que operar por várias horas em 3A por 18V.

Como a corrente naquele pequeno intervalo da senoide é muito mais alta, acaba que o trafo aquece muito mais por perdas em calor na resistência dos fios da bobina.

Giovanny dos Santos · 24 de janeiro de 2015

Cara, eu tenho uma fonte aqui em casa, bem simples. Fiz ela com transformador de NoBreak. Outro que é bem mais potente, usei um transformador que achei na sucata, não sei em quê ele é usado, mas é enorme. circuito é bem simples, só usei diodos e capacitores. Nunca medi a corrente dela, mas com certeza é mais de 10 amperes.

faller · 24 de janeiro de 2015

Cara, eu tenho uma fonte aqui em casa, bem simples. Fiz ela com transformador de NoBreak. Outro que é bem mais potente, usei um transformador que achei na sucata, não sei em quê ele é usado, mas é enorme. circuito é bem simples, só usei diodos e capacitores. Nunca medi a corrente dela, mas com certeza é mais de 10 amperes.

Na mesma linha de raciocínio e pratica do colega Giovanny, veja ai o resultado do aproveitamento de uma fonte de um no-break desativado..

http://forum.clubedohardware.com.br/fonte-alimentacao-ajustavel/963006?p=5182322#post5182322

Ferocactus · 24 de janeiro de 2015

Obrigado a todos que responderam!

Infelizmente no meu caso, aproveitar um transformador usado não vai dar.

A minha dúvida é basicamente se posso usar um trafo de 18V 5A, retificado por uma ponte de diodos 6A8 (diodo retificador 6 amperes) para conseguir uma fonte DC de cerca de 14,5 volts @ 3 amperes.

O colega albert_emule citou o fator de potência 0,6. Eu realmente não entendo nada deste assunto, mas já vi um texto em inglês falando algo como "a corrente DC obtida de um trafo é equivalente a corrente do secundário multiplicada por 0,62".

Nesse caso, para conseguir os 3 amperes que eu preciso, teria que comprar um trafo de 5A, pois 5 x 0,62 = 3,1.

Essa linha de raciocínio tá correta?

Mais uma vez, obrigado a todos pela atenção e paciência!

.if · 25 de janeiro de 2015

se me permitir uma visão prática da coisa...

-sim use um trafo de 5A pra fornecer seus 3A.

-Sim o diodo deve ser capaz de suportar o dobro de corrente.

-bateria pb é parruda. Eu (eu) nem colocaria capacitor

-18V é muito. Vai fazer o trafo esquentar e pode zoar sua bateria (caso não tenha controle de tensão). Sugiro 13..15V max. e deixar carregando 3H ou menos no máximo.

-uma opção é usar até mesmo um timer

-Um zener e um led pode indicar bateria carregada.

-abç

MOR_AL · 25 de janeiro de 2015

Bom.

Seu consumo será uma tensão CC e uma corrente pulsante CC. Logo, a potência será a integral em um ciclo, da tensão multiplicada pela função da corrente. O resultado da integral tem que ser dividido pelo período deste ciclo. Isso é conhecido como o valor médio de uma função. Esta será a potência consumida pela fonte, que é a absorvida pela bateria.

O trafo vai fornecer uma tensão CA e uma corrente CA no secundário.

Para se calcular a potência no trafo, tem-se que calcular o valor RMS (valor médio quadrático). Isso porque tem componentes de tensão e corrente positivos e negativos com amplitudes iguais. Se usássemos o valor médio, encontraríamos ZERO WATTS.

Uma vez tendo as duas funções; o resultado da integral e do valor RMS, tem-se que igualar ambas, já que o que o secundário do trafo envia a potência para a carga (desprezando a queda nos diodos). Caso não deseje desprezar a queda nos diodos, seu consumo de potência tem que ser incluído na primeira integral.

Para encurtar a história.

Estes cálculos são um pouco chatos, mas sempre aparecem nos projetos. Aí alguns caras acabaram calculando essa bagaça... E mais ainda, consideraram que alguém precisaria conhecer estes valores para fazer os seus projetos. Daí surgiram uns gráficos que faz essa relação e facilita a vida da gente. Ele considera a corrente média que o diodo tem que aguentar, O valor do capacitor de filtro (que no seu caso pode ser a própria bateria), etc.

Tem que procurar no tio Google e nos manuais de diodos retificadores de potência.

Sei que não respondi a sua pergunta, mas do jeito que ela foi feita, percebi que esta explicação seria interessante para você.

Em tempo:

Fiz um carregador de baterias simples, que desligava o carregamento da bateria quando a sua tensão alcançasse um determinado valor.

Não é o ideal, mas funcionava perfeitamente.

Não coloquei capacitores de filtro porque a bateria fazia este papel. Coloquei um resistor de fio de níquel cromo entre os diodos e a bateria, para dissipar o excesso de potência, já que a tensão retificada era superior a da bateria. Aliás é sempre assim. Com esse resistor tanto a bateria como o trafo e os diodos são poupados.

MOR_AL

Ferocactus · 25 de janeiro de 2015

Obrigado pela ajuda, Isadora e MOR!

O carregador que estou montando vai ter um CI próprio para controlar a carga de baterias chumbo ácido. Ele controla a corrente que carrega a bateria usando um resistor e um transistor de potência. No meu caso, ajustei essa corrente para 3 amperes.

Á medida que a bateria carrega, o CI monitora a tensão nos terminais da bateria e também a quantidade de corrente que ela aceita. Quando a bateria está carregada, a corrente pára de fluir (ou diminui a um nível mínimo) e o integrado mantém uma tensão de flutuação estável (que eu configurei para 13,8 volts).

O esforço agora está concentrado em fazer a fonte que vai alimentar tudo isso. Como o integrado regula a tensão e a corrente sobre a bateria, a tensão de entrada no circuito precisa ser mais alta que a tensão regulada que chega até a bateria, por isso escolhi um trafo de 18 volts.

Giovanny dos Santos · 25 de janeiro de 2015

Obrigado pela ajuda, Isadora e MOR!

O carregador que estou montando vai ter um CI próprio para controlar a carga de baterias chumbo ácido. Ele controla a corrente que carrega a bateria usando um resistor e um transistor de potência. No meu caso, ajustei essa corrente para 3 amperes.

Á medida que a bateria carrega, o CI monitora a tensão nos terminais da bateria e também a quantidade de corrente que ela aceita. Quando a bateria está carregada, a corrente pára de fluir (ou diminui a um nível mínimo) e o integrado mantém uma tensão de flutuação estável (que eu configurei para 13,8 volts).

O esforço agora está concentrado em fazer a fonte que vai alimentar tudo isso. Como o integrado regula a tensão e a corrente sobre a bateria, a tensão de entrada no circuito precisa ser mais alta que a tensão regulada que chega até a bateria, por isso escolhi um trafo de 18 volts.

Cara, você pode usar o transformador dessa forma e limita-lo com resistores e outros artifícios sem nenhum problema maior, aquecimentos podem acontecer, então você pode fazer como eu fiz em uma fonte para baterias automotivas, ponha um cooler de computador nele. Mas, em tese, apenas um transformador, um banco de capacitores e um conjunto de diodos ja forma uma bela (e potente) fonte e carregador de baterias, o problema é a segurança. Você pode criar um desligamento automatico por relés, ou até mesmo por um tiristor ou disjuntor, como aqueles que tem nos aviões. Acho que é fácil encontra-los em lojas de eletrônica.

O disjuntor que falei é esse da imagem. Quando pressionado a corrente passa, quando a tensão da bateria for igual ou maior que a da fonte ele vai disparar e "saltar". Você pode anexar também um LED para indicar a carga completa. Você pode ligar o LED em série ou em paralelo, daí vai a seu critério. Lembrando que se ligar em série você vai perder tensão (tensão). E se ligar em paralelo, vai perder corrente (corrente).

Se tiver maiores dúvidas sobre esse circuito, só chamar aqui novamente. Marca meu nome.

E aproveitando a oportunidade, gostaria de dizer que estou muito feliz em "revê-lo", @faller . Acho que não lembra de mim, mas ja resolveu grandes problemas meus, tenho boas lembranças tuas.

Abraço a todos!

Ferocactus · 25 de janeiro de 2015

Valeu pela sugestão, Giovanny, mas por equanto, tenho que seguir com o projeto atual mesmo, que usa o controlador de carga UC3906. Esse controlador gerencia a potência que é entregue à bateria, de forma que quando a bateria está carregada, ele se encarrega de mantê-la nesse estado, mas sem nenhum risco de sobrecarregar nem superaquecer nada.

albert_emule · 25 de janeiro de 2015

Uma dica:

Circuitos assim eu costumo simular no LTspice.

Isso me livra dos cálculos de engenharia.

Para resolver este caso eu colocaria lá no simulador uma fonte AC de 18Vac, retificador full bridge e capacitância para filtragem.

Colocaria também uma carga resistiva, simulando a bateria.

Na simulação eu ainda posso acrescentar uma resistência série com a fonte AC, para simular a resistência da bobina secundária do trafo, e mesmo uma indutância para simular a indutância de dispersão do trafo. Mas isso só numa simulação mais criteriosa.

No final eu simularia e iria verificar as correntes RMS e correntes de pico.

Dá para escolher o trafo com precisão com base nestas análises.

Ferocactus · 25 de janeiro de 2015

Muito obrigado, albert_emule!

Vou seguir sua sugestão. Já ouvi falar desse programa várias vezes, mas nunca testei. Acho que agora é uma boa oportunidade.

Uma dica:

Circuitos assim eu costumo simular no LTspice.

Isso me livra dos cálculos de engenharia.

Giovanny dos Santos · 25 de janeiro de 2015

Então, @Ferocactus . Você pode fazer como lhe disse, usar esse transformador e um pequeno circuito para adequa-lo ao resto do esquema. Se postasse teu esquema, talvez eu pudesse te ajudar melhor.

Abraço!

albert_emule · 25 de janeiro de 2015

@Ferocactus

Já estou fazendo algumas simulações:

Uma fonte AC de 18V RMS, o pico da senoide bate lá em 25.38V. Então eu escolhi no simulador uma fonte AC com amplitude de 25.38V.

Usei retificadores MBR1635 de 35V por 16A

Capacitor de 3300uF

Carga resistiva de 7.1R que confere 3A na saída retificada e filtrada.

Quando simulo a fonte AC sem nenhuma resistência série e sem nenhuma indutância série (que na vida real o transformador teria), a corrente de pico bate em incríveis 21 amperes na entrada dos retificadores.

No entanto o LTspice mostra que a corrente RMS é de 6.71 amperes.

Ao adicionar 4mH de indutância em série, simulando aí uma possível indutância de dispersão do trafo na vida real, a corrente pico já cai para 5,8A.

Daí o LTspice mostra que a corrente RMS (Com indutor de 4mH) de 3.26 amperes.

A forma de onda que antes tinha aparência com agulhas, com indutor se torna mais arredondada.

Ao que parece o indutor corrige o fator de potência.

Já vi muito destes indutores em no-breaks de alta potência por exemplo. Mas eles são colocados na saída do retificador, antes do capacitor.

Para uma simulação precisa, você deve pesquisar qual a resistência série que a bobina do trafo que você vai usar tem.

Também deve saber qual a indutância de dispersão que o trafo apresenta.

A indutância de dispersão é vista da seguinte forma:

Com o trafo desenergizado você fecha um curto circuito na bobina secundária, daí mede a indutância da bobina primária. A indutância que ele apresentar é a indutância de dispersão. É sempre bom usar uma ponte de indutância para fazer esta leitura, não um indutimetro.

Se o trafo for de um fabricante tal como tecnotrafo, eles deverão lhe fornecer todos os dados.

Vejam as simulações:

victhor393 · 25 de janeiro de 2015

Só um adendo, no LTSpice eu costumo usar um capacitor para simular a bateria, como nos circuitos de exemplo. Só que esse CI da TI não tem no LTSpice, eu acho que sequer tem no TINA-TI deles...

O UC3906 parece ser uma boa escolha, mas o transistor vai esquentar, já que o UC3906 é um carregador linear.

albert_emule · 26 de janeiro de 2015

Olá @Ferocactus.

Conseguiu resolver o problema com o transformador?

Ferocactus · 26 de janeiro de 2015

Albert, Victhor e Giovanny, mais uma vez, obrigado pela ajuda que estão dando!

Albert, eu nem tive muito tempo de ontem pra hoje, mas enfim, vou providenciar o trafo de 5 amperes mesmo, fazer uns testes na prática e ver no que dá.