Provare e riparare un caricabatterie richiede poco tempo, purché si disponga delle apparecchiature e degli utensili adatti e si conoscano le procedure di prova.
Tester d'ingresso a limitazione di corrente
Prima di provare un caricabatterie, è opportuno collegarlo a una presa a limitazione di corrente, per evitare di far saltare i fusibili in caso di cortocircuito. Un banco di prova d'ingresso di questo tipo può essere realizzato seguendo lo schema elettrico della Figura 1-1.
CB1 è un interruttore automatico da 20 A a riarmo manuale, di tipo rapido; F1 è un fusibile da 20 A; SW2 e SW4 sono interruttori a levetta unipolari (SPST) da 15 A a 115 V ciascuno; le lampade R2 e R3 sono lampade riscaldanti a infrarossi da 250 W e 115 V (in alternativa si può impiegare un unico elemento riscaldante conico da 550–600 W); R1 è una lampada da 100 W e 115 V; V è un voltmetro 0–150 V c.a.; A è un amperometro 0–15 A; SW3 è un interruttore di cortocircuitazione dell'amperometro da 15 A a 115 V, con contatti normalmente chiusi che devono essere mantenuti aperti per leggere l'amperometro A. La presa REC è una presa con contatto di terra a "U", in cui si inserisce il cavo di alimentazione c.a. del caricabatterie oppure il cavo di prova TC. Il cavo di prova TC è un cavo bipolare con due piccole pinze a coccodrillo isolate, che consente di provare separatamente trasformatori, temporizzatori e motori.
L'interruttore SW2 è rappresentato nella posizione "in": in questa posizione nel circuito è inserita la sola lampada a resistenza elevata R1, oppure R1, R2 e R3 in parallelo. La posizione "out" di SW2 esclude per cortocircuito tutta la resistenza dal circuito e applica la tensione piena direttamente alla presa REC.
L'interruttore SW4 è rappresentato nella posizione "H": in questo caso la lampada a resistenza elevata R1 è inserita nel circuito solo se SW2 si trova in posizione "in". Con SW4 in posizione "L" è inserita la resistenza bassa, costituita dalle lampade R1, R2 e R3 in parallelo, sempre che SW2 si trovi in posizione "in".
Prima di collegare il caricabatterie alla presa, portare SW2 in posizione "in" e SW4 in posizione "H" per provare caricabatterie di piccola taglia, temporizzatori e motori, oppure in posizione "L" per provare caricabatterie di taglia maggiore.
Collegare il caricabatterie senza però collegare i cavi in c.c. alla batteria e senza lasciare che si tocchino tra loro. Accendere il caricabatterie, percorrere tutte le posizioni del selettore di regime di carica e del selettore di batteria e osservare il voltmetro V. La tensione scende a zero o quasi a zero se è presente un cortocircuito
in un punto qualsiasi del circuito primario o secondario. Se la tensione non scende affatto, vi è un circuito aperto nel primario o nel cavo di alimentazione. In assenza di cortocircuiti e di interruzioni, il voltmetro indica un valore inferiore alla tensione di rete, che può scendere fino a 30 V nei caricabatterie di taglia maggiore, con corrente primaria normale di 10–15 A.
Se non vi sono cortocircuiti, portare SW2 in posizione "out", collegare i cavi alla batteria e procedere alla prova del caricabatterie. Per leggere la corrente assorbita dal caricabatterie, premere SW3 e leggere l'amperometro A.
Il circuito della Figura 1-1 può essere montato su un pannello sperimentale ("bread board") oppure alloggiato in un armadio metallico ben ventilato. Tutti i componenti sono facilmente reperibili presso i rivenditori di materiale elettrico.
Se si desidera, il tester d'ingresso può restare collegato in permanenza alla rete c.a. per controllare la tensione di alimentazione.
Voltohmmetro
Il voltohmmetro è uno strumento indispensabile, ma non deve essere così elaborato o sensibile come quelli impiegati nell'assistenza radio e TV. Deve invece essere il più preciso possibile. Le portate importanti sono le seguenti:
- Volt c.c. 2,5-10-50-250
- Volt c.a. 2,5-10-50-250-1000
- Ohm 1-10-100-10K-100K
Un voltohmmetro che soddisfa questi requisiti è il Simpson 260 Series 5, disponibile presso molti rivenditori di materiale elettrico.
Analizzatore di condensatori
Un analizzatore di condensatori è utile per provare la grande varietà di condensatori impiegati nei circuiti dei caricabatterie. Deve consentire di verificare, sui condensatori in olio e in carta e su quelli elettrolitici, il valore effettivo di capacità, la corrente di dispersione e il fattore di potenza. Le portate importanti comprendono 0,001–100 mfd per i condensatori in olio e in carta e 1–1000 mfd per gli elettrolitici. Questi analizzatori sono facilmente disponibili, in kit o già montati, presso i rivenditori di materiale elettrico.
Tester per raddrizzatori e diodi
Un tester per raddrizzatori e diodi consente di risparmiare molto tempo. Non esiste, per quanto noto, uno strumento in commercio che provi sia i diodi e i raddrizzatori per correnti elevate sia i piccoli diodi a bassa corrente, o che indichi la polarità di raddrizzatori, diodi e transistor. Per i raddrizzatori di potenza sono disponibili strumenti per servizio gravoso presso i rivenditori di materiale elettrico, oppure presso i ricambisti per autoveicoli, come tester per diodi di alternatore.
Con materiali facilmente reperibili è possibile realizzare un buon tester per raddrizzatori e diodi, seguendo i particolari della Figura 1-2. Questo strumento verifica tutti i raddrizzatori e i diodi, oltre ai transistor di potenza, per interruzioni, cortocircuiti, conduttività e polarità, e verifica la polarità e lo stato di altri dispositivi a semiconduttore di bassa corrente con portata di 40 mA o superiore. Nella maggior parte dei casi i raddrizzatori principali dei caricabatterie possono essere provati per conduttività, cortocircuiti e interruzioni senza scollegare il trasformatore, mantenendoli collegati nel circuito. Altri diodi e transistor di piccola taglia possono invece richiedere lo scollegamento per la prova.
Nella Figura 1-2 il trasformatore T1 può essere un qualsiasi trasformatore per caricabatterie con secondario a prese, in grado di caricare con un regime di 6 A a 6 o 12 V. Come due conduttori esterni si utilizzano la presa da 6 V del primario e la presa comune. L'interruttore SW1 è un interruttore a levetta unipolare (SPST) da 3–6 A a 115 V; SW2 è un commutatore rotativo a 3 contatti da 6 A a 115 V, che serve a tarare le due portate dello strumento: la posizione H per tarare raddrizzatori e diodi con portata superiore a 5 A e la posizione L per quelli con portata inferiore a 5 A. La posizione T serve alla prova di conduttività attraverso i puntali PR3 e PR4. SW3 è un commutatore bipolare a due vie (DPDT) senza posizione di riposo, da 6 A a 115 V, con cui si selezionano le portate di corrente alta e bassa: la posizione L per i raddrizzatori con portata inferiore a 5 A, che assorbono circa 100 mA, e la posizione H per quelli con portata superiore a 5 A, che assorbono circa 5 A. Il potenziometro R1 è un resistore a filo avvolto da 100 Ω e 2 W, con curva lineare, per la portata bassa inferiore a 5 A. Il potenziometro R2 è un resistore a filo avvolto da 2 Ω e 50 W, con curva lineare, per la taratura della portata alta superiore a 5 A. Il potenziometro R3 è un resistore a filo avvolto con curva lineare da 25 Ω e 1 W, per la taratura di entrambe le portate. R4 è un resistore fisso da 20 Ω e 1 W.
Lo strumento V è un voltmetro da 6 V a scala espansa. Può essere impiegato un qualsiasi voltmetro da tester per batterie a 6 V, purché i resistori R1, R3 e R4 siano adeguati allo strumento sostitutivo. Un voltmetro a scala espansa fornisce le letture precise necessarie per individuare i raddrizzatori con conduttività pari solo all'80 %, inutilizzabili nei caricabatterie. I condensatori C1 e C2 sono due condensatori elettrolitici da 100 mfd e 25 V, collegati in opposizione tra loro in modo da costituire un elemento non polarizzato, nel caso in cui il raddrizzatore in prova venga collegato con polarità inversa. L'induttanza di filtro CH1 è un avvolgimento primario di trasformatore da 7 Ω, ricavato da un caricabatterie da 6 V e 4 A. CH1 e i condensatori C1 e C2 filtrano l'uscita del raddrizzatore e mantengono ferma la lancetta dello strumento. Le lampade B3 e B4 sono lampade per fari d'automobile numero 2330 da 6–8 V, con i filamenti collegati in serie. Queste lampade hanno una flangia che può essere utilizzata per il montaggio e per collegare tra loro le due lampade, mentre i filamenti di ciascuna lampada si collegano saldando il conduttore su entrambi i morsetti. Il diodo D4 è un diodo al silicio impiegato per carichi inferiori a 5 A e può essere un qualsiasi diodo di piccola taglia con portata di 750 mA e 200 PIV. Il diodo D3 è destinato a carichi superiori a 5 A e può essere un qualsiasi diodo al silicio da 35 A e 50 PIV, per esempio il Motorola 1N1183. La lampada spia B5 è una lampada No. 53 o una qualsiasi lampada da 12–14 V.
I conduttori dei puntali di prova PR3 e PR4 devono essere lunghi circa 4 o 5 piedi, ovvero quanto basta per raggiungere il caricabatterie in prova dal banco di lavoro, e possono terminare con pinze a coccodrillo o con puntali a punta. I puntali PR3 e PR4 servono alle prove di conduttività e di qualità su tutti i raddrizzatori e i diodi impiegati nei circuiti dei caricabatterie. Sebbene indichino anche la polarità, i cortocircuiti e le interruzioni, i puntali PR1 e PR2 sono più adatti a individuare tutte queste condizioni tranne la qualità e vanno quindi utilizzati per primi nella prova di raddrizzatori e diodi. I puntali PR1 e PR2 sono meccanicamente identici, ma sono collegati in modo diverso, come mostra la Figura 1-2. I diodi D1 e D2 sono uguali a D4. Le lampade B1 e B2 sono entrambe del tipo No. 53. I portalampada BB sono uguali tra loro, a baionetta miniatura con contatto singolo e staffa disassata isolata da entrambi i morsetti. Un lamierino di rame tagliato come indicato nel particolare A presenta a un'estremità due alette che si ripiegano a formare un morsetto per il cavo e, all'estremità opposta, un foro. Il particolare C è un filo di rame No. 12 affilato a punta a un'estremità, con un occhiello di fissaggio all'altra. I particolari A, BB e C e il capocorda a saldare F sono uniti da una vite 6-32 × ⅜ di pollice DD e da un dado 6-32 E. A montaggio e prova ultimati, avvolgere l'intero puntale con nastro isolante in plastica, lasciando scoperta la sola parte in vetro della lampada per poterla osservare. Il cavo tripolare, particolarmente
flessibile, che collega i due puntali PR1 e PR2 tra loro e al tester, è codificato a colori: nero B, verde G e rosso R.
Durante l'impiego del tester per raddrizzatori, i puntali PR1 e PR2 servono a determinare la polarità e a segnalare cortocircuiti o interruzioni in raddrizzatori, diodi e transistor. Questi puntali indicano se i diodi o i raddrizzatori funzionano, ma non con quale efficienza conducono. Quando PR1 e PR2 vengono applicati a un raddrizzatore, a un diodo o a una sezione di transistor in grado di condurre 40 mA o più, indipendentemente da come i puntali sono collegati ai morsetti del componente in prova, si accende soltanto la lampada B1 o B2 associata al puntale posto sull'anodo, a indicare l'effetto raddrizzatore. Se non si accende nessuna delle due lampade, il componente è interrotto. Se si accendono entrambe, il componente è in cortocircuito. Se entrambe si accendono con luminosità diversa, è presente una dispersione in parallelo, come avviene nelle prove "in circuito", oppure il raddrizzatore in prova ha una resistenza inversa quasi pari a quella diretta, motivo sufficiente per scartarlo. Se il componente in prova risulta in cortocircuito o interrotto, non proseguire con la prova di conduttività mediante i puntali PR3 e PR4.
I puntali PR3 e PR4 provano conduttività e qualità di raddrizzatori, diodi e transistor di potenza in grado di condurre 100 mA o più, e confermano inoltre cortocircuiti e interruzioni.
Inizialmente, e poi periodicamente, è necessario tarare lo strumento V sui riferimenti di taratura incorporati costituiti dai diodi D3 e D4. Per la taratura, collegare il cavo di alimentazione del tester e chiudere SW1; portare SW2 e SW3 in posizione L; portare il potenziometro R3 a metà corsa e regolare R1 finché lo strumento V non indica il margine destro della zona verde "SAFE" sotto la scritta "CHARGE". Ignorare le due scale superiori "LOAD TEST" e "GEN REGUL.". Se non si riesce a raggiungere questo punto, regolare sia R3 sia R1 fino a ottenerlo. Con questa regolazione le lampade B3 e B4 non si accendono. Portare quindi SW2 e SW3 in posizione H (le lampade B3 e B4 devono accendersi) e regolare R2 finché lo strumento V non indica il margine destro della zona verde "SAFE". Può essere necessario ripetere queste due regolazioni, correggendo R1, R2 e R3, fino a ottenere la stessa lettura su entrambe le portate. Nessun diodo o raddrizzatore in prova deve superare questo punto, se D3 e D4 sono conformi. Tutti i raddrizzatori in buono stato, compresi i più vecchi raddrizzatori al selenio a bassa conduttività, devono restare ampiamente entro la zona "SAFE". I casi limite si possono risolvere sottoponendo il caricabatterie a una prova di carico in uscita.
Dopo la taratura dello strumento si procede come segue. Per prima cosa, con i puntali PR1 e PR2, verificare interruzioni, cortocircuiti e polarità. Se non vi sono interruzioni né cortocircuiti, si accende la lampada di uno dei due puntali PR1 o PR2, indicando l'anodo. Il puntale rosso PR3 va collegato al morsetto di anodo e il puntale nero PR4 al morsetto di catodo. Portare SW3 in posizione H per portate superiori a 5 A oppure in posizione L per portate inferiori a 5 A, e portare SW2 in posizione di prova T. Chiudere SW1: se il componente è accettabile, lo strumento deve indicare nella zona verde "SAFE". Nella posizione H di SW3 un componente in cortocircuito fa aumentare la luminosità di entrambe le lampade B3 e B4. Accertarsi che la polarità sia corretta: un collegamento invertito non produce alcuna indicazione sullo strumento.
Non lasciare il tester acceso o collegato, per la taratura o per la prova, più del tempo necessario a ottenere la lettura.
Questo tester consente di provare i transistor di potenza soltanto nella portata bassa L, inferiore a 5 A, che assorbe una corrente di 100 mA.
I puntali PR3 e PR4 fanno circolare nel raddrizzatore una corrente di 5 A nella portata H e di 100 mA nella portata L. I puntali PR1 e PR2 fanno circolare nel raddrizzatore una corrente di 40 mA.
Tester di carico per caricabatterie e saldatrice in corrente continua
L'uscita di ogni caricabatterie deve essere provata sotto carico, per verificare che eroghi i valori nominali corretti alla tensione di rete nominale.
Un buon tester di carico, acquistabile presso i rivenditori di materiale elettrico, prova tutte le batterie da 2 a 40 V e, impiegato con le batterie, consente di scaricarle o di mantenerle alla tensione desiderata. Utilizza un reostato a pila di carbone per regolare il carico a qualsiasi valore, con voltmetro e amperometro a 3 portate. È possibile utilizzare qualsiasi tester di carico per batterie, ma di norma questi strumenti sono limitati a 6 e 12 V.
Un tester di carico per prove a diversi livelli di tensione può essere realizzato secondo lo schema della Figura 1-3. Le tensioni di prova più utili sono 6, 12, 18, 24, 30 e 36 V. Se si provano soltanto apparecchi a 6 e 12 V, le altre sezioni possono essere eliminate; se servono tensioni più elevate, se ne possono aggiungere. Le sei batterie da 6 V rappresentate devono essere tutte uguali e possono essere normali batterie al piombo-acido per autoveicoli da 6 V, non necessariamente per servizio gravoso: mantenute cariche, durano anni in questo impiego. Per i caricabatterie industriali con uscita superiore a 100 A occorrono batterie di capacità maggiore. Di norma queste batterie si mantengono cariche grazie alle prove stesse dei caricabatterie. Occorre però equalizzarle di tanto in tanto, caricandole con frequenza sufficiente a mantenere l'elettrolito a piena carica in tutti gli elementi. Un semplice caricabatterie si può realizzare con il trasformatore e il raddrizzatore di un caricabatterie da 36 V, aggiungendo gli accessori desiderati.
I resistori R1 sono identici resistori di carico per prova di batterie a 6 V, impiegati nei tester di carico commerciali. Possono essere acquistati come ricambio nuovo, recuperati da vecchi tester fuori uso oppure realizzati secondo i particolari costruttivi delle Figure 1-4 e 1-5. Tutte le sezioni vanno realizzate come la sezione A-B, cioè con 12 piedi di 5 fili di filo di ferro per legature da 0,0625 pollici avvolti su un pannello di amianto, aggiungendo ulteriori sezioni se il dispositivo viene impiegato anche per la saldatura, come spiegato più avanti. I solenoidi RL1 sono tutti uguali e sono normali solenoidi di avviamento per autoveicoli a 6 V per servizio intermittente, con un unico morsetto di piccole dimensioni tra i due perni maggiori, collegato a un'estremità della bobina. L'altra estremità della bobina è collegata internamente al morsetto "BAT". I contatti verso i perni maggiori sono normalmente aperti e si chiudono all'eccitazione della bobina. Gli interruttori SW1 sono uguali tra loro e sono pulsanti unipolari (SPST) a contatto momentaneo, normalmente aperti. Gli interruttori SW2 sono uguali tra loro, unipolari (SPST) da 1–3 A a 115 V. Gli interruttori SW3 sono deviatori identici (SPDT) con posizione di riposo. SW2 e SW3 vanno sempre aperti quando non sono in uso, perché gli strumenti scaricherebbero lentamente le batterie. Lo strumento A1 è un amperometro in c.c. 0–10 A; A2 è un amperometro in c.c. 0–100 A. Lo strumento V1 è un voltmetro in c.c. 0–8 V per caricabatterie da 6 V; V2 è un voltmetro in c.c. 0–15 V per caricabatterie da 12 V; V3 è un voltmetro in c.c. 0–30 V, commutabile per la lettura di 18 o 24 V; V4 è un voltmetro in c.c. 0–50 V, commutabile per la lettura di 30 o 36 V. I voltmetri V1, V2, V3 e V4 devono essere precisi. Se non lo sono, possono essere ritarati per una singola tensione agendo sulla regolazione dello zero, se accessibile sul frontale dello strumento. In alternativa, il voltmetro si può tarare con un reostato in serie allo strumento, per ridurre la lettura se è troppo alta, oppure con un reostato in parallelo alla resistenza moltiplicatrice interna, per aumentarla. Se non si dispone di un campione preciso, tarare lo strumento su una batteria al piombo-acido in buono stato e completamente carica, a temperatura ambiente normale di circa 77 °F, che abbia perso la carica superficiale, per esempio 24 ore dopo la carica completa, assumendo un valore di 2,1 V per elemento. I morsetti di prova delle batterie sono portati in una posizione comoda sul fronte del banco e contrassegnati come indicato. I morsetti negativi sono verniciati di nero e contrassegnati "NEG", oppure lasciati senza contrassegno. I due morsetti positivi sono verniciati di rosso o contrassegnati "POS". Sopra i morsetti va appesa una tendina di gomma, per esempio un pezzo di vecchia camera d'aria, per evitare cortocircuiti accidentali; va rimossa quando si utilizza il tester di carico. Realizzare i morsetti di prova con un tratto di tubo di rame lungo circa 3 pollici, saldato o crimpato all'estremità dei cavi, schiacciato e forato per il fissaggio. Piegarli poi verso l'esterno, lontano dal banco, in modo da poter accogliere la pinza del caricabatterie.
Per utilizzare il tester di carico, collegare la pinza positiva (rossa) del caricabatterie al morsetto di prova positivo adeguato: per i caricabatterie di piccola taglia, inferiori a 10 A, il morsetto positivo 10 A; per quelli superiori a 10 A, il morsetto positivo 100 A. La pinza negativa del caricabatterie va collegata al morsetto di prova negativo della tensione corretta, cioè 6, 12, 18, 24, 30 o 36 V.
Portare il commutatore del voltmetro SW2 o SW3 sulla tensione del caricabatterie in prova. Collegare il cavo c.a. del caricabatterie, accenderlo in carica e annotare la lettura dell'amperometro sia sul caricabatterie sia sul pannello di prova: le due letture devono essere circa uguali. Su molti caricabatterie, tuttavia, gli amperometri tendono a indicare per eccesso, cioè segnalano una corrente superiore a quella effettivamente erogata, il che è più prudente di una lettura per difetto. Se il caricabatterie eroga la piena corrente nominale nella regolazione massima, il voltmetro in c.c. indica la tensione nominale o un valore superiore e la tensione di rete è normale, il caricabatterie sta erogando la piena uscita.
Se la corrente continua non raggiunge il valore nominale, è probabile che la tensione della batteria sia salita oltre il valore nominale. Premere il pulsante SW1 corrispondente alla tensione della batteria, per applicare un carico alla batteria e al caricabatterie. Mantenere premuto SW1 finché il voltmetro in c.c. non indica esattamente la tensione nominale, cioè 6, 12, 18, 24, 30 o 36 V. Leggere quindi rapidamente l'amperometro in c.c. sul tester e sul caricabatterie. Può essere necessario spegnere il caricabatterie e scaricare la batteria per 20 secondi, per abbassarne la tensione.
La procedura è la stessa quando si impiega un tester di carico già costruito: collegare alla batteria le pinze del tester e quelle del caricabatterie e inserire il numero corretto di resistori di carico per la scarica.
Il tester di carico serve a riportare la tensione della batteria al valore nominale. Un caricabatterie eroga la corrente nominale solo su una batteria completamente scarica, con tensione pari o inferiore al valore nominale. Nella maggior parte dei caricabatterie a tensione costante, con il procedere della carica la tensione della batteria aumenta e la corrente diminuisce; la resistenza di carico scarica quindi la batteria e contribuisce a mantenerne bassa la tensione durante la prova.
In officina un tester di carico a resistenza singola non è pratico, data la grande varietà di caricabatterie da provare. Una volta stabiliti però i valori di tensione e corrente su una determinata resistenza, essi costituiscono un'indicazione precisa della piena uscita del caricabatterie. Caricare una batteria è diverso dall'applicare una tensione soltanto a una resistenza. Il caricabatterie
deve prima vincere la forza controelettromotrice della batteria per poter erogare
corrente di carica. Dopo che il caricabatterie ha raggiunto la tensione nominale della batteria scarica, la corrente assorbita dalla batteria è determinata dalla resistenza interna della batteria stessa. Tale resistenza è dovuta alle piastre, ai collegamenti tra gli elementi e all'elettrolito ed è molto bassa, pari a frazioni di ohm. Per questo la conduttività dei raddrizzatori e la tensione di rete sono piuttosto critiche per ottenere la piena uscita del caricabatterie.
Il tester di carico della Figura 1-3 costituisce anche un'ottima saldatrice in corrente continua per saldatura ad arco con elettrodo metallico, a polarità diretta e inversa, per brasatura con torcia ad arco, per saldature dolci pesanti e per riscaldamento. Il resistore di caduta di tensione è costituito da tutti i resistori di carico R1 più ulteriori sezioni; nello schema ne sono rappresentate soltanto tre. La pinza pos. W1 si collega a una delle giunzioni tra due resistori R1 qualsiasi, mentre la pinza pos. W2 è il portaelettrodo positivo di saldatura o la torcia ad arco al carbone. La pinza neg. W è il collegamento negativo di saldatura. Questa configurazione è sufficiente per le occasionali operazioni di saldatura, brasatura o saldatura dolce pesante che si presentano nell'assistenza ai caricabatterie.
Pannello di resistenze regolabile per servizio gravoso
Un pannello di resistenze regolabile per servizio gravoso può essere impiegato non solo come tester di carico più flessibile e come resistore di scarica per batterie a tutte le tensioni, ma anche per molti altri scopi nell'assistenza ai caricabatterie.
Realizzare un pannello di resistenze come indicato nelle Figure 1-4 e 1-5. Con il cavo e la pinza K e con il ponticello J si può selezionare qualsiasi resistenza di carico per ridurre o mantenere la tensione della batteria al valore desiderato. Se si desidera, si può collegare in serie un reostato a pila di carbone per servizio gravoso, per ottenere una regolazione fine, e si può aggiungere alla giunzione H una lunga bobina di filo riscaldante in nichrome di sezione elevata, per disporre di resistenze più alte. Per inserire e disinserire rapidamente e comodamente il resistore di carico si può utilizzare in serie un solenoide o un interruttore di avviamento a pedale per autoveicoli.
Il pannello di prova della Figura 1-5 è avvolto con filo di ferro per legature del diametro di 0,0625 pollici. Il numero di fili e la lunghezza di ciascuna sezione sono indicati nella Figura 1-4. Dopo averli misurati e tagliati a misura, i fili si ritorcono fissandone un'estremità in una morsa e le altre estremità ai raggi di una ruota: facendo girare la ruota, i fili vengono ritorti strettamente.
Il pannello è di amianto, di spessore ¼ di pollice, lungo 36 pollici e largo 30, serrato alle due estremità da bulloni passanti in profilati angolari da 1 × 1 × ⅛ di pollice, come indicato. Se il pannello viene utilizzato su un pavimento infiammabile, per esempio in legno, predisporre una vasca in lamiera da collocare sotto i piedi del pannello, per raccogliere eventuali scintille o metallo fuso in caso di collegamento errato accidentale. Con un seghetto, praticare tacche nei bordi superiore e inferiore, con passo di 1 pollice, per tenere i fili separati e in posizione. In corrispondenza di ogni giunzione, ritorcere i fili tra loro, portarli fuori perpendicolarmente al pannello e brasare o saldare le estremità per ottenere un buon contatto elettrico. Le giunzioni che si trovano sul retro del pannello, come C e F, possono essere portate sul fronte attraverso un foro praticato nel pannello. Ogni giunzione va fissata con filo passante in piccoli fori praticati nel pannello. Isolare con carta di amianto i fili troppo ravvicinati. Le prese intermedie possono essere ricavate a pannello completato, impiegando connettori di rame in due pezzi come quelli usati dagli elettricisti.
La Figura 1-4 riporta la corrente massima e la resistenza approssimativa in ohm di ciascuna sezione, oltre alla tensione e alla resistenza totali dalla giunzione A a ogni giunzione successiva.
Per utilizzare il pannello, collegare il conduttore K a un lato della batteria e del caricabatterie e collegare il ponticello J tra l'altro lato della batteria e del caricabatterie e la giunzione corrispondente al carico desiderato.
Con una certa esperienza il pannello può essere tarato per provare qualsiasi caricabatterie senza batterie. La tensione e/o la corrente di uscita risultano inferiori a quelle ottenute con il collegamento a una batteria. Per ogni modello di cui si conosce la piena uscita su batteria, preparare una tabella: scegliere una giunzione che dia approssimativamente la corrente nominale piena e registrare i valori esatti di corrente e tensione, la giunzione utilizzata e la tensione di rete con il pannello di prova freddo all'avvio. La tensione continua risulta notevolmente inferiore al valore nominale. Provando gli stessi modelli, o un modello analogo di pari caratteristiche, con il solo pannello di resistenze e senza batteria, le letture devono risultare approssimativamente le stesse. Va ricordato che, con il riscaldamento del pannello, la resistenza aumenta e la corrente diminuisce: una prova rapida a freddo, eseguita ogni volta all'avvio, dà letture ripetibili.
La Figura 1-4 indica la tensione massima da applicare tra la giunzione A e le altre giunzioni. Una tensione più bassa applicata tra la giunzione A e una giunzione più lontana determina però una corrente minore: per esempio, 6 V tra le giunzioni A e F danno una corrente di circa 10 A (0,630 Ω).
Il pannello può essere impiegato anche per altri scopi, per esempio come resistore di caduta di tensione nella prova dei regolatori di tensione della Figura 1-6, dove è indicato come R1.
Il pannello di resistenze di prova consente di determinare la resistenza corretta dei resistori di zavorra o di caduta di tensione impiegati nei circuiti primari o secondari dei caricabatterie, quando si collegano o si convertono al funzionamento 6/12 V i vecchi caricabatterie per soli 6 V, oppure quando in alcuni casi occorre ridurre l'uscita. Dopo aver individuato le giunzioni che danno il valore corretto, misurare la resistenza con precisione con un ohmmetro a portata bassa o con un ponte di Wheatstone. Per i valori bassi, calcolare la resistenza con la legge di Ohm, dopo aver letto la corrente e la caduta di tensione ai capi della sezione di resistore: la resistenza in ohm è pari alla caduta di tensione divisa per la corrente in ampere. Per esempio, con 10 A attraverso il resistore e una caduta di tensione di 6 V ai suoi capi, la resistenza è di sei decimi, cioè 0,6 Ω. La potenza nominale del resistore deve essere almeno pari al prodotto della corrente per se stessa e per la resistenza, cioè 10 × 10 × 0,6 = 60 W.
Banco di prova per regolatori di tensione alimentato dal caricabatterie
Per regolare e verificare in modo corretto e rapido i regolatori di tensione automatici dei caricabatterie servono una tensione continua variabile e un voltmetro in c.c. preciso. La Figura 1-6 mostra un banco di prova che utilizza la tensione del caricabatterie invece di una sorgente di tensione esterna.
Nella Figura 1-6a il potenziometro R2 è un'unità a filo avvolto da 1 kΩ e 10 W. I morsetti T1, T2 e T3 sono piccole pinze a coccodrillo su conduttori lunghi circa 2 piedi. F è un fusibile da 1/10 (0,1) A. V è un voltmetro in c.c. con portata adeguata alla tensione della batteria, collegato come indicato.
Per utilizzare il banco di prova, scollegare il conduttore positivo dal morsetto positivo del regolatore di tensione e collegarlo alla pinza T1. Collegare quindi la pinza T3 al morsetto positivo del regolatore di tensione. Collegare la pinza T2 al conduttore e al morsetto negativi, che restano collegati al regolatore di tensione. Collegare il caricabatterie, accenderlo e regolare il potenziometro R2 fino a raggiungere la tensione di disinserzione corretta. Se necessario, ritarare il regolatore di tensione.
Se la tensione della batteria non è sufficiente a raggiungere il punto di disinserzione, per accelerare la regolazione si può portare la tensione del caricabatterie alle pinze T1 e T2 al di sopra della tensione della batteria, inserendo la resistenza R1 della Figura 1-6b tra il morsetto positivo della batteria BAT e la pinza positiva CH del caricabatterie. Il resistore R1 può essere una vecchia molla di acciaio con filo di sezione No. 14 o superiore, a seconda della corrente, di diametro ¾ di pollice e lunghezza 2 piedi, oppure una serie di vecchi resistori di scarica per tester. Meglio ancora è il pannello di resistenze delle Figure 1-4 e 1-5. Utilizzare un valore di resistenza che consenta alla tensione del caricabatterie di salire leggermente sopra la tensione di disinserzione desiderata del regolatore.
Banco di prova autonomo per regolatori di tensione, alimentato a batteria
La Figura 1-7 mostra lo schema di un banco di prova autonomo per regolatori di tensione, alimentato a batteria, disponibile già costruito presso i rivenditori di materiale elettrico.
V è un voltmetro in c.c. con fondo scala di 50 V e resistenza di 50 kΩ, pari a 1 kΩ per volt. SW1 è un interruttore a contatto momentaneo normalmente aperto, chiuso per la prova ("test") e aperto per l'impiego come voltmetro indipendente. BAT è una batteria "B" da 67,5 V. R1 è un potenziometro da 10 kΩ e R2 un resistore da 3 kΩ. Il tester dispone inoltre di un termometro incorporato con scala tarata in tensione di disinserzione.
A causa dell'elevata resistenza del potenziometro, l'indicazione del voltmetro di questo banco di prova cala improvvisamente quando si raggiunge la tensione del diodo Zener del regolatore. Se scende sotto la tensione di reinserzione del regolatore, aumentare la tensione ruotando in senso orario il potenziometro R1, fino a raggiungere di nuovo la tensione di disinserzione. Ridurre quindi lentamente la tensione per verificare la tensione di reinserzione del regolatore, se prevista.
In mancanza di indicazioni più precise sulle regolazioni del regolatore di tensione, si può fare riferimento alla Tabella 1-1. Quando durante la carica si raggiunge il punto di gassificazione della batteria, la tensione ai morsetti della batteria a 77 °F deve essere approssimativamente quella indicata nella Tabella 1-1.
Tensione di disinserzione del regolatore per i diversi tipi di batteria
Banco di prova per regolatori di tensione alimentato in corrente alternata
La Figura 1-8 mostra un banco di prova per regolatori di tensione alimentato in corrente alternata.
Il trasformatore T1 può essere una sezione da 120 o 240 V di un piccolo trasformatore con presa centrale, così da funzionare come autotrasformatore. Si può impiegare anche la sezione primaria o secondaria di un vecchio trasformatore di alimentazione per radio, purché dotata di presa centrale. I diodi D1 e D2 sono diodi al silicio da 1 a 2 A e 200–400 PIV. L'uscita del raddrizzatore deve essere filtrata, altrimenti il valore di picco della tensione raddrizzata darebbe una falsa tensione di intervento. Normalmente, con il regolatore collegato al caricabatterie, la batteria si comporta come un grande condensatore e contiene la maggior parte di questi picchi di tensione. CH1 è un'induttanza di filtro da 30 H. I condensatori C1 e C2 possono essere condensatori elettrolitici da 8–16 mfd e 200 DCWV. R1 è un potenziometro a filo avvolto da 1 kΩ e 10 W. F è un fusibile da ¼ A. Lo strumento V è un voltmetro in c.c. 0–50 V. Il circuito fornisce un'uscita in corrente continua di circa 0–70 V. L'autotrasformatore può comportare il rischio di scossa elettrica: per questo motivo è preferibile un trasformatore di isolamento con avvolgimenti primario e secondario separati, purché il secondario sia da 120 V con presa centrale (60 V su ciascun lato della presa centrale).
Un'altra soluzione consiste nell'impiegare un circuito a ponte nella sezione raddrizzatrice, con una tensione d'ingresso di 60 V ricavata da un Variac o da un'altra sorgente di tensione variabile.
Quando si impiega un banco di prova con batteria interna o con circuito raddrizzatore filtrato, come quelli delle Figure 1-7 e 1-8, è necessaria una regolazione finale dopo aver collegato il regolatore al caricabatterie, perché l'uscita del caricabatterie non è completamente filtrata, se non dalla tensione della batteria. I picchi della tensione raddrizzata fanno intervenire il regolatore a una lettura del voltmetro inferiore a quella impostata con tensione continua stabile: occorre quindi aumentare la regolazione della tensione di disinserzione. La tensione di reinserzione, invece, non dovrebbe richiedere una nuova regolazione, poiché il caricabatterie è spento e la tensione è fornita dalla sola batteria.
Con il banco di prova della Figura 1-6 questa regolazione finale non è di norma necessaria. Va comunque verificata quando il regolatore di tensione viene ricollegato all'uscita del caricabatterie per il funzionamento normale.
Convertitore da monofase a trifase
Se si intende riparare in officina caricabatterie industriali di grande taglia e non si dispone di un'alimentazione trifase, è possibile realizzare un convertitore relativamente economico con un qualsiasi motore elettrico trifase in buono stato, come indicato nella Figura 1-9, purché sia disponibile un'alimentazione monofase a 230 V. Questo convertitore alimenta tutti i caricabatterie trifase a 230 V e i gruppi motore-generatore, ma non le apparecchiature trifase a 440 V. Ciò sarebbe comunque possibile impiegando un trasformatore monofase da 10–15 kVA per elevare la tensione da 230 a 440 V e adattando il motore al funzionamento a 440 V.
Nella Figura 1-9 il motore M è un motore asincrono trifase a 230 V da 10–15 HP. L'interruttore SW è un sezionatore a coltello tripolare a due vie (3PDT) con un blocco che impedisce di portarlo nella posizione di marcia R prima di averlo portato nella posizione di avviamento S. SW può essere realizzato con due sezionatori tripolari (3PST) separati, affiancati con le leve una di fronte all'altra, uno dei due montato capovolto: unendo con bulloni le due leve si ottiene un sezionatore 3PDT, però senza blocco.
Il motore M viene avviato in monofase a 115 V con un condensatore elettrolitico di avviamento C da 500–700 mfd e 120 V. Quando il motore raggiunge la piena velocità, portare SW nella posizione di marcia R, che applica i 230 V monofase a una fase del motore M.
Un motore trifase alimentato con tensione monofase genera ai propri morsetti una tensione trifase, per effetto dell'induzione magnetica del rotore in rotazione nel campo alternato. Collegare i tre conduttori del motore 1, 2 e 3 a una presa o a un sezionatore per le prove in trifase.
Il convertitore può essere reso autoavviante con un relè di avviamento, reperibile presso i rivenditori di ricambi per motori elettrici. Le istruzioni di collegamento per questo tipo di convertitore sono di norma fornite con il relè.
Un motore di questo tipo costituisce anche un'ottima smerigliatrice per servizio gravoso: basta trascinare con una cinghia un albero portamola con una mola da fabbro da 10 pollici. La coppia di spunto del motore è sufficiente a portare la mola a velocità e l'inerzia della mola funge da volano, assistendo il motore durante i picchi improvvisi di corrente, per esempio all'avviamento di un gruppo motore-generatore trifase.
Voltmetro di precisione per la taratura in corrente continua
Chi si occupa della taratura di tester per batterie e della regolazione di regolatori di tensione ha bisogno di un voltmetro in c.c. preciso, con precisione garantita dello 0,5 % o migliore.
Non esistono in commercio strumenti standard con portate e precisione adeguate, a un costo ragionevole, per tarare e regolare correttamente le apparecchiature di servizio per batterie.
L'autore ha redatto le specifiche e ha contribuito in modo determinante allo sviluppo di un voltmetro in c.c. ideale, progettato specificamente per le esigenze particolari del settore delle apparecchiature di servizio per batterie.
La Figura 1-10 mostra la scala di un voltmetro in c.c. a tre portate, destinato a chi si occupa esclusivamente di batterie di avviamento per veicoli a 6, 12 e 24 V.
La Figura 1-11 mostra la scala di un voltmetro in c.c. a due archi con quattro portate di base, per batterie a 6, 12, 24 e 36 V, che coprono tutte le batterie di avviamento per veicoli oltre alle batterie da 36 V per golf cart e altri impieghi. Il selettore di portata per queste quattro portate è rappresentato nella Figura 1-11a. La Figura 1-11b mostra due portate aggiuntive, 8 × 10 (da 40 a 80 V, letti sulla scala 4-8 e moltiplicati per 10) e 16 × 10 (da 80 a 160 V, letti sulla scala 8-16 e moltiplicati per 10), per chi lavora con tutte le tensioni di batteria che si possono incontrare, o si prevede di incontrare, nel settore industriale e dei veicoli elettrici.
Gli strumenti elettrici con precisione del 2 % o peggiore vengono prodotti con quadranti prestampati, tutti uguali. Gli strumenti di precisione con classe dello 0,5 % o migliore richiedono quadranti e scale di taratura individuali, tracciati a mano. Il costo di produzione di questi strumenti secondo specifica è circa pari a quello di uno strumento di catalogo con scala equivalente.
Finché questi strumenti non saranno disponibili sul mercato, possono essere realizzati su ordinazione a un costo paragonabile a quello di uno strumento a supporti a gioielli, meno preciso.
La fonte 14 può fornire gli strumenti rappresentati nelle Figure 1-10, 1-11a, 1-11b e nella Tabella 1-2. Impiegando esclusivamente equipaggi mobili affidabili con quadrante neutro di costruttori quali General Electric, Westinghouse, Weston e altri, questo fornitore è in grado di realizzare quadranti tarati con precisione. Conoscendo già le specifiche, può formulare un prezzo indicando il numero della figura e il formato di strumento preferito. Per esempio, nella richiesta di offerta si può scrivere: "Si richiede prezzo e termine di consegna per lo strumento secondo le specifiche della Tabella 1-2, disegno Figura 1-11b, nel formato da 6½ pollici".
Specifiche del voltmetro di precisione per la taratura in corrente continua di apparecchiature di servizio per batterie
Il prezzo dipende dal formato dello strumento e dal fatto che abbia uno o due archi di scala. Uno strumento con le portate aggiuntive della Figura 1-11b (8 × 10 e 16 × 10) costa solo poco di più, perché occorre aggiungere soltanto due resistori moltiplicatori di precisione e due posizioni sul selettore.
Lo strumento a sospensione a nastro teso è superiore a quello con supporti a gioielli e costa meno, perché non ha cuscinetti né molla a spirale che introducano attrito. Questi strumenti sono più robusti e affidabili nel tempo e le letture si eseguono con facilità e precisione.
Alcuni dei nostri caricabatterie