Ș.l. dr. ing. CONSTANTINESCU LUMINIȚA [310451]

[anonimizat]:

Ș.l. dr. ing. CONSTANTINESCU LUMINIȚA

As. drd. ing. ENACHE BOGDAN

ABSOLVENT: [anonimizat], 2014

CUPRINS

CAPITOLUL 1. [anonimizat]

1.1 Baterii de acumulatoare acide[1]

O [anonimizat], scufundați într-o soluție de electrolit. Cei doi electrozi sunt separați între ei prin intermediul unui separator. Separatorul care delimitează mecanic electrozii are rolul de a [anonimizat].

Anodul (electrodul negativ), reprezintă electrodul care furnizează electroni în circuitul exterior și la care se produce reacția de oxidare în timpul descărcării.

Catodul (electrodul pozitiv) este electrodul care acceptă electroni din circuitul exterior și la care se produce reacția de reducere în timpul descărcării.

[anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat]. Reacțiile redox (oxidare – reducere) [anonimizat].

O baterie de acumulatoare reprezintă o [anonimizat]: [anonimizat] a [anonimizat].

Din punct de vedere constructiv există două tipuri de baterii de acumulatoare: deschise și etanșe (capsulate).

[anonimizat] “deschisă”

Pentru acest tip de baterie celula nu este închisă. [anonimizat], [anonimizat]. Ea necesită întreținere și control al nivelului electrolitului pentru a nu se micșora durata de viață. [anonimizat], trebuie să fie amplasată într-o [anonimizat]-un amestec de hidrogen și oxigen care poate exploda.

Construcția bateriei acide:

Structura elementară a bateriei acide este celula, o baterie de 12 V având 6 celule.

[anonimizat], un element și electrolit.

Vasul unei celule (1) este de fapt un compartiment al întregului vas al bateriei (2), obținut prin compartimentarea acestuia cu ajutorul pereților despărțitori. Este realizat din polipropilenă.

[anonimizat], sunt prevăzute nervurile (4) pe care se așează electrozii (sub formă de placă), distanțându-se astfel de fundul vasului. [anonimizat]-se scurtcircuitarea plăcilor.

[anonimizat] (5), prevăzut cu bușoane de umplere (3), prin care trec bornele exterioare ale bateriei.

Elementul este un ansamblu al celulei format din electrozi și separatoare.

[anonimizat]-se electrozi pozitivi și electrozi negativi.

O [anonimizat], având grosimea de cca 1 mm (figura.1.2). O baterie auto standard are grătarul pozitiv de 1,52 mm și cel negativ de 1,4 mm.

Grătarul este executat din Pb la care se adaugă materiale pentru ușurarea procesului de turnare. Acesta poate fi antimoniu sau calciu pentru baterii cu întreținere redusă.

Grătarul asigură forma plăcii, rezistența mecanică a plăcii, fiind suport pentru materia activă și calea de curent spre și de la materia activă a plăcii.

Materia activă este substanța care întreține fenomenele electrochimice la încărcare și totodata la descărcare. Ea poate rezulta direct din metalul suportului, sau se poate prepara sub formă de pastă și se poate aplica pe suport. În cazul acumulatoarelor auto plăcile electrod sunt de tipul pastat.

Ambele plăci, pozitive și negative, au la bază același material activ, dar la cele negative se adaugă combinații de sulfat de bariu, cărbune sau litiu, pentru creșterea performanțelor la temperaturi reduse prin prevenirea tasării plumbului spongios (ceea ce devine substanța activă a acestei plăci, după formare). Masa activă pentru electrodul pozitiv devine, după același proces de formare, dioxid de plumb (peroxidul de Pb, sau dioxidul de Pb, PbO2).

Formarea reprezintă procesul de încărcare a bateriei pentru prima dată. În acest proces electrochimic se schimbă pasta de oxid de Pb din grătarul plăcii pozitive în PbO2 la placa pozitivă și în Pb spongios la placa negativă. Formarea se face prin introducerea plăcilor într-o soluție slabă de acid sulfuric și la aplicarea unui curent mic, placa pozitivă devine de culoare cafenie, iar placa negativă de culoare cenușie.

Separatoarele au rolul de a izola plăcile pozitive față de plăcile negative, pentru evitarea scurtcircuitului. Separatoarele sunt plăci subțiri, poroase, izolatoare, confecționate din diferite materiale, cum ar fi de exemplu, polipropilena poroasă. Porii permit trecerea curentului ionic din electrolit între plăcile pozitive și negative.

Caracteristicile importante ale separatoarelor sunt: suprafața uniformă plată, rezistența la oxidare, porozitatea, dimensiunea și distribuția porilor, capacitatea de umidificare și o bună difuzie a acidului.

Fața separatorului așezată spre placa pozitivă trebuie să realizeze: o suprafață mai mică de contact, spații mărite cu H2SO4, activarea circulației acidului, condiții pentru ridicarea la suprafața electrolitului a oricărei bule de gaz produsă.

Separatoarele se intercalează normal între plăcile electrod sau se pliază în jurul plăcii inferioare a electrodului, capsulând o față a acestuia.

Construirea unui element constă în asamblarea plăcilor (+), a separatoarelor și a plăcilor (-), într-un pachet (figura.1.3).

Un element conține 5 14 plăci de același fel, acestea sunt conectate pe la partea superioară (prin sudare) cu ajutorul unor barete, prevăzute cu borne pentru înserierea cu elementul vecin (figura.1.3 și figura. 1.4). Borna (+) a unui element se conectează cu borna (-) a elementului următor ș.a.m.d. Tensiunea pentru un element este de 2 V astfel că o baterie de 12 V va avea 6 celule (elemente).

Există un element pe celulă. Creșterea numărului de plăci și a suprafeței acestora conduce la creșterea valorii curentului pe care bateria poate să-l debiteze, sau, la același curent debitat, scade căderea de tensiune interioară.

Electrolitul este o soluție de acid sulfuric (H2SO4) cu apă distilată (H2O), la o densitate care diferă în funcție de zona geografică. Cele mai multe baterii utilizate în zona noastră au densitatea cuprinsă între 1,25-1,29 g/cm3 pentru bateria complet încărcată. Pentru zonele tropicale (unde apa nu îngheață niciodată) densitatea variază între 1,21-1,23 g/cm3. Densitatea micșorată a acidului în zonele calde prelungește viața bateriei, electrolitul mai slab deteriorează mai puțin separatoarele și plăcile decât un acid mai concentrat.

Reacțiile potențial active la cei doi electrozi sunt următoarele:

(+): PbO2 + 3H+ +HSO4- + 2e- ↔ PbSO4 + 2H2O (1.1)

(-): Pb + HSO4- ↔ PbSO4 + 2e- + H+

_____________________________________

PbO2 + Pb + 2H2SO4 ↔ 2PbSO4 + 2 H2O

Principiul de funcționare al bateriei plumb-acid sulfuric este prezentat în figura.1.5.

1.2 Caracteristicile acumulatoarelor[1]

Caracteristicile acumulatorului sunt exprimate prin capacitate C[Ah], putere P[W], energia acumulată W[Wh], densitatea de energie w(Wh/kg), densitatea de putere pS(W/kg), randamentul la încărcare, tensiunea medie la borne (V), curentul maxim de descărcare (A), compoziția electrolitului, tensiunea limită de descărcare (V), autodescărcarea, durata de viață, timpul de răspuns.

Capacitatea reprezintă cantitatea totală de electricitate exprimată în Ah disponibilă într-o baterie (acumulator) complet încărcată.

Densitatea de energie este raportul dintre energia disponibilă în acumulator și volumul acestuia (Wh/l).

Energia specifică a acumulatorului este raportul dintre energia disponibilă și masa acestuia (Wh/kg). Energia este determinată de sarcina care poate fi stocată în acumulator.

Puterea acumulatorului este dată de produsul dintre tensiunea și curentul de descărcare:

[W] (1.2)

Puterea poate fi calculată și ca energie furnizată de acumulator în unitatea de timp :

[W] (1.3) Densitatea de putere (putere specifică) reprezintă raportul dintre puterea disponibilă a acumulatorului și volumul său (W/l). Puterea specifică de obicei se referă la raportul dintre puterea acumulatorului și masa acestuia (W/kg). Puterea acumulatorului este strâns legată de viteza cu care acesta se descarcă.

Tensiunea acumulatorului se referă de obicei la tensiunea acestuia la descărcare. Tensiunea nominală se referă la valoarea tensiunii acumulatorului calculată conform reacțiilor electromotric active de la cei doi electrozi. Tensiunea maxim admisibilă a acumulatorului se referă la tensiunea maxim admisă la bornele acumulatorului în timpul procesului de încărcare, stabilită astfel încât procesul de încărcare să nu afecteze acumulatorul. Tensiunea minimă admisibilă la bornele acumulatorului se referă la tensiunea minim admisă în decursul procesului de descărcare.

Autodescărcarea reprezintă pierderea de capacitate a acumulatorului care apare în urma stocării lui pe perioade mai lungi de timp. Autodescărcarea variază cu tipul acumulatorului, tehnologia de fabricație, temperatura la care se face stocarea și durata stocării. În figura 1.6 sunt prezentate curbe specifice de autodescărcare la diferite temperaturi pentru un acumulator plumb-acid sulfuric.

Timpul de răspuns reprezintă viteza cu care este furnizată energia de către baterie. În unele aplicații, așa cum sunt vehiculele, acesta este un parametru foarte important în alegerea tipului de baterie. Unul dintre avantajele acumulatorului plumb-acid sulfuric este și faptul că acesta nu are nevoie de timp pentru a debita putere.

Durata de viață: Acumulatoarele primare sunt proiectate pentru a suporta numai o descărcare, pe când cele secundare sunt proiectate pentru a realiza un număr de ani sau de cicluri de viață într-un anumit regim de funcționare. În cazul acumulatorului reîncărcabil este esențial ca ciclul de descărcare/reîncărcare să refacă materia activă de la electrozi în forma și structura potrivită care să permită realizarea și a altor cicluri de funcționare. Numărul de cicluri de viață care pot fi atinse în funcționarea unui acumulator depinde în mod deosebit de temperatura de lucru și de adâncimea de descărcare a fiecărui ciclu de funcționare, descărcarea profundă a acumulatorului ducând în unele cazuri (în special la acumulatorul plumb-acid sulfuric) la degradarea electrozilor. În figura 1.7 este prezentată variația duratei de viață a unui acumulator plumb-acid sulfuric în funcție de temperatura de lucru.

Curba de descărcare este curba ce reprezintă variația tensiunii la bornele bateriei (elementului de acumulator) în timpul procesului de descărcare, la temperatură constantă și sub un curent de descărcare (viteza de descărcare) constant în timp.

În figura 1.8 sunt reprezentate un set de curbe de descărcare pentru un element de acumulator de tip plumb-acid sulfuric, specifice pentru diferite viteze de descărcare. Viteza de descărcare este reprezentată ca fracțiuni din capacitatea nominală a acumulatorului.

Reacția de descărcare este spontană și se desfășoară atunci când acumulatorul este solicitat să livreze putere. Reacția de reîncărcare, având afinitate chimică negativă (ΔG > 0), trebuie suportată energetic folosind o sursă de curent continuu. Gradul de valorificare a sarcinii înmagazinate la încărcare se exprimă prin randamentul de încărcare care poate fi formulat astfel:

[%] (1.4)

în care:

ηi reprezintă randamentul la încărcare

td și ti – durata de descărcare, respectiv de încărcare folosind aceeași intensitate de curent.

Dacă intensitatea curentului de descărcare (Id) nu este aceeași cu intensitatea curentului folosită la reîncărcare (Ii), randamentul se calculează astfel:

[%] (1.5)

Acest randament reprezintă randamentul faradic (raportul dintre numărul de Ah descărcați și numărul de Ah încărcați care poate fi simbolizat și astfel:

Valoarea inversă a acestui raport reprezintă factorul de încărcare.

Randamentul energetic reprezintă produsul dintre randamentul faradic și raportul adimensional de tensiune. Această tensiune este determinată de viteza de încărcare și de descărcare și de cinetica de electrod a sistemului electrochimic care stă la baza acumulatorului.

Randamentul energetic este definit astfel:

(1.6)

Randamentul faradic poate fi mai mare sau mai mic, în funcție de viteza de descărcare mai mică sau mai mare, depinzând de procesul care duce la pierderea coulombică. Dacă această pierdere se datorează unei reacții secundare care se declanșează atunci când tensiunea acumulatorului atinge o anumită valoare (de exemplu așa cum este cazul declanșării reacției de electroliză a apei în acumulatorul plumb-acid sulfuric), atunci încărcarea cu viteză de încărcare mai redusă duce la obținerea unui randament la încărcare mai ridicat.

Randamentul energetic depinde de randamentul faradic al proceselor de electrod și de supratensiunea implicată în reacțiile de încărcare și de descărcare, precum și de rezistența internă a acumulatorului. De asemenea, acest randament depinde, dar în mai mică măsură, și de viteza de încărcare și de descărcare.

Rezistența internă are o semnificație mai ușor de înțeles după ce s-au făcut precizări asupra construcției bateriei. Pornind de la borna (-) aceasta face corp comun cu o punte de grupare, apoi se pătrunde în grătarul cu substanță activă, se ajunge la interfața placă-electrolit, prin separator se străbate electrolitul, ajungând la interfața electrolit-placă pozitivă și iarăși substanța activă și grătarul, dar de la placa , apoi prin puntea de grupare a plăcilor și prin cea de legătură la borna (-) a celulei următoare ș.a.m.d. până la borna de ieșire a bateriei. Tot acest traseu opune rezistență la trecerea sarcinilor electrice și determină rezistența internă.

Contribuția fiecărei porțiuni la rezistența internă poate fi rezumată astfel:

rezistența parțială a plăcilor (18 – 35 % );

rezistența separatoarelor (18 22 %);

rezistența electrolitului (47-60 %);

rezistența punților de grupare și a punților dintre elemente cu o contribuție mai redusă.

Se va include în rezistența internă și rezistența introdusă de fenomenul de polarizație. Aceasta constă în modificarea valorii potențialelor de electrod cauzată de variația concentrației substanțelor ce participă la reacții și care contribuie la pierderi de tensiune în interior.

Rezistența internă reprezintă un parametru fundamental pentru acumulatoarele auto. Rezistența internă depinde de mai multi factori:

numărul plăcilor, scăzând cu creșterea numărului acestora;

starea de încărcare a bateriei, la descărcarea bateriei se formează, așa cum s-a văzut, PbSO4, care este o substanță rău conducătoare de electricitate și care mărește ; cu creșterea stării de descărcare crește și ;

temperatura electrolitului; odata cu scăderea temperaturii crește vâscozitatea electrolitului, rezuta ca reacțiile chimice sunt mai lente și crește;

vârsta bateriei: odata cu îmbătrânirea crește cantitatea de PbSO4 și implicit , deci apare un moment când bateria, datorită creșterii ri, să nu mai fie capabilă să antreneze motorul de pornire și mai ales pe timpul rece.

Prin urmare schema electrică echivalentă a montajului prezentat va fi ca în figura 1.9:

Ecuația circuitului, cu K închis va fi:

(1.7)

Variația tensiunilor și a densității electrolitului la descărcare cu Id = constant este prezentată în continuare:

La , cu , și corespunde valorii de 2,12V/element. Cu , dacă considerăm relația teoretică de legătură dintre și , atunci va înregistra, în timp, o scădere liniară de la 2,12V/element până la 1,96V/element, când se va opri descărcarea.

În același interval de timp, scade rapid de la valoarea 2,12 V/element la 1,95-2V/element, apoi lent până la 1,8V/element valoare în jurul căreia se produce o curbură pronunțată a diagramei, Ub scăzând rapid la zero. La 1,8 (1,75)V/element se oprește descărcarea.

În toată perioada descărcării, ρ scade liniar de la valoarea inițială, considerată 1,28 g/cm3 pentru relația dată, la 1,12 g/cm3.

Variația tensiunii Ub în timp depinde de mărimea curentului de descărcare. Cu cât este mai mare cu atât Ub scade mai rapid. De altfel, și valoarea la care trebuie oprită descărcarea, pentru a se asigura reversibilitatea fenomenelor, depinde de (figura. 1.11).

La curenți de descărcare mai mari este antrenată o cantitate de substanță activă mai mică, descărcarea este mai superficială, se poate merge până la Ub = 1,2 V/element în cazul unor curenți de descărcare foarte ridicați.

La descărcarea cu Id mici și în timp îndelungat (ex. 20h) sulfatarea este în profunzime, aceasta conducând la epuizarea substanței active. Oprirea descărcării trebuie să se facă la valori mult mai mari ale lui Ub. În figura 1.11 In înseamnă curentul nominal de descărcare.

Capacitatea bateriei reprezintă o carateristică foarte importantă a bateriei, se poate exprima în mai multe moduri și se determină după procedeul indicat de constructor.

Sub denumirea precisă de capacitatea bateriei se înțelege în cel mai general caz, cantitatea de electricitate restituită de către un acumulator încărcat, în anumite condiții. Ea se notează cu C și se calculează cu relația cea mai generală:

(1.8)

sau, pentru :

(1.9)

C se măsoară în amperi oră [Ah], deși nu reprezintă altceva decât sarcina electrică cedată de acumulator, la descărcare.

Observație. Se va putea defini o capacitate la descărcare (Cd) în care curentul este Id, iar durata este td și o capacitate de încărcare care va exprima sarcina electrică înmagazinată de acumulator în timpul de încărcare tî, când bateria a fost alimentată cu curentul Ii.

La bateriile auto de pornire una din mărimile caracteristice înscrisă pe carcasă este capacitatea bateriei, exprimată în Ah: este vorba de capacitatea nominală sau C20:

(1.10)

și reprezintă produsul dintre curentul maxim pe care poate să-l debiteze bateria (care se va numi curent nominal, In) și 20 de h, timp după care tensiunea bateriei nu trebuie să scadă sub 1,8(1,75)V/element adică 10,8(10,5)V pentru o baterie de 12V , la temperatura .

Este foarte importantă precizarea valorii curentului de descărcare și a tensiunii.

După cum s-a văzut, curentul Id are influență asupra cantităților de substanță antrenate și, implicit, va avea influență asupra capacității. Pentru un curent de descărcare se obține o capacitate Cx dată de relația:

(1.11)

.

Creșterea temperaturii conduce la creșterea capacității bateriei, reacțiile chimice sunt accelerate și electrolitul străbate porii separatoarelor mult mai ușor, în timp ce temperatura scăzută are efectul de scădere a capacității, deoarece reacțiile sunt mai lente (figura.1.12).

Se cunoaște că, în condiții de pornire la rece, vâscozitatea uleiului de ungere din motorul termic crește, calitatea amestecului se poate înrăutăți, iar condițiile de aprindere a amestecului devin mai dificile.

Parametrul pentru caracterizarea comportamentului la rece al bateriei este capacitatea la rece (cold cranking) exprimată în A, CCA.

CCA reprezintă curentul de descărcare pe care poate să-l suporte bateria, 30 de secunde, ca tensiunea să nu scadă sub 7,2V(1,2V/element) pentru o baterie de 12V, la temperatura de, după standardul SIA.

Mai jos se prezintă standardele:

SAE – Societate inginerilor de automobile (Society of Automobile Engineers);

BS – Standardul britanic (British Standards);

DIN – Standardul german.

Tabel.1[1]

Pe autovehicule se mai poate întâlni o situație: cea în care alternatorul nu mai funcționează și ne aflăm într-o cursă. Cât timp mai poate funcționa motorul termic ținând seama că acesta, și nu numai, este deservit de o serie de echipamente electrice care necesită o sursă de energie?

Parametrul care edifică această problemă se numește rezerva de capacitate (RC), exprimată în unități de timp (min).

RC se definește ca timpul de descărcare a unei baterii pentru un curent de 25A, la temperatura de până la 1,75V/element (10,5V pentru o baterie de 12V).

Capacitatea bateriei este aproximativ proporțională cu suprafața totală a plăcilor, de aceea numărul plăcilor este mare. Menținerea suprafeței acestor plăci, adică a capacității (și a ri), este legată de menținerea nivelului de electrolit și de sulfatarea plăcilor care, din nefericire, crește odată cu vârsta bateriei. Cu creșterea capacității bateriilor prin mărirea suprafeței plăcilor, va scădea și ri.

Randamentul bateriei

Așa cum s-a arătat, nu toată energia electrică înmagazinată la încărcare se poate obține la descărcare. De exemplu, dacă o baterie cu este încărcată cu timp de 10h este de așteptat ca, la descărcare, cu același curent A sfârșitul descărcării să se producă mai devreme de 10h, de exemplu în 8,6 ore. De aceea s-a indicat un curent de încărcare mai mare decât cel nominal rezultat din C20.

Evidențierea acestui aspect este făcută prin randamentul de sarcină:

(1.12)

Dacă se convine ca , atunci:

(1.13)

Dacă se convine ca și și ca , pentru ca , atunci:

(1.14)

randamentul energetic:

(1.15)

În timp ce ηQ este minim 84% ajungând până la 90%, randamentul energetic are valori cuprinse în intervalul 0,65-0,75. Folosirea reală a bateriei de acumulatoare este indicată de randamentul energetic, pentru că exploatarea se face în condițiile unei anumite tensiuni și acest randament ține seama de această mărire.

1.3 Studiul acumulatoarelor acide la încărcare[2]

Variația parametrilor (tensiune și densitate a electrolitului) bateriei la încărcare, presupune atingerea pragului de 1,8(1,75)V/el, astfel impune încărcarea imediată a bateriei de acumulatoare. Pentru acest lucru trebuie să se dispună de o sursă de tensiune superioară tensiunii maxime pe care o poate avea bateria la sfârșitul încărcării sau de o sursă de curent capabilă să mențină un curent constant pe perioada de încărcare.

Dacă luam cazul unei baterii de 12V, atunci sursa trebui să aibă o tensiune de circa 14,4V.

Presupunând că și procesul de încărcare va fi efectuat în condiții asemănătoare cu cel de descărcare, adică

Schema echivalentă electrică la încărcare va fi:

Ecuația corespunzătoare schemei de încărcare ne va da:

(1.16)

Variația tensiunilor Ub, E și a sunt prezentate în figura 1.15.

Inițial, bateria fiind complet descărcată, rezistența opusă curentului de încărcare este foarte redusă și tensiunea sursei (Ub) nu trebuie să fie foarte mare. Ea va trebui însă să crească treptat pentru a fi în stare să mențină , deoarece pe măsura încărcării bateriei, crește și E.

(1.17)

Așa se explică forma de variație a tensiunilor: E crește liniar de la valoarea de 1,96V/el până la 2,12V/el, în timp ce tensiunea Ub crește rapid de la 1,96V/element la 2-2,2V/element și apoi, lent, la 2,3/element, ca la sfârșitul încărcării Ub să poată atinge chiar 2,6-2,75V/element.

Densitatea înregistrează o variație liniară de la 1,12-1,28g/cm3.

Sfârșitul încărcării este recunoscut prin menținerea constantă a valorilor Ub, E și . Curentul absorbit servește la electroliza apei. Descompunerea apei în hidrogen și oxigen începe de la 2,3-2,4V/el, este deosebit de activă la sfârșitul încărcării și se manifestă printr-o agitare a electrolitului cu eliminarea de gaze.

În partea inferioară a figurii este desenat dreptunghiul cu laturile Iî și tî care determină o suprafață egală cu capacitatea de încărcare a bateriei:

[Ah] (1.18)

valoarea curentului de încărcare Iî fiind constantă. Valoarea capacității de încărcare nu este dată, dar din cauza randamentului se poate aprecia că este superioară capacității bateriei (de descărcare) dată de fabricant.

Curentul de încărcare

Se pune problema asupra valorii curentului de încărcare nominal sau a curentului de încărcare cu care se poate efectua operația de reîncărcare a bateriei.

Dacă dispunem de o sursă de tensiune, cu Umax=14,4V și dacă bateria este complet descărcată și se aplică întreaga tensiune de 14,4V nu rezultă un curent periculos de mare? Așadar, în acest caz este nevoie să existe informații asupra curentului Ii.

Curentul nominal de încărcare se află din C[Ah], valoare înscrisă pe corpul bateriei.

Ex.: reprezintă atât curentul nominal cu care se determină capacitatea bateriei (de descărcare), cât și curentul nominal de încărcare.

Așadar, teoretic, curentul de încărcare nominal va fi

(1.19)

Ținând seama de randament, vom folosi în practică un curent de încărcare obținut din relația Cî:

.

Ex.:

.

În practică, curentul de încărcare folosit este în limitele:

(1.20)

dacă nu este o situație de urgență, când se dorește o încărcare rapidă și când se poate folosi un curent mai mare.

Metode de încărcare

Încărcarea poate fi efectuată într-un regim normal sau într-un regim rapid. Ca metodă de încărcare se folosește fie încărcarea la fie la

În prima situație, la o încărcare normală curentul trebuie să fie egal, sau chiar mai mic de: .

La sfârșitul încărcării se produce o agitare a electrolitului, fiind emis hidrogenul și oxigenul. Dacă timp de o oră tensiunea la bornele bateriei rămâne constantă, încărcarea este finalizată.

Încărcarea cu tensiunea constantă presupune o sursă de tensiune constantă, care să poata furniza o tensiune în limitele maxime de 2,1-2,75V/el, pentru a putea fi folosită la o gamă mai mare de baterii.

Dacă bateria este complet descărcată, la începutul încărcării, se limitează valoarea lui Iî (de la ex. la ).

Metoda aceasta de încărcare are avantajul că la sfârșitul încărcării curentul de încărcare este redus, degajarea de gaze este, de asemenea, redusă. Se recunoaște sfârșitul încărcării după degajarea de gaze și după faptul că Iî = ct .

Încărcarea rapidă se face cu atenție și numai în cazuri extreme. Bateriile fără întreținere se încarcă la o sursă cu 14,4V=ct. Se oprește încărcarea când începe degajarea de gaze. Stabilizarea Iî indică sfârșitul încărcării. Valoarea curentului este stabilită de unele aparate de încărcat automat, care testează valoarea de încărcat și durata încărcării. În caz contrar se consultă un tabel ca cel de mai jos:

Tabel.2[1]

Deoarece temperatura nu trebuie să depășească 43o C, în una din cele două celule centrale de baterie se introduce un întrerupător termostat care va sista încărcarea.

Observații:

La sfârșitul încărcării bateriilor uzuale de 12V, tensiunea măsurată trebuie să fie de minimum 12,6V.

Nu încărcați rapid bateriile fără întreținere!

Factori care afectează încărcarea

Temperatura scăzută conduce la creșterea rezistenței de încărcare. Cu cât o baterie este mai puțin încărcată, cu atât conținutul de apă crește și pericolul de îngheț se mărește. În figura.1.16 se arată aproximativ punctele de îngheț ale electrolitului la diferite densități ale electrolitului.

O baterie încărcată poate fi depozitată la temperaturi scăzute fără probleme. Autodescărcarea este redusă la temperatură joasă.

O baterie înghețată va da un curent foarte scăzut, nu suferă o defectare permanentă, dacă carcasa nu se crapă, deși înghețarea nu presupune întotdeauna acest lucru, acidul nemărindu-și volumul în situația dată.

Completarea cu apă distilată fără efectuarea unui parcurs pe timp cu temperatură scăzută nu este permisă.

Starea de încărcare (SOC). Bateriile puternic descărcate sunt greu de încărcat din cauza stratului de PbSO4 care nu este ușor convertit în substanța activă și care conduce la distrugerea bateriei. În cazurile sulfatării reduse, încărcarea cu un curent redus pe o perioadă îndelungată poate reface bateria.

În cazul unei baterii sulfatate, la încărcare, tensiunea la borne crește rapid, în timp ce la o baterie normală creșterea tensiunii la borne este lentă.

În măsura în care este anulată sulfatarea, tensiunea scade și crește lent pe măsură ce modificările chimice au loc asociate cu încărcarea care se efectuează.

La descărcarea normală se formează cristale fine de PbSO4 pe plăcile bateriei și prin încărcare acestea sunt convertite în substanță activă.

CAPITOLUL 2. PROIECTAREA ÎNCĂRCĂTORULUI-STRUCTURA HARDWARE

Încărcătorul dispune de următoarele blocuri funcționale:

Blocul de alimentare de la rețea, constituit din transformator;

Blocul de redresare, constituit dintr-un redresor punte;

Blocul circuitului electronic, compus din dispozitive electronice.

La nivel de schemă bloc încărcătorul este reprezentat ca în figura 2.1.

Fig.2.1 Schema bloc a încărcătorului

2.1 Alegerea și proiectarea transformatorului [4]

Transformatoarele electrice sunt aparate electromagnetice statice de curent alternativ cu două sau mai multe înfășurări cuplate magnetic, care modifică parametrii energiei electromagnetice (în general tensiunea și intensitatea curentului). În anumite cazuri, acestea pot schimba și numărul de faze sau frecvența.

Transformatoarele electrice sunt utilizate în sistemele de transport și distribuția energiei electromagnetice (transformatoarele de putere), la măsurări electrice (transformatoare de măsură), în automatizări etc.

Un transformator electric are ca părți principale elemente active și elemente constructive. Elementele active sunt miezul feromagnetic și înfășurările. Acestea au rolul de a asigura transformarea parametrilor energiei electromagnetice. Elementele constructive sunt utilizate pentru protecția și solidarizarea elementelor active.

Un transformator funcționează în sarcină (fig.2.2) atunci când înfășurarea secundară este conectată la un consumator având impedanța Zs , iar înfășurarea primară este alimenatată cu tensiunea și frecvența nominală.

Fig.2.2 Figură explicativă la funcționarea transformatorului electric

Alimentând înfășurarea primară cu o tensiune alternativă u1, prin acesta va circula un curent alternativ i1. Dacă circuitul secundar este deschis (nu are conectată nicio impedanță de sarcină) curentul prin înfășurarea primară are o valore redusă și se numește curent de mers în gol i0. Curentul de mers în gol i0 produce un flux magnetic alternativ Φu care se închide prin circuitul magnetic. Acest flux magnetic străbate suprafețele spirelor celor două înfășurări și induce în acestea două tensiuni electromotoare ue1 și respectiv, ue2. Valorile efective ale acestor tensiuni electromotoare sunt proporționale cu numărul de spire ale înfășurărilor respective. Tensiunea electromotoare ue1 este de sens contrar cu tensiunea aplicată u1 și este aproximativ egală cu aceasta.

Rezultă că atunci când transformatorul funcționează în sarcină, înfășurarea primară absoarbe de la rețeaua de alimentare puterea u1i1 și debitează, prin înfășurarea secundară, a unei impedanțe de sarcină, puterea u2i2.

Proiectarea transformatorului de rețea monofazat

Prin proiectarea unui transformator de rețea înțelegem calcularea datelor necesare realizãrii practice a acestuia funcție de parametrii de intrare-ieșire stabiliți prin aplicația datã.

Se pornește de la valorile eficace ale tensiunilor și curenților din primar și secundar.

Vom nota:

U1 – Tensiune aplicatã pe primar;

I1 – Curentul în circuitul primar;

U2 – Tensiune necesarã pe secundar;

I2 – Curentul în circuitul secundar.

Prin calcul se vor obține:

N1 – numãrul de spire din primar;

N2 – numãrul de spire din secundar;

d1 – diametrul sârmei de bobinaj din primar;

d2 – diametrul sârmei de bobinaj din secundarul k.

Etape în proiectare:

Se cunosc: U1=220V, U2=18V, I2=8A

1). Determinarea puterii aparente în secundar, pentru un receptor reszistiv:

2). Calculul puterii aparente primare considerând pierderi egale cu 5% (corespunde un randament de 95%):

3). Calculul curentului nominal din înfășurarea primară:

4). Determinarea secțiunii miezului ferromagnetic:

5). Determinarea secțiunii utile a miezului ferromagnetic:

6). Adoptăm inducția magnetică în miez B= 1,4T

7). Calculul diametrului conductor:

8). Calculul diametrului interior a bobinajului miezului ferromagnetic:

9). Determinarea perimetrului interior a torului:

În urma acestor calcule am ales un transformator toroidal, care este reprezentat în figura de mai jos. Acesta fiind prins pe construcția dispozitivului de încărcare a acumulatorului.

Fig.2.3 Transformatorul electric ales pentru blocul de alimentare

2.2 Alegerea și proiectarea redresorului de tensiune[3]

Prin redresare se înțelege o tensiune alternativă , care trece atât prin valori pozitive cât și prin valori negative, și care este convertită într-una care are numai valori de o singură polaritate.

În consecință, dacă tensiunea redresată este aplicată unui consumator (sarcină-baterie de acumulator acid), curentul va circula într-un singur sens. Principiul redresării constă în comutarea căii de curgere a curentului astfel încât, deși la intrare el circulă în ambele sensuri, trecerea sa prin sarcină să se facă într-un singur sens. Din acest motiv, comutarea trebuie să se facă sincron cu schimbarea sensului curentului alternativ de la intrare.

Existența diodelor semiconductoare a făcut posibilă construirea unor redresoare statice (fără piese mecanice în mișcare) care să poată fi conectate oriunde în circuitul de curent alternativ. Conducând numai într-un singur sens, diodele sesizează automat momentul schimbării sensului tensiunii alternative și, în acelaș timp, comută calea de curent, blocându-se sau intrând în conducție. Cel mai simplu redresor este cel monoalternanță, care este reprezentat în figura de mai jos:

Fig.2.4 Redresor monoalternanță

În lucrarea de față se utilizează o punte de diode pentru redresarea tensiunii alternative, care este reprezentată în figura 2.5.

Fig.2.5 Schema redresorului punte și formele de undă corespunzătoare

În timpul semialternanței pozitive conduc diodele D2 și D4 , pe când în timpul semialternanței negative intră în conducție diodele D1 și D3. Rezultatul este acela că prin rezistența de sarcină sensul curentului rămâne neschimbat.

Dacă aplicăm și filtrarea, utilizand un condensator, forma de undă a tensiunii de pe sarcină arată ca în figura 2.6, unde s-a desenat cu linie întreruptă evoluția tensiunii redresate în absența filtrării.

Fig.2.6 Tensiunea de ieșire a punții redresoare după filtrare

Conform schemei electrice realizată pe baza căreia s-a proiectat întregul circuit electronic și a principiului de funcționare corespunzător acesteia, pentru redresarea tensiunii alternative primită de la transformatorul electric coborâtor de tensiune cu puterea calculată anterior, se alege o punte redresoare de tipul KBPC3510, tensiunea de lucru 50-1000V, iar curentul de sarcină 35A(ANEXA 1)

În figura de mai jos este reprezentată o astfel de punte bloc, care pentru protecție în funcționare se montează pe un radiator, deoarece la absorția unui curent de lucru mai mare aceasta se încălzește conform efectului Joule, iar radiatorul are proprietatea de disipator de energie termică.

Fig.2.7 Punte redresoare de tip bloc

Datele și foaia de catalog corespunzătoare acestui tip de redresor punte bloc se găsesc în cadrul ANEXEI 1.

2.3 Alegerea componentelor electronice din schema încărcătorului

Schema încărcătorului este prevăzută și cu componente electronice de mică putere care au diverse roluri în etajele corespunzătoare fiecărui bloc. Aceste componente se caracterizează prin parametrii lor proprii conform alegerii făcute la cerințele modelului de încărcător propus.

În continuare se prezintă schema bloc ce alcătuiește partea electronică de încărcare a aparatului:

1. Unitatea logică este alcătuită dintr-un microcontroler PIC16F887 (ANEXA 4). Microcontrolerul este folosit în această schemă pentru a măsura curentul care trece prin acumulator și pentru a decupla acumulatorul când tensiunea a ajuns la pragul stabilit.

2. Referința de tensiune este formată dintr-un regulator de tensiune. Regulatorul de tensiune în trei puncte ales este de tipul LM317T, care este capabil să suporte un exces de curent de 1,5 și un interval de tensiune la ieșire cuprins între 1,2V și 37V. (ANEXA 2)

Valoarea tensiunii de ieșire se determină conform schemei electrice de conexiune a regulatorului, ca în figura de mai jos:

Fig.2.8 Regulator de tensiune[7]

Valoarea tensiunii de ieșire a acestuia conform schemei de conectare anterioară este:

3. Comparatorul face diferența dintre tensiunea de intrare a acumulatorului și o anumită tensiune de referință fixată cu un semireglabil. În schema noastră comparatorul este comandat de către unitatea logică.

4. Etajul de putere este alcătuit dintr-un tranzistor Darlington TIP147. Acest tranzistor se utilizează pentru a mări capacitatea curentului regulatorului de tensiune LM317T.

Conexiunea acestuia în circuitul electronic se face conform figurii 2.9, unde este reprezentat și din punct de vedere fizic (ANEXA 3).

Fig.2.9 Tranzistor Darlington TIP147

5. Afișajul LCD indică tensiunea la care acumulatorul se află pe tot parcursul încărcării dar și dacă încărcarea este în curs, sau dacă este oprită, afișând un mesaj de tip ON/OFF. S-a folosit un afișaj de tip LM016L.

6. S-au mai utilizat rezistoare cu valorile indicate în descrierea schemei electronice, diode pentru protecție, LED-uri cu rol în determinarea funcționării corecte a circuitului, ampermetru și voltmetru de tip digital.

În figura 2.10 este reprezentată schema electrică a încărcătorului realizat practic.

Fig.2.10 Schema electronică a încărcătorului

Principiul de funcționare:

Funcționarea încărcătorului proiectat se bazează pe procedeul de încărcare la curent constant. Pentru aceasta s-a ales o aplicație a stabilizatorului integrat în 3 puncte LM317. Acesta trebuie să asigure tensiunea maximă admisibilă a acumulatorului și curentul de încărcare.

Conform foii de catalog tensiunea de ieșire a stabilizatorului are formula: . Prin alegerea rezistenței R7 de 220Ω și setarea rezistenței Rv2 la 4.7K s-a stabilit tensiunea maximă admisibila la 15.5 V.

Dimensionarea curentului de încărcare s-a făcut în conformitate cu capacitatea bateriei și tipul de încărcare, astfel valoarea curentului maxim de încărcare s-a ales de 5A.

Acest curent nu poate să fie însă susținut numai de stabilizatorul de tensiune deoarece, conform foii de catalog, curentul maxim debitat de acesta este de 1.5A. Pentru a asigura curentul necesar de încărcare a trebuit să mărim capabilitatea de curent a stabilizatorului prin folosirea tranzistoarelor Darlington Q1 și Q2 în paralel.

Ținând cont de curentul maxim suportat de gruparea în paralele a tranzistoarelor Q1 și Q2 prin LM317 s-a stabilit un curent de maxim 0,7A (aproximativ 50%) pentru a nu îl solicita excesiv prin ambalare termică restul de 4.3A urmând să fie suportați de tranzistoarele Q1 și Q2.

Stabilirea valorii curentului de încărcare se va face prin modificarea valorilor rezistoarelor R1, R4, R8 și R9.

Fiind o sursă de curent, tensiunea de la ieșire se va modifica în funcție de sarcină astfel încât prin aceasta să circule curentul constant impus. Sursa de curent constant necesită o alimentare între 4.5Vși 28V (redresat și filtrat), capabilă să asigure curentul de ieșire fără scăderea  apreciabilă a tensiunii.

. Redresarea tensiunii de intrare se face folosind o punte care să suporte un curent Tensiunea de alimentare necesară se obține prin folosirea unui montaj transformator cu redresor de minim 5A+20% adică 6A. Calculul tensiunii alternative de la intrarea redresorului se face astfel:

Considerând că avem un riplu pe condensatorul C6 de 3V(pentru a nu mări inutil valoarea lui C1) tensiunea devine 26.2V. Se calculează valoarea tensiunii alternative de la intrarea redresorului, aceasta fiind: 26.2/1.41=18.58V. Avem de ales între o valoare standard pentru aceasta de 24Vca (cu pierdere de putere considerabilă pe elementele regulatoare) și o valoare de 18Vca (un transformator cu valaore standardă).

Acum putem calcula puterea transformatorului la intrare astfel: pe ieșire transformatorul este 20V6A=108W dacă aplicăm un randament de 80%, pe intrare transformatorul devine Pintrare=Piesire100/80 și deci Pintrare=135W. Se alege deci un transformator de minim 135W.

Pentru a opri încărcarea s-a folosit un microcontroler PIC16F887 cu ajutorul căruia s-a măsurat tensiunea acumulatorului până când aceasta ajunge la un anumit prag de încărcare. Microcontrolerul comandă rezistența R11 care transmite semnal tranzistorului Q5, acesta comandă mai departe releul care se decuplează, iar încărcarea se oprește. R11 este o rezistentă cu ajutorul căreia se limitează curentul tranzistorului Q5 prin jonctiunea bazei emitor. Dacă microcontrolerul stabilește că valoarea curentului prin acumulator este de sub 100mA menține releul decuplat, astfel se oprește definitiv încărcarea deoarece se consideră că acest curent este nesemnificativ și bateria este încărcată. Pentru a începe din nou încărcarea bateriei, tensiunea trebuie să scadă sub valoarea maximă stabilită ca microcontrolerul să poata permite releului să se închidă, astfel curentul se poate direcționa către acumulator.

Rezistența R12 și dioda LED D5 au fost adăugate pentru a semnaliza perioada de încărcare. Dioda LED D5 se stinge atunci când curentul de încărcare scade sub 100mA deoarece tranzistorul Q5 se blochează. R12 se calculează astfel: (15V-2.1V(Uled))/10mA= 1.2kΩ aceasta fiind o valoare standard.

Circuitul electronic cu dispunerea componentelor pe placă este reprezentat conform figurii:

Fig.2.11 Blocul de circuite electronice

În locul aparatelor de măsură clasice de tip numeric, pentru afișarea tensiunii și curentului s-a folosit afișajul LED reprezentat astfel:

Fig.2.12 Afișaj LED

CAPITOLUL 3. PROIECTAREA ÎNCĂRCĂTORULUI-STRUCTURA SOFTWARE

PIC16F887 este unul dintre cele mai noi produse Microchip[6]. Acesta este prevăzut cu toate componentele pe care un microcontroller le are în mod normal. Pentru prețul sau scăzut, gama largă de aplicații, înalta calitate și ușoara disponibilitate, este o soluție ideală în aplicații precum: controlul diferitelor procese industriale, dispozitive de control ale mașinăriilor, măsurare a diferitelor valori, etc. Unele dintre principalele caracteristici ale sale sunt enumerate mai jos:

– Arhitectura RISC:

-doar 35 de instrucțiuni de învățat,

-toate instrucțiunile cu unic ciclu, cu excepția sucursalelor;

– Frecvența de funcționare 0-20 Mhz;

– Oscilator intern de precizie:

-o fabrică calibrată

-o gamă de frecvențe selectabile prin software de la 8MHz la 31kHz;

– Tensiunea de alimentare 2.0-5.5V: -consum de 220 uA (2.0V, 4MHz), 11UA (2,0 V, 32 Khz) 50nA (mod stand-by);

– Setare de tip "Sleep" pentru economisirea energiei;

– Brown-out Reset (BOR) cu opțiune de software de control;

– 35 pini de intrare / ieșire:

-sursă mare de curent pentru acționare directă cu LED-uri,

-software și rezistor pull-ul programabil individual,

-pin de întrerupere în schimbare;

– O memorie ROM de 8K în tehnologie FLASH:

-chip-ul poate fi reprogramat de 100.000 de ori;

– O opțiune de programare în serie în circuit:

-chip-ul poate fi programat chiar și încorporat în dispozitivul țintă;

– O memorie EEPROM de 256 bytes:

-informația poate fi scrisă de mai mult de 1.000.000 de ori;

– O memorie RAM de 368 bytes;

– Un convertor A/D cu 14 canale și rezoluție 10 bit;

– 3 contoare independente;

– Un timer Watch-dog;

– Un modul comparator analog cu:

-două comparatoare analogice,

-o referință de tensiune fixată (0.6V)

-o referință de tensiune programabilă pe chip;

– Control de direcție de ieșire PWM;

– Modul USART îmbunătățit:

-suportă RS-485, RS-232 și LIN2.0

-suportă detectare auto-baud;

– Portul serial master sincron (MSSP):

– suportă SPI și modul I2C.

Fig.3.1 PIC16F887

Fig.3.2 PIC16F887

Fig.3.3 PIC16F887 Diagrama Block

Descrierea pinilor

După cum se poate observa în Fig. 1.1 de mai sus, majoitatea pinilor sunt multifuncționali. De exemplu, indicativul RA3/AN3/Vref+/C1IN+ celui de-al cincelea pin specifică următoarele funcții:

– A treia intrare/ieșire digitală de RA3 Port A;

– A treia intrare analogică AN3;

– Referința de tensiune pozitivă Vref+;

– Intrare pozitivă C1IN+ Comparator C1.

Acest mic truc este adesea folosit deoarece face pachetul microcontroller-ului mult mai compact, fără a afecta funcționalitatea acestuia. Aceste funcții variate ale pinului nu pot fi folosite simultan, dar pot fi schimbate în orice moment al funcționării.

Următoarele tabele se referă la microcontroller-ul PDIP 40.

Tabel 3.1 Descrierea pinilor

Tabel 3.1 Descrierea pinilor

Tabel 3.1 Descrierea pinilor

Unitatea centrală (CPU)

Ca factor important atunci când se decide ce anume microprocesor trebuie utilizat, este faptul că unitatea centrală este fabricată cu tehnologie RISC.

RISC, sau Reduced Instruction Set Computer, oferă pentru PIC16F887 două avantaje mari:

– Procesorul poate recunoaște numai 35 de instrucțiuni simple, cu mențiunea că, în vederea programării unor alte microcontroller-e este necesar să știm mai mult de 200 de instrucțiuni pe de rost;

– Timpul de executare este același pentru toate instrucțiunile, cu excepția a două dintre ele și durează patru cicluri de ceas (frecvența oscilatorului este stabilizată de un cristal de cuarț). Timpul de executare al instrucțiunilor Jump și Branch este de două cicluri de ceas. Aceasta înseamnă că, în cazul în care viteză de operare este de 20 Mhz, timpul de executare al fiecărei instructiuniva fi de 200 ns, de exemplu, programul va fi executat la viteză de 5 milioane de instrucțiuni pe secundă.

Fig.3.4 Memoria CPU

Memoria

Microcontroller-ul are trei tipuri de memorie – ROM, RAM și EEPROM. Toate vor fi discutate separat de vreme ce fiecare dintre ele are funcții, caracteristici și moduri de organizare specifice.

Memoria ROM

Memoria ROM este folosită pentru a salva permanent programul care este executat. Din acest motiv aceasta este denumită frecvent "memorie de program". PIC16F887 are 8 Kb de memorie ROM (un total de 8192 de locații). Atâta timp cât ROM este realizată cu tehnologie FLASH, componentele sale pot fi modificate oferind o tensiune specială de programare (de 13 V).

În orice caz, nu este nevoie să explicăm în detaliu deoarece este efectuată automat prin intermediul unui program special pe calculator și pe un dispozitiv electronic simplu numit Programator.

Fig.3.5 Conceptul memoriei ROM

Memoria EEPROM

Similară celei de mai sus, memoria EEPROM își salvează componentele permanent, chiar dacă puterea se stinge. Totuși, spre deosebire de ROM, componentele memoriei EEPROM pot fi modificate în timpul operării microcontroller-ului. Din acest motiv această memorie cu 256 locații este perfectă pentru salvarea permanentă a rezultatelor create și folosite în timpul operării.

Memoria RAM

Aceasta este cea de-a treia și cea mai complexă parte a memoriei microcontroller-ului. În acest caz, ea este prevăzută cu două părți: registre de uz general și registre cu funcții speciale (SFR).

Chiar dacă ambele grupuri de registre sunt eliminate atunci când se oprește curentul și chiar dacă sunt fabricate în același fel și se comportă similar, funcțiile lor nu au multe aspecte în comun.

Fig.3.6 SFR si registrele de uz general

Registre de uz general

Registrele de uz general sunt folosite pentru stocarea temporară a informației și rezultatelor din urma operării. De exemplu, dacă programul face o numărătoare (de exemplu, produse pentru numărători de pe linia de asamblare), este necesară dobândirea registrului ce reprezintă ceea ce la simț comun numim "sumă". De vreme ce microcontroller-ul nu este creativ deloc, este necesară specificarea adresei unui registru de uz general și atribuirea unei noi funcții. Astfel, trebuie creat un simplu program pentru creșterea valorii acestui registru la 1, după ce fiecare produs trece printr-un senzor.

Așadar, microcontroller-ul poate executa acel program deoarece știe acum ce anume și unde este suma ce trebuie crescută. Similar cu acest exemplu, fiecare variabilă a programului trebuie preasigurată cu o parte a registrului de uz general.

Registre SFR

Registrele cu funcții speciale reprezintă totodată și locații ale memoriei RAM, dar spre deosebire de registrele de uz general, scopul lor este predeterminat în timpul procesului de manufacturare și nu poate fi schimbat. Odată ce biții acestora sunt conectați fizic la circuite particulare pe cip (convertor A/D, modul de comunicare serială, etc.), orice moidificare a componentelor afectează direct operația microcontrolller-ului sau o parte a circuitelor sale. De exemplu, prin modificarea registrului TRISA, funcția fiecărui pin al portului A poate fi modificată în așa fel încât să se comporte ca o intrare sau ieșire. O altă trăsătură a acestor locații ale memoriei este că au numele (registrele și biții), care facilitează considerabil scrierea programului. De vreme ce limbajul programării de nivel înalt poate folosi o listă de registre cu adresa lor exactă, este suficient să specificăm numele registrelor pentru a citi sau modifica componentelor lor.

Băncile memoriei RAM

Memoria de date este împărțită în patru bănci. Înaintea accesării unei părți a registrului în timpul scrierii programului (pentru a citi sau schimba componentele lor), e necesar să selectăm banca ce va conține registrul respectiv. Doi biți ai registrului STATUS sunt folosiți pentru selectarea băncii, ce va fi discutată ulterior. Pentru facilitarea operării, cel mai des folosite registre cu funcții speciale au aceeași adresă în toate băncile ce le oferă accesarea cât mai ușoară a acestora.

Tabel 3.2 Adresa bancii

Tabelul 3.3 SFR Banca 0

Tabelul 3.4 SFR Banca 1

Tabelul 3.5 SFR Banca 2

Tabelul 3.6 SFR Banca 3

Stocarea

O parte din RAM folosită pentru stocare constă în opt regiștrii 13-bit. Înainte ca microcontroller-ul să înceapă să execute o subrutină sau când are loc o întrerupere, adresa următoarei instrucțiuni fiind la momentul respectiv executată este ulterior stocată, de exemplu în propriile registre. În acest mod, în caz de subrutină sau întreruperi, microcontroller-ul știe de unde să continue executarea programului. Această adresă este ștearsă la întoarcerea programului normal deoarece nu mai este nevoie ca ea să mai fie salvată, și o altă locație a stocării este automat valabilă pentru alte eventuale ocazii.

E important să înțelegem că datele sunt circular trimise către stocare. Înseamnă că după ce stocarea a fost transmisă de opt ori, a nouă transmisie va suprascrie datele stocate de la început, iar ciclul se reia. Datele suprascrise nu pot fi returnate în acest fel. Mai mult, programatorul nu poate accesa aceste registre pentru a scrie sau a citi și nu există un status al biților care să indice condiții de suprasolicitare sau regresie a stocării. Din acest motiv necesită atenție suplimentară în timpul programării.

Sistemul de întrerupere

Primul lucru pe care îl face microcontroller-ul când apare o cerere de întrerupere este să execute instrucțiunea curentă și să oprească apoi programul normal de executare. Acea locație de unde programul continuă executarea se numește vector de întrerupere. Pentru microcontroller-ul PIC16F887, adresa este 0004h. După cum se poate observa în figura 1.7 de mai jos, locația ce deține un vector de întrerupere este trimisă către executarea obișnuită a programului.

O parte a programului care este activată în timpul unei cereri de întrerupere se numește rutinade întrerupere. Prima sa instrucțiune se găsește în vectorul de întrerupere. Atâta vreme cât va fi subrutina și modul în care aceasta o face depinde de calitatea muncii programatorului la fel și sursa întreruperii. Unele microcontrollere au mai mulți vectori de întrerupere (fiecare cerere de întrerupere având propriul vector), dar în acest caz este vorba de unul singur. În consecință, prima parte a rutinei de întrerupere constă în recunoașterea sursei de întrerupere.

În final, atunci când sursa întreruperii este recunoscută și este executată rutina de întrerupere, microcontrollerul ajunge la instrucțiunea RETFIE, scoate adresa din stocare și continuă executarea programului din punctul în care acesta a fost întrerupt.

Fig.3.7 Sistemul de intrerupere

Modul de utilizare al registrelor cu funcții speciale

Fiecare registru cu funcție specială controlează un anumit proces. Cu toate acestea, pare a fi o masă de control prevăzută cu o serie de instrumente și comutatoare. Asemenea microcontrollere oferă foarte multe la un preț foarte scăzut. Doar în urma înțelegerii complete a operării hardware-ului, se pot studia cu ușurință registrele cu funcții speciale ce sunt în control. Acestea fiind spuse, în timpul scrierii programelor și înainte de schimbarea unor biți ai registrelor, trebuie selectată cu mare atenție banca.

Organigrama programului:

Explicarea funcționării programului:

/* Definirea conexiunii dintre pinii LCD-ului și pinii microcontrolerului. Exemplu: pinul RS de la LCD conectat la pinul RD2 de la microcontroler */

sbit LCD_RS at RD2_bit;

sbit LCD_EN at RD3_bit;

sbit LCD_D4 at RD4_bit;

sbit LCD_D5 at RD5_bit;

sbit LCD_D6 at RD6_bit;

sbit LCD_D7 at RD7_bit;

/* Definirea direcție pinilor la LCD-ului și pinilor la microcontrolerului (la LCD pinii sunt de intrare și la microcontroler de ieșire. */

sbit LCD_RS_Direction at TRISD2_bit;

sbit LCD_EN_Direction at TRISD3_bit;

sbit LCD_D4_Direction at TRISD4_bit;

sbit LCD_D5_Direction at TRISD5_bit;

sbit LCD_D6_Direction at TRISD6_bit;

sbit LCD_D7_Direction at TRISD7_bit;

/* Inițializarea tipurilor și numelor variabilelor folosite în program. Exemplu: „unsigned char” este un tip de variabilă pe 1 bytes (octet) ce poate primi orice valore între 0 și 255 */

// variabila pentru un afișarea unui caracter

unsigned char ch;

/* variabile pentru citirea convertorului analogic-digital pentru calculul ulterior al tensiunii sau curentului */

unsigned int Tensiune,Curent;

//variabile pentru calculul curentului sau a tensiunii

unsigned long u,i;

//variabile de verificare a unei stări anterioare

bit start_încărcare,bit_control,oldstate;

// crearea funcției pentru măsurarea tensiunii

void masoara_tensiunea() {

/* Apelează funcția de citire a valorii provenite de la canalul 0 al convertorul analog-digital și depune valoarea în variabila „Tensiune” */

Tensiune=ADC_read(0);

/* Calcul pentru obținerea valorii tensiunii în milivolți. Exemplu: pentru o valoare maximă (0 -> 1023) citită de la convertorul analogic-digital pe 10 biți avem Tensiune = 1023, astfel (1023*5000)/1023 => Valoare tensiunii în milovolti este de 5000mV (adică 5V) */

u=(long)Tensiune*5000;

u=u/1023;

/* Calculul valorii tensiunii prin scalarea corespunzătoare, deoarece s-au măsurat tensiunii mai mari de 5V. Hardware reducerea tensiunii a fost realizată cu divizor de tensiune și a fost nevoie de scalarea corespunzătoare în soft a tensiunii afișate față de tensiunea măsurată. Exemplu: 5000mV * 4.3 = 21.500mV adică 21,5V */

u = u * 4.3;

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra zecilor de mii de mV (zeci de Volți). Exemplu: din 21.500mV se extrage 2 */

ch=u/10000; */

LCD_Chr(1,2,48+ch);

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra miilor de mV (Volți). Exemplu: din 21.500mV se extrage 1 */

ch=(u/1000) %10;

LCD_Chr(1,3,48+ch);

/* Afisarea puncțului zecimal */

LCD_Chr_CP('.');

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra sutelor de mV. Exemplu: din 21.500mV se extrage 5 */

ch=(u/100) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra zecilor de mV. Exemplu: din 21.500mV se extrage 0 */

ch=(u/10) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

/* Afisarea caracterului „V” */

LCD_Chr_CP('V');

}

/* Crearea funcției pentru măsurarea curentului. Software curentul se măsoară ca o cădere de tensiune pe un shunt și se calculează scalările corespunzătoare. */

void masoara_curentul() {

/* Apelează funcția de citire a valorii provenite de la canalul 1 al convertorul analog-digital și depune valoarea în variabila „Curent” */

Curent=ADC_read(1);

/* Calcul pentru obținerea valorii curentului în miliAmperi. Exemplu: pentru o valoare maxima (0 -> 1023) citită de la convertorul analogic-digital pe 10 biți avem Curent = 1023, astfel (1023*5000)/1023 => Valoare curentului în miliamperi este de 5000mA (adică 5A) */

i=(long)Curent*5000;

i=i/1023;

/* Calculul valorii curentului prin scalare. Tensiunea preluată de pe shuntul de curent a fost amplificată pentru prelucrarea corecta de ADC, astfel din amplificare nu se poate obține o scalare a tensiunii la valoarea corespunzătoare curentului și din acest motiv este necesare o scalare software. */

i = i * 1.82;

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra zecilor de mii de mA (zeci de Amperi).

ch=i/10000;

LCD_Chr(1,10,48+ch);

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra miilor de mA (Amperi).

ch=(i/1000) %10;

LCD_Chr(1,11,48+ch);

/* Afisarea puncțului zecimal */

LCD_Chr_CP('.');

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra sutelor de mA */

ch=(i/100) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

/* Extragerea și afișarea caracterului pentru cifra zecilor de mA */

ch=(i/10) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

/* Afisarea caracterului „A” */

LCD_Chr_CP('A');

}

// crearea funcției principale (programul principal)

void main() {

/* Inițializarea regiștrilor ANSEL și ANSELH cu valorile hexazecimale pentru stabilirea pinilor digitali si analogici din portul A */

ANSEL = 0x03;

ANSELH = 0;

/* Inițializarea regiștrilor C1ON_bit și C2ON_bit pentru dezactivarea comparatoarelor interne ale microcontrolerului */

C1ON_bit = 0;

C2ON_bit = 0;

/* Inițializarea porturilor de Intrare / Ieșire */

TRISB = 0x00; // Portul B definit ca port de ieșire

PORTB = 0x00; // și primește valoarea 0 pe toți pinii

TRISC = 0xFF; // Portul C definit ca port de intrare

TRISD = 0x00; // Portul D definit ca port de ieșire

PORTD = 0x00 // și primește valoarea 0 pe toți pinii

/* funcție interna a compilatorului pentru inițializarea LCD-ului. Pentru această funcție sunt necesare definirea conexiunilor LCD-ului de la începutul programului */

Lcd_Init();

/* Comanda pentru oprirea cursorului afișat pe LCD */

LCD_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);

/* Comanda pentru ștergerea oricărui caracter afișat „accidental” pe LCD din cauza reinițializării programului dar nu și a LCD-ului */

LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);

/* ne asiguram încă o data că pinul 0 din Portul B primeste valoarea 0, adică pinul aferent releului este în zero logic la pornirea programului */

PORTB.F0 = 0;

/* inițializam restul variabilelor cu valoarea zero */

start_incarcare = 0;

bit_control = 0;

u = 0;

i = 0;

Tensiune = 0;

Curent = 0;

/* Comanda pentru afișarea pe LCD (linia 1, rândul 2) a unui text de maxim 16 caractere. */

LCD_Out(1,2,"Proiect diploma");

/* Comanda pentru afișarea pe LCD (linia 2, rândul 2) a unui text de maxim 16 caractere. */

LCD_Out(2,2,"Popescu Andrei");

/* Funcție interna compilatorului pentru realizarea unei întârzieri, în program, de 1.5 secunde. Aceasta linie este utilă pentru a păstra textul afisat timp de 1.5s */

delay_ms(1500);

/* Comanda pentru ștergerea oricărui caracter afișat pe LCD */

LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);

/* Comandă pentru afișarea textului „Apasa >> START” */

LCD_Out(2,2,"Apasa >> START");

while (1){ // buclă infinită în programul principal

masoara_tensiunea(); //apelează funcția „masoara_tensiunea”

masoara_curentul(); //apelează funcția „masoara_curentul”

/* Decizie pentru detectarea depresării butonului. Dacă bit_control are valoarea „0” și butonul nu este apăsat oldstate primește valoarea „1”*/

if (bit_control == 0 && Button(&PORTC, 0, 1, 0)) {

oldstate = 1; //memorarea stării de apăsare a butonului

}

/* Decizie pentru detectarea presării butonului și setarea valorii „1” în variabila start_incarcare. Dacă oldstate are valoarea „1” și butonul este apăsat atunci start_incarcare primește „1”, bit_control primeste „1” și oldstate primeste „0” */

if (oldstate && Button(&PORTC, 0, 1, 1)) {

start_incarcare = 1;

bit_control = 1;

oldstate = 0; // ștergerea starea de apăsare a butonului

}

/* Decizie privind pornirea încărcării. Dacă tensiune la borne este sub valoare de 14.5V, start_incarcare are valoarea 1 și bit_control are valoare 1 => releul cuplează și astfel procesul de încărcarea pornește*/

*/

if (Tensiune < 735 && start_incarcare == 1 && bit_control == 1) {

LCD_Out(2,2,"Incarcare: ON "); // afișare text pe LCD

PORTB.F0 = 1; // decuplare releu încărcare

start_incarcare = 0; // start_incarcare primește 0

bit_control = 0; // bit_control primește 0

}

/* Decizie privind oprirea încărcării. Dacă tensiune la borne depășește valoarea de 14.5V și start_incarcare are valoarea 0 => releul decuplează și astfel încărcarea se oprește*/

if (Tensiune > 738 && start_incarcare == 0){

LCD_Out(2,2,"Incarcare: OFF"); // afișare text pe LCD

PORTB.F0 = 0; // decuplare releu încărcare

bit_control = 0; // bit_control primește 0

}

}

}

CAPITOLUL 4. SIMULĂRI ȘI DETERMINĂRI EXPERIMENTALE

Cu ajutorul programului PROTEUS am realizat simularea circuitului electronic, realizând schema electrică completă pentru funcționare.

După realizarea întregului încărcător cu blocurile funcționale descrise în capitolele anterioare, s-a trecut la determinările experimentale de laborator în vederea trasării caracteristicilor specifice acumulatoarelor de baterii acide, la încărcare.

Încărcătorul astfel creat este capabil să încarce acumulatoare auto la curent constant.

Schema bloc utilizată pentru determinările caracteristice este cea din figura 4.1.

Fig.4.1 Schema bloc pentru determinări experimentale

Conform schemei bloc, s-a trecut la implementarea practică a circuitului.

S-a utilizat un acumulator auto Pb-acid cu următoarele caracteristici:

Fig.4.2 Acumulator auto VARTA

Fig.4.3 Acumulator auto ROMBAT

Încărcătorul complet echipat cu blocurile corespunzăroare până la alimentare, conform figurii 4.4.

Fig.4.4 Încărcătorul de acumulatoare auto

Aparatul prin intermediul căruia se face stocarea datelor în calculator și monitorizare în același timp este caracterizat de Power-metru, care în componența sa fizică este ilustrat astfel:

Fig.4.5 Power-metru

Stocarea datelor, parametrilor tensiune, curent și respectiv putere se face cu ajutorul calculatorului din dotarea laboratorului de surse de energie, care afișează datele în timp real conform imaginii de mai jos: (ANEXA 5)

Fig.4.6 Monitorizare date calculator

De specificat faptul că achiziția datelor se face la intervale de timp setate dorite de utilizator, în cazul de față achiziția făcându-se la intervale de 5 secunde.

După încheierea unui ciclu complet de încărcare și sesizarea de către încărcător a încărcării complete, datele experimentale astfel obținute s-au convertit în caracteristici corespunzătoare încărcării acumulatoarelor Pb-acid.

Graficele reprezentate în cele ce urmează sunt realizate conform ciclului de încărcare complet, luându-se doar valorile la interval de o oră. Ținând cont că înregistrarea datelor se face la intervale de 5 secunde, timpul de pe caracteristici este dat tot în secunde.

De menționat că s-au realizat măsurători asupra nivelului de tensiune atât la începutul ciclului de încărcare, cât și la sfârșitul acestuia.

Conform indicațiilor expuse anterior, valorile parametrilor sunt convertite în următoarele reprezentări grafice:

Fig.4.7 Încărcare la curent constant pentru acumulator de 70Ah

Fig.4.8 Start încărcare pentru acumulator de 70Ah

Fig.4.9 Momentul decuplarii pentru acumulator de 70Ah

Fig.4.10 Încărcare la curent constant pentru acumulator de 33Ah

Fig.4.11 Start încărcare pentru acumulator de 33Ah

Fig.4.12 Momentul decuplarii pentru acumulator de 33Ah

Pentru primul model de acumulator, cel de 70Ah valoarea tensiunii de plecare de la care s-a început încărcarea este de 12,42V, iar valoarea maximă până unde s-a ajuns este de 14,6V, iar pentru cel de-al doilea lea model de acumulator, valoarea tensiunii de plecare de la care s-a început încărcarea este de 13,4V, iar valoarea maximă până unde s-a ajuns este de 14,64V. Prin urmare putem observa că primul tip de acumulator a fost utilizat o perioadă mai mare de timp, iar cel de-al doilea tip de acumulator a fost folosit o perioadă mai scurtă de timp.

Experimentele au durat între 4 și 5 ore, în funcție de tipul acumulatorului folosit și au fost făcute în laboratorul de Surse de energie, în corpul D.

CAPITOLUL 5. CONCLUZII

În proiectul de diplomă realizat s-a urmărit proiectarea și realizarea practică a unui încărcător la curent constant, programabil, pentru anumite baterii de acumulatoare acide de putere, și anume cele cu Pb. Gama capacitaților bateriilor este cuprinsă între 4Ah -70 Ah, încărcătorul furnizând un curent de încărcare în gama 0,1 – 5A și cu decuplare la un prag fix de tensiune pe bornele acumulatorului.

S-a ales un astfel de încărcător deoarece, dovedit experimental în diverse documentații de specialitate, încărcarea la curent constant crește durata de viața a acumulatoarelor cu Pb-acid.

Pe parcursul realizării proiectului, atât în etapele de dezvoltare și proiectare cât și în etapele de realizare practica a acestuia, am întâlnit diferite probleme și dificultăți. Din toate acestea am tras câteva concluzii ce cu siguranța îmi vor ajuta și-n viitor.

O prima problema apăruta a fost proiectarea și realizarea blocului de curent constant, deoarece totodată era necesara și îndeplinirea condiției de reglarea a pragului de curent constant. Cerința a fost rezolvata printr-o documentare temeinică și experimentarea diferitelor note de aplicații ale unor producători consacrați de componente electronice, adică note de aplicație pentru stabilizatorul de tensiune LM317. Astfel în nota de aplicații a acestei componente se exemplifica realizarea unei surse de curent constant reglabilă.

Poate una dintre cele mai delicate probleme apărută în practică, deși totul funcționa în simulare, a fost instabilitatea schemei din cauza cuplajelor parazite între trase (fire). Deoarece proiectul a fost realizat pe o plăcuta de test și conexiunile intre componente le-am realizat cu fire, chiar dacă am folosit condensatori de decuplare pentru fiecare componenta sensibilă la zgomote si paraziți, inevitabil tot au apărut oscilații și instabilități la amplificatoarele operaționale. Această problemă a fost rezolvata prin repoziționarea anumitor trasee și prin corectarea punctului comun al firelor de masă.

Ca o ultimă concluzie generală pot afirma că am avut foarte multe lucruri de învățat din acest proiect, atât teoretice cât mai ales practice. Proiectul mi-a arătat ca nu întotdeauna ce funcționează intr-un program pe calculator funcționează din prima și în practică.

BIBLIOGRAFIE

[1] Lefter, E., Alimentarea cu energie electrică a autovehiculelor, Editura Mediamira, 2006

[2] Constantinescu, L.M. , Suport de laborator Surse de energie – format electronic, 2013

[3] Drăgulănescu N., Ciucă M., Echipamentul electronic al automobilului, Editura Tehnica, 1987

[4] Marian Pearsică, Mădălina Petrescu, Mașini electrice, Editura Academiei Forțelor Aeriene ,,Henri Coandă”, Brașov, 2007

[5] Ene Marin, Mașini și aparate electrice, Editura de stat didactică și pedagogică – București, 1960.

[6] http://www.mikroe.com/chapters/view/2/chapter-1-pic16f887-microcontroller-device-overview/

[7] Foi de catalog, Internet

ANEXE

ANEXA 1

KBPC35: Gamă de tensiune de 50 până la 1000 de Volți, actual 35 amperi

Caraceristici:

– capacitate nominală de încărcare de pana la 1000 V PRV;

– capacitate de 400 amperi pe flux;

– eficiență înaltă;

– carcasa de metal izolată electric pentru maxima disipare a căldurii;

– greutate: 31,6 grame

– montare: prin găurire pentru șurub de metric 8.

Capacitatea maximala și caracteristici electrice:

Temperatura maxima pentru mediul de functionare este de 25 grade C.

O singură fază, flux înjumătățit, 60 Hz, sarcină rezistivă sau inductivă.

ANEXA 2

Regulator ajustabil cu trei terminale

Caracteristici:

Toleranța de 1% a voltajului

Reglare a liniei de max 0.01%/V

Reglare a sarcinii de max 0.3%

Ieșire curent 1.5A

Ieșirea ajustabilă până la 1.2V

Limita curentului e constantă cu temperatura

Respingerea pulsației la 80dB

Ieșirea e protejata de scurt-circuitare

Descriere:

Seria LM317, ajustabile cu trei terminale este capabil de a dispune un exces de 1.5A pe o ieșire de 1.2V până la 37V. Sunt foarte ușor de folosit si necesită doar doi rezistori pentru a seta ieșirea tensiunii. Mai mult, atât linia cât și sarcina regulării sunt mai bune decat la regulatoarele standard. Pe lângă acestea, LM117 este inclus într-un tranzistor standard care e ușor de montat și manipulat.

În plus față de regulatoarele fixe, seria LM317 oferă protecție asupra supraîncărcării, valabila doar in IC-uri. Toată protecția împotriva supraîncărcării rămâne funcțională chiar dacă terminalul de ajustare este deconectat.

În mod normal, nu este nevoie de condensatori decât dacă aparatul este situat la mai mult de 6 cm de condensatorii de filtrare la intrare. În acest caz este nevoie de un by-pass la intrare. Un condensator la ieșire poate fi opțional pentru a îmbunătăți răspunsul tranzitor. Terminalul pentru ajustare poate fi evitat pentru a obține rații foarte mari de respingere a pulsațiilor. Aceste sunt greu de obținut cu regulatori standard cu trei terminale.

LM317 poate fi un simplu regulator ajustabil, regulator programabil al ieșirii sau conectând un rezistor fix între pin-ul de ajustare si ieșire, poate fi un regulator precis de curent.

Aplicatii standard

Ieșirea integrală de curent nu este disponibilă la tensiuni mari de intrare-ieșire.

Figura 1: Regulator Ajustabil

LM317. Tabel Opțiunile Pachetului

Diagrame de conexiune

Aceste aparate au protecție ESD limitată si implementată. Conductorii trebuie scurtați împreuna sau aparatul pus în spumă conductoare în timpul depozitării pentru a preveni defecțiuni electrostatice la porțile MOS.

Caracteristici maxime absolute

Temperatura de operare

LM317 caracteristici electrice

Specificatiile cu fațada de tip standard sunt pentru TJ = 25°C, iar cele cu fațadă bold se aplică la limitele operarii a temperaturii.

LM317A si LM317-N caracteristici electrice

Specificatiile cu fațada de tip standard sunt pentru TJ = 25°C, iar cele cu fațadă bold se aplică la limitele operarii a temperaturii.

Caracteristici tipice de performanță

Regulator de sarcină Limitator de curent

Curent ajustabil Tensiune de abandon

Stabilitatea temperaturii Curent de operare minim

Respingerea pulsațiilor (v) Respingerea pulsațiilor (hz)

Respingerea pulsațiilor (a) Impendanța la ieșire

Tranzitor în linie Tranzitoriu la încărcare

Sugestii ale aplicației

În operare, LM317 creează o referință de tensiune de 1.25V, Vref, între ieșire și terminalul ajustabil. Tensiunea de referință se aplică asupra programului rezistor R1 și, tensiunea fiind constantă, un curent constant l1 trece prin rezistorul de ieșire R2, rezultând o tensiune de ieșire de

Deoarece forma curentă pentru terminalul 100 μA reprezintă un termen de eroare, LM317 a fost conceput sa micșoreze IADJ și să fie constant cu schimbările de linie și sarcină. Pentru aceasta, tot curentul pasiv operational este returnat la ieșire, stabilind un minim de sarcină de curent necesară. Daca nu este suficientă sarcină la ieșire, ieșirea se va mări.

Caracteristicile sarcinii.

LM317 este capabil de a asigura sarcini foarte bune dar câteva precauții sunt necesare pentru a obține performanța maximă. Rezistorul de curent conectat între terminalul de ajustare și cel de ieșire, ar trebui legat direct la ieșire decât la sarcină. Aceasta elimină apariția scaderilor de linie. De exemplu, un regulator de 15V cu rezistență de 0.05Ω între regulator și sarcină va avea o sarcină regulată datorită linie de rezistență de 0.05Ω × IL. Daca rezistorul setat este conectat lângă sarcină, rezistența în linie va fi 0.05Ω (1 + R2/R1), sau în cazul acesta, de 11.5 ori mai slabă.

ANEXA 3

TIP142, TIP147

Tranzistori Darlington de putere complementară

Caracteristici:

– configurare Darlington monolitică;

– diodă integrată antiparalelă colector-emițător.

Aplicare:

– Echipament industrial liniar și de comutare.

Descriere:

Dispozitivele sunt manufacturate in tehnologie planară cu aspect de "insula de bază" si configurare Darlington monolitică. Tranzistorii rezultați dau dovadă de un câștig excepțional de mare performanță cuplată cu tensiune de o saturație foarte scăzută.

Tabelul 1. Rezumatul dispozitivului

1. Evaluări maximale absolute

Tabelul 2. Evaluări maximale absolute

Notă: Pentru tensiune de tip PNP și curent, valorile sunt negative.

Tabelul 3. Datele termice

2. Caracteristici electrice

Tensiunea carcasei = 25 de grade Celsius, dacă nu se specifică altfel

Tabelul 4. Caracteristici electrice

3. Caracteristici electrice (curbă)

Figura 2. Zona de funcționare în condiții de siguranță

4. Circuite de test

Figura 3. Circuit de test de comutare a sarcinii rezistive (tipul NPN)

Figura 4. Circuit de test de comutare a sarcinii rezistive (tipul PNP)

Tabelul 5. TO-247 – date mecanice

Figura 5. TO-247 – desen

ANEXA 4

Microcip PIC16F882/883/884/886/887

RISC CPU cu performanță înaltă:

– Doar 35 de instrucțiuni de învățat: toate instrucțiunile cu unic ciclu cu excepția ramificațiilor

– Viteză de operare: oscilator de intrare DC – 20 MHz și ciclu de instrucție DC – 200 ns

– Capacitate de întrerupere

– Stocare hardware pe 8 niveluri

– Moduri de adresare directe, indirecte și relative

Caracteristicile speciale ale microcontroller-ului:

– Oscilator intern de precizie:

calibrat din fabrică cu ±1%

aria frecvenței selectabilă prin software de la 8 MHz la 31 kHz

Software modificabil

Modul de pornire cu două viteze

Detectare de cristal a eșuării pentru aplicații critice

Mod ceas de comutare în timpul funcționării pentru economii de energie

– Mod de Sleep pentru economisirea energiei

– Arie largă de operare a tensiunii (2.0 V – 5.5 V)

– Arie a temperaturii industrială și extinsă

– Reset Power-on (POR)

– Cronometru Power-up (PWRT) si cronometru oscilator start-up (OST)

– Resetare Brown-out (BOR) cu optiune de control pentru software

– Cronometru de tip Watchdog de curent scăzut sporit (WDT) cu oscilator de tip On-Chip ce permite software

– Master Clear multiplexat cu pini de tip Pull-up/Input

– Blitz (flash) cu rezistență mare/celulă EEPROM: 100.000 scrierea rezistenței flash-ului, 1.000.000 scrierea rezistenței EEPROM și rezervare de peste 40 de ani a datelor EEPROM și Flash

– Program cu memorie de scriere/citire în timpul funcționării

-Debugger de tip In-Circuit

Caracteristici la putere scăzută:

– Curent Standby: tipic, de 50nA @ 2.0 V

– Curent operator: tipic, de 11 μA @ 32 kHz, 2.0 V și tipic, de 220 ce 220 μA @ 4 MHz, 2.0 V

– Curent cu cronometru de tip Watchdog: tipic, de 1 μA @ 2.0 v

Caracteristici periferice:

– Pini I/O 24/35 cu control de direcție individuală:

Sursă înaltă de curent pentru drive-ul LED direct

Pin de tip Interrupt-on-Change (întrerupere în timpul schimbărilor)

Pull-up-uri slabe programabile individual

Trezire cu putere scăzută (ULPWU)

– Modul analog comparator cu:

doi comparatori analogi

modul de referință de tip on-chip programabil (CV indice REF) care reprezintă procentajul V indice DD

referință a voltajului fixată (0.6 V)

Intrări șii ieșiri ale comparatorului accesibile extern

Mod SR Latch

Intrare externa de tip Timer1

– Convertor A/D cu rezoluție 10-bit și 11/14 canale

– Timer 0 cu un cronometru de 8 biți cu prescaler de 8 biți programabil

– Timer 1 sporit:

cronometru de 16 biți cu prescaler

Mod extern de intrare

Oscilator dedicat puterii reduse de 32 kHZ

– Timer 2 cu cronometru de 8 biți cu registor de perioadă de 8 biți, prescaler și postscaler

– Captare sporită, Comparație, Modul PWM+:

Captare de 16 biți, rezoluție maximă 12.5 ns

Comparație, rezoluție maxima 200ns

PWM de 10-biți, 1,2 sau 4 canale de ieșire, programare "dead time", frecvență maximă de 20 kHz

PWM control de direcție la ieșire

– Captare, Comparație, PWM Module:

Captare 16-biti, rezolutie maxima 12.5 ns

Comparatie 16-biti, rezolutie maxima 200 ns

PWM de 10 biți, frecvență maximă de 20 kHz

– Modul USART sporit:

suportă RS-485, RS-232 și LIN2.0

detectează Aut-Baud

Auto-Wake-Up la Start bit

– Programare în serie în circuit cu 2 Pini

– Port master sincronizat în serie – suportă SPI cu 3 cabluri și I2C moduri Master și Slave cu Adresa Mascată I2C

ANEXA 5

// LCD module connections

sbit LCD_RS at RD2_bit;

sbit LCD_EN at RD3_bit;

sbit LCD_D4 at RD4_bit;

sbit LCD_D5 at RD5_bit;

sbit LCD_D6 at RD6_bit;

sbit LCD_D7 at RD7_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISD2_bit;

sbit LCD_EN_Direction at TRISD3_bit;

sbit LCD_D4_Direction at TRISD4_bit;

sbit LCD_D5_Direction at TRISD5_bit;

sbit LCD_D6_Direction at TRISD6_bit;

sbit LCD_D7_Direction at TRISD7_bit;

// End LCD module connections

unsigned char ch;

unsigned int Tensiune,Curent;

unsigned long u,i;

bit start_incarcare,bit_control,oldstate;

void masoara_tensiunea() {

// **** Voltaj 1 **** //

Tensiune=ADC_read(0);

u=(long)Tensiune*5000;

u=u/1023;

u = u * 4.3;

ch=u/10000;

LCD_Chr(1,2,48+ch);

ch=(u/1000) %10;

LCD_Chr(1,3,48+ch);

LCD_Chr_CP('.');

ch=(u/100) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

ch=(u/10) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

LCD_Chr_CP('V');

}

void masoara_curentul() {

// **** Curent 1 **** //

Curent=ADC_read(1);

i=(long)Curent*5000;

i=i/1023;

// i = i * 2.51;

//pt real // i = i * 1.82;

i = i * 1.79;//pt. simulare

ch=i/10000;

LCD_Chr(1,10,48+ch);

/* if (ch==0){

LCD_Chr(1,2, 32);

}

else { */

ch=(i/1000) %10;

LCD_Chr(1,11,48+ch);

//}

LCD_Chr_CP('.');

ch=(i/100) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

ch=(i/10) %10;

LCD_Chr_CP(48+ch);

LCD_Chr_CP('A');

}

void main() {

ANSEL = 0x03; // Configure AN pins as digital I/O

ANSELH = 0; //

C1ON_bit = 0; // Disable comparators

C2ON_bit = 0;

TRISB = 0x00; // port de iesire

PORTB = 0x00; //

TRISC = 0xFF; // port de intrare

TRISD = 0x00; // port de iesire

PORTD = 0x00; //

Lcd_Init();

LCD_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);

LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);

PORTB.F0 = 0;

start_incarcare = 0;

bit_control = 0;

u = 0;

i = 0;

Tensiune = 0;

Curent = 0;

LCD_Out(1,2,"Proiect diploma");

LCD_Out(2,2,"Popescu Andrei");

delay_ms(1500);

LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);

LCD_Out(2,2,"Apasa >> START");

while (1){

masoara_tensiunea();

masoara_curentul();

//LCD_Out(1,10,"05.01A");

//delay_ms(300);

//LCD_Out(1,10,"05.00A");

if (bit_control == 0 && Button(&PORTC, 0, 1, 0)) { // Detect logical one

oldstate = 1; // Update flag

}

if (oldstate && Button(&PORTC, 0, 1, 1)) { // Detect one-to-zero transition

//PORTC = ~PORTC; // Invert PORTC

start_incarcare = 1;

bit_control = 1;

oldstate = 0; // Update flag

}

if (Tensiune < 735 && start_incarcare == 1 && bit_control == 1) {

//LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);

LCD_Out(2,2,"Incarcare: ON ");

PORTB.F0 = 1;

start_incarcare = 0;

bit_control = 0;

}

if (Tensiune > 738 && start_incarcare == 0){

//LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);

LCD_Out(2,2,"Incarcare: OFF");

PORTB.F0 = 0;

bit_control = 0;

//start_incarcare = 1;

}

}

}

ANEXA 6