Вступление (постановка задачи)
Конечно, качать шины велосипеда ручным насосом полезно для поддержания физической формы. Однако это может быть утомительно, и, кроме того, приходится определять степень накачки «на глазок» или на ощупь, поскольку большинство ручных велонасосов не оснащены манометром.
А нельзя ли для этой цели приспособить автомобильный компрессор? Он идеально подходит для подкачки велокамер, но проблема в том, что его стандартное питание составляет 12 В (автомобильная сеть), а ток потребления может достигать 10 А и более. Как использовать его дома?
Можно приобрести готовый автомобильный компрессор на 220 В для домашнего использования. Однако, если у вас уже есть один компрессор, зачем покупать второй? Проблема лишь в блоке питания для него.
Этот материал посвящён одному из возможных решений этой проблемы.
Одной из ключевых особенностей компрессоров является очень высокий пусковой ток, что затрудняет использование импульсных источников питания. Даже если источник питания обладает достаточной номинальной мощностью для работы компрессора в установившемся режиме, он, вероятно, отключится в момент запуска, когда потребление превосходит номинал в несколько раз.
Существуют мощные импульсные источники питания, способные отдавать ток 50–60 Ампер, что достаточно для запуска компрессора. Однако такие БП предназначены для серверов и геймерских компьютеров и стоят дорого. Их надо использовать по прямому назначению, а не для накачки шин велосипеда.
Альтернативным решением является использование блока питания на основе трансформатора. Трансформаторы хорошо справляются с кратковременными высокими пусковыми токами и не подвержены опасности перегрева в этот момент благодаря большой массе и тепловой инерционности.
Схемотехника, детали и материалы
Устройство состоит из основных элементов: трансформатора, выпрямителя и сглаживающего конденсатора. Это - классическая схема трансформаторного БП, знакомая ещё из школьных учебников.
Важные технические особенности, как обычно, заключаются в мелочах.
Первое: в качестве диодов используем только диоды Шоттки с малым прямым падением напряжения. Если применить "обычные" диоды, они будут сильно нагреваться при таких токах, что потребует массивных радиаторов. Кроме того, снизится мощность, передаваемая насосу (компрессору). В итоге, даже при достаточной мощности трансформатора, система может не заработать из-за потерь на диодах.
Теперь о конденсаторе, который в таких схемах называют сглаживающим.
Теоретически, можно обойтись и без него: мотор насоса можно питать пульсирующим током без сглаживания. Однако есть нюанс: в насосе установлен обычный щёточный мотор постоянного тока, который искрит. Чтобы предотвратить повреждение диодов выбросами обратного напряжения в эти моменты, конденсатор всё же необходим. В данном случае используется конденсатор небольшой ёмкости — 330 мкФ.
Конденсатор высокой ёмкости может быть необходим, если мощности трансформатора немного не хватило для стабильной работы насоса. В этом случае можно увеличить ёмкость конденсатора до нескольких тысяч микрофарад. Это поможет сгладить пульсации и, благодаря этому, повысить среднее выходное напряжение до уровня, который обеспечит нормальную работу насоса.
Также можно рассмотреть дополнительные улучшения. Например, установить выключатель на входе и резистор на выходе с сопротивлением несколько кОм. Резистор будет разряжать конденсатор после отключения насоса, что предотвратит искрение между выходными клеммами при случайном замыкании после отключения насоса.
Давайте разберёмся в деталях.
Ключевой элемент автомобильного компрессора — это трансформатор. Его мощность должна быть не менее 100 Вт, иначе он может не справиться с перемещением поршня насоса, когда к насосу подключается велосипедная шина и на его поршень передаётся давление воздуха от камеры.
Проблема в том, что покупка нового трансформатора экономически нецелесообразна, так как мощные трансформаторы стоят дорого из-за большого количества меди, затрат на производство и различных наценок.
Поэтому оптимальный вариант — извлечь подходящий трансформатор из старой техники. Важно, чтобы напряжение на его вторичной обмотке было в диапазоне от 12 до 20 В. Можно использовать последовательное или параллельное соединение обмоток, но для параллельного соединения обмоток напряжение на них должно быть строго одинаковым (а соединение - согласным, т.е. в одной фазе). Трансформаторы с высоковольтными вторичными обмотками не подходят.
В моём случае выбор пал на старый трансформатор, который долго лежал без дела.
Масса этого супер-пупер трансформатора — 2,5 кг!
Его ключевой особенностью являются две вторичные обмотки с напряжением 17 В каждая. Поскольку напряжения на обмотках идентичны, я решил соединить их параллельно, соединив согласно (что эквивалентно полярности для переменного тока). Это позволило увеличить выходной ток трансформатора.
Далее, в конструкции используются диоды Шоттки. В данном случае были применены диоды STPS3045CT с параметрами 30 А и 45 В.
В каждом корпусе расположены два диода, которые, само собой, были подключены параллельно.
В качестве конденсатора использован электролит из старого компьютерного блока питания с емкостью 330 мкФ и напряжением 200 В. Однако можно использовать любой конденсатор, способный выдержать напряжение, равное амплитудному значению холостого хода вторичной обмотки трансформатора.
Монтаж блока питания для автомобильного компрессора
В качестве основания для блока питания была выбрана панель из ДСП, а в роли корпуса использовался готовый пластиковый контейнер с ручкой, приобретённый в магазине "Фикспрайс".
Диоды были закреплены на алюминиевых уголках, которые также выполняли функцию теплоотвода.
Конденсатор был просто приклеен к основанию из ДСП.
После сборки электронной части получилось следующее:
Наиболее сложной задачей оказалась пайка проводов к выводам диодов. Чтобы минимизировать потери, пришлось использовать провода большого сечения, и пайка в таких тесных условиях оказалась непростой.
Затем донышко было помещено в полупрозрачный пластиковый контейнер, а входные и выходные провода оставлены проходящими между корпусом контейнера и его крышкой (они оказались зажатыми в этом промежутке, но так даже лучше).
Когда устройство не используется, провода можно убрать в корпус, разместив их рядом с трансформатором.
Подключение и тестирование трансформаторного блока питания для автомобильного компрессора
После завершения сборки необходимо подключить устройство к автомобильному насосу, а затем соединить шланг насоса с велосипедной шиной. В процессе работы возникли некоторые нюансы.
Для подключения блока питания к насосу на его выходные проводники были припаяны «крокодилы». Они были выполнены несимметрично: один «крокодил» был большего размера, а второй — меньшего.
Чёрная "рубашка" на одном из "крокодилов" предотвращает замыкание между ними, когда они не подсоединены к насосу.
Далее необходимо подключить шланг насоса к велосипедной шине. На первый взгляд, это несложно: большинство современных велосипедов оснащены камерами с автомобильным ниппелем Шредер. Однако есть нюанс: при откручивании наконечника шланга насоса воздух быстро выходит из камеры.
Чтобы избежать этой проблемы, используется устройство под названием "быстросъёмник":
Быстросъёмник — это незаменимый инструмент не только для накачивания шин велосипеда, но и для автомобильных покрышек. К сожалению, его редко включают в комплект с компрессорами, поэтому обычно приходится приобретать отдельно.
Система была успешно собрана и торжественно введена в эксплуатацию для накачки шин велосипеда:
Процесс накачки шин проходит стремительно, поэтому необходимо постоянно следить за показаниями манометра насоса. Если этого не делать, давление в шине может возрасти выше допустимого, что приведёт к разрыву велокамеры.
Итоги и выводы
Изготовленный своими руками блок питания для автомобильного компрессора с целью накачки велосипедных шин дома показал свою полную пригодность для эксплуатации.
Это позволяет отказаться от трудоёмкого и не слишком увлекательного процесса ручной накачки шин.
Однако при создании таких блоков основной проблемой становится поиск подходящего трансформатора. Как уже упоминалось, приобретение нового трансформатора может сверх допустимого увеличить затраты на проект, поэтому оптимальным решением является использование трансформатора из старой техники. Возможно, подойдёт трансформатор из старосоветских зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов, либо эти устройства можно модернизировать, добавив новую функцию.
Теперь о том, где можно приобрести другие необходимые компоненты.
Диоды Шоттки не обязательно покупать — их можно извлечь из старых сгоревших компьютерных блоков питания (при условии, что их достаточно, минимум два). Важно, чтобы диоды были именно диодами Шоттки с номинальным током не менее 20 А, пусть даже если они окажутся разных типов.
Если же выломать диоды неоткуда, то их можно купить на Алиэкспресс. Диоды Шоттки MBR3045PT есть по этой ссылке на Али ($3.5 за 10 шт.). Могут пропадать из продажи, пользуйтесь поиском на Али!
"Мелкие" зажимы-крокодилы тоже можно купить на Али, например, здесь; крупные крокодилы - здесь.
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Быстросъёмники доступны для приобретения в автомобильных магазинах, как онлайн, так и офлайн. Пластиковый контейнер можно найти в хозяйственных магазинах, а также в некоторых супермаркетах и магазинах сети "Фикспрайс".
Всем спасибо за внимание!
Подписывайтесь на этот Дзен-канал: будет ещё много интересного!