Ovaj višenamenski uređaj za napajanje, kao rezultat samostalne i jednostavne  konstrukcije i nešto dužeg eksperimentisanja sa rezervnim izvorima napajanja, ima dosta široku praktičnu primenu, kako u laboratoriji, tako i u domaćinstvu. Može služiti za napajanje različitih aparata u kombinaciji mreža - baterija, kao što su tranzistorski prijemnici, pojačala male snage, digitalni časovnici, portabl TV i male svetiljke u slučaju nestanka struje u mreži. Njime sam izbacio upotrebu sveće, ili nekada popularne petrolejske lampe u slučaju nestanka struje, što se ranije često dešavalo pri elementarnim nepogodama. Njegova privlačnost je zbog mogućnosti eksperimentisanja sa rezervnim izvorima napajanja koja su nam i danas itekako potrebna. Čak, sa malom dogradnjom, može poslužiti za punjenje litijum jonske baterije mobilnog telefona na mestima gde nemamo mrežnog napona, kada boravimo u prirodi, na izletu i drugim sličnim situacijama. Više puta me ovakvo rezervno napajanje spašavalo pri potpuno praznoj bateriji mobilnog telefona, ali napominjem da sam imao prilagođeno napajanje i za takvu namenu, odnosno odgovarajući kabal za punjenje mobilnog telefona sa rezervnog izvora.

Umesto klasičnih baterija, koje koriste neki uređaji, mogu da se primene olovni (Pb) ili jači nikl-kadmijumski (NiCd) akumulatori. Kada je uključena mreža, baterija, odnosno akumulator, se napaja preko otpornika R2 (Rx), koji je tako dimenzionisan da samo nadoknađuje struju samopražnjenja. Tako npr. za R2 = 5 oma dobijamo da je konstantna struja punjenja Ip = (Ucener – Ubat)/ R2 = (15V – 12V)/ 5 oma = 0,6 ampera ( A ), što odgovara stabilnom punjenju i samodopunjavanju Acu baterije čak nešto većeg kapaciteta. Kod proračuna vrednosti otpornika (Rx) treba voditi računa o struji punjenja i o naponu baterije, što je posebno važno kod NiCd, ili kod litijum jonskih baterija. Svaka akumulatorska baterija na sebi ima označen kapacitet (Ah), napon (V) i struju punjenja (A), što je polazna osnova za bilo koji proračun pre gradnje i praktične primene rezervnog napajanja za različite varijante.

Načelna shema automatskog preklapanja mreža-baterija

Elektronika uređaja ima mrežni transformator ( 220/12V ), grec-spoj fabričkog tipa, dva elektrolita, NPN tranzistor sa hladnjakom, cener diodu i dva otpornika. Tome treba dodati jednu akumulatorsku bateriju većeg kapaciteta koja odgovara za predviđeno rezervno napajanje.

Za sadašnje uslove, umesto tranzistora BD106 preporučujem domaći 2N3055, cener dioda može da bude BZ12, s tim što treba meriti napon na njoj kada se ugradi u uređaj, jer je njena tolerancija prilično velika, pa može ponekad da ne odgovara. Nakon eksperimentisanja, ipak sam se odlučio za cener diodu BZ15, zbog mogućnosti preciznijeg određenja napona i struje dopunjavanja Acu baterije od 12 V, 7 Ah. Za napajanje baterije mobilnog telefona upotrebio sam dobro poznati regulator napona T805 sa konektorom za njeno punjenje. Kolo za punjenje mobilnog telefona nije prikazano na shemi, ali je veoma jednostavno, pošto regulator napona ima tri izvoda, prvi je ulaz ( In ), srednji minus pol, a treći izlazni napon od 5 V ( Out ).

Dioda D3 može da bude bilo koja silicijumska, ili germanijumska ( ispravljačka ) dioda za bar 1 A i inverzni napon od minimalno 100 V, znači da odgovara svaka TV ispravljačka dioda. Iste takve diode mogu da se primene i u ispravljaču. Tranzistor je potrebno ugraditi na aluminijsku pločicu, ili na gotov hladnjak površine 20 cm2 zbog mogućeg grejanja pri većim opterećenjima.

U galeriji slika, pored osnovne pločice sa elektronikom, predstavljeno je rezervno napajanje dve neonke sa njihovom elektronikom, napajanje malog fenjera, digitalnog termometra koji stalno očitava temperaturu i  računara sa što manje dodatnih potrošača. Pretvarač napona za neonku sa 12 V jednosmernog na 220 V naizmeničnog napona opisan je u jednom od mojih ranijih članaka. Za duže napajanje računara trebaju jake Acu baterije i pretvarač sa kontrolisanom, odnosno stabilnom frekvencijom ( 50 Hz ), što nije prikazano na shemi rezervnog napajanja, a za njegovu gradnju treba malo više konstruktorskog iskustva.

Zbog čega je još uvek, posle toliko godina od moje prve gradnje, aktuelna konstrukcija ovog višenamenskog uređaja? On, pre svega, u slučaju nestanka struje u mreži bešumno prebacuje napajanje sa mreže na Acu bateriju, a potrošnja za neke uređaje je beznačajno mala, tako da su vidne uštede i racionalna potrošnja energije. Pre svega, izbegnuta je kupovina još uvek skupih alkalnih baterija koje se ne mogu puniti. Jedina skuplja stavka su akumulatorske baterije čija se kupovina isplati za relativno kratko vreme. Puno znači rezervno svetlo u slučaju nestanka struje u mreži, ili kod napajanja digitalnog sata ili elektronskog termometra, za koje treba vremena za podešavanje posle nestanka, odnosno ponovnog dolaska struje. Za akumulatore većeg kapaciteta potrebne su snažnije ispravljačke diode, a danas se grec-spoj može naći veoma povoljno za veće jačine struje. Ako se opredelimo za snažnije akumulatore, koji služe kao rezervno napajanje, potrebno je voditi računa i o snazi mrežnog transformatora kojima se oni pune, odnosno dopunjavaju. Preciznim baždarenjem postigao sam stanje da me NiCd baterija nešto boljeg kvaliteta godinama besprekorno služila za različite namene i eksperimente. Tako sam spojio korisno i praktično sa delovima jeftine elektronike, izuzimajući Acu bateriju, ili olovni akumulator. Kod laboratorijskih eksperimenata sa pretvaračem napona moramo biti veoma oprezni sa visokim naponom, a kod osetljivih uređaja, kao što su portabl televizori i računari, odabranim radnim naponom, odnosno frekvencijom naizmenične struje koja mora biti stabilna. Izuzetno je složena i, po mom mišljenju, nije isplativa konstrukcija pretvarača napona 12V/220 V sa stabilnom frekvencijom ( 50 Hz ), tako da preporučujem da je bolje kupiti fabrički pretvarač za tu namenu, koji se može dosta povoljno naći  u specijaliziranim prodavnicama i na domaćem tržištu. Ako se odlučimo za takvu kupovinu, pretvarač napona ima elektroniku za automatsko prebacivanje rezervnog napajanja u slučaju nestanka struje, čime ćemo izbeći zadovoljstvo samostalne konstrukcije prema opisanoj shemi. Za mene je bila zanimljivija samostalna konstrukcija koja traži dosta snalažljivosti, vremena i strpljenja. Na kraju se sve isplatilo, pošto uređaj može da napaja, pojedinačno ili istovremeno, više aparata!

Izvori saznanja:
1. Moja radionica za eksperimente i teoriju fizike,
2. Časopis “Radio amater”, oktobra 1974. godine

Ukoliko nam je potrebno da svakog trenutka znamo kada je napon mreže opao ispod neke standardne vrednosti, ili porastao iznad neke druge vrednosti  ( 220V ), a na raspolaganju nemamo voltmetar, tada će nam korisno poslužiti električno kolo koje je prikazano na shemi.

Shema indikatora mrežnog napona (samostalna i proverena konstrukcija)
    

Kao i običan voltmetar, napravljeni sklop se vezuje paralelno postojećoj liniji mrežnog napona i njime se indicira odstupanje napona u granicama od -10% do +5% od nominalne vrednosti 220 V. Drugim rečima, pad napona ispod 90%  ( oko 200 V ) i porast napona iznad 105% ( oko 230 V ) nam signaliziraju dve tinjalice različitih boja ( zelena i crvena ).

Kao što se iz sheme vidi, obe tinjalice ( L1 , L2 ) su priključene na razdelnike napona od 470/280 koma, odnosno 470/260 koma. Ako je napon mreže ispod 200 V ( tj. Ispod 90% od nominalne vrednosti ), ni jedna od dve tinjalice neće svetleti jer je napon na njima nedovoljan da ih “upali”. Ukoliko je napon mreže u granicama od 220 V do 230 V ( odnosno od 90% do 105% nominalne vrednosti od 220 V ) tada će svetleti samo tinjalica L1 ( poželjno je da bude zelene boje ). Ako napon mreže pređe vrednost iznad 230 V ( iznad 105% od svoje nominalne vrednosti ), tada će se upaliti i tinjalica L2 ( poželjno je da bude crvene boje ), što se u praksi, barem, kod nas može desiti i jedna i druga mogućnost ( slika: mereni su naponi na sve tri faze ).

Otpornici su snage disipacije 1/4 do 1/2 W i što veće klase tačnosti ( bar +/- 10%, ako već nemamo na raspolaganju +/-5% ). Veoma je važno odabrati odgovarajuću snagu otpornika.

Na kraju pomenimo i to da, zbog šarolikosti izbora prilikom kupovine komponenti, opisani sklop može indicirati druge vrednosti napona od navedenih, ili da uopšte ne radi. Da ne bi bilo razočarenja nakon konstrukcije, preporučuje se da konstruktor sam, pomoću autotransformatora i potenciometara dimenzioniše otpornike, te ih nakon toga zameni odgovarajućim fiksnim vrednostima, čime se postiže pouzdanost i potpuna sigurnost indikacije mrežnog napona. Prilikom rada, merenja i eksperimentisanja voditi računa o merama bezbednosti od visokog napona, što se odnosi i na kutiju uređaja koja mora biti od plastike, a najbolje je ovu elektroniku ugraditi u kutiju sa osiguračima, ukoliko ima dovoljno mesta za dve tinjalice ( za jednu fazu ), odnosno šest tinjalica ( za sve tri faze ). Praktično rešenje za sve tri faze je da se naprave potpuno identični sklopovi za svaku fazu u zajedničkoj kutiji,  što je zahtevnija radnja prilikom konstrukcije, jer su nam potrebna tri slična kompleta i šest tinjalica. Veoma brzo ćemo uočiti da na fazama ( R, S, T ) nisu iste vrednosti napona prema nuli, tako  da je “pametno” osetljive uređaje priključiti na fazu koja je najbliža optimalnoj vrednosti ( 220 V ). Da ne bismo premeštali uređaje sa predviđenih mesta u prostoriji, faze se mogu veoma lako međusobno zameniti u kutiji sa osiguračima i tako raspodeliti prema osteljivosti svakog uređaja. Najmanje su osetljiva grejna tela ( grejalice, termo-peći, bojleri ), a najviše TV aparati,   adapteri ( punjači za mobilne telefone, laptopove, NiCd i litijum-jonske baterije ) i računari koji ne rade preko UPS-a. Zanimljivo je da klasične, kao i štedljive sijalice, nešto duže rade na naponu koji je ispod, ili blizu 220 V. I za njih možemo odabrati fazni provodnik ( R, S, T ) sa najnižim naponom!

Veoma često smo prinuđeni da punimo, ili da dopunjavamo akumulator, pogotovo u zimskim uslovima kada njegov kapacitet, zbog spoljašnje temperature, drastično opada. Mnogi se pitaju koji punjač upotrebiti, jer se mogu naći i fabrički sa dosta povoljnim cenama. Imao sam priliku da isprobam nekoliko vrsta ispravljača, počevši sa nešto jačim ruskog tipa, pa do onih iz domaće prizvodnje koji su skuplji, ali kvalitetniji i sigurniji u radu. Punjenje olovnih i nikl-kadmijumskih akumulatora se razlikuje, mada im je zajedničko što moramo voditi računa o maksimalnom naponu punjenja, koji kod olovnih Acu ne sme preći 13,8 V. Kod čeličnih Acu, pored napona koji je označen na bateriji, treba voditi računa i o struji punjenja, inače bez regulacije brzo stradaju.

Kako bih spojio korisno i praktično odlučio sam se za gradnju po shemi iz radio-kompleta (RK3213), tako da ne moramo razmišljati kada je Acu baterija puna do propisanog napona. Malo teži posao, pre izrade elektronike fine kontrole punjenja, je odgovarajući mrežni transformator određene snage, što zavisi od kapaciteta Acu baterije koju punimo. Transformatori su relativno skupi, a onda sam se setio jednog polovnog UPS iz koga sam iskoristio veoma kvalitetan transformator. Njegov sekundar sam upotrebio kao primar, a pošto ima sasvim odgovarajuću debljinu provodnika i sve potrebne izvode napona koji odgovaraju, na sekundar sam vezao jači grec-spoj ( 35 A ), što optimalno odgovara planiranim proračunima punjenja snažnijeg akumulatora ( preko 55 Ah ). Eksperimentom sam odredio da se mrežni napon od 220 V vezuje na crnu i žutu paricu primara transformatora (oko 217 V ), a uparenu plavu i braon žicu sam uzeo kao sekundarni izvod. Za ljubitelje eksperimentisanja sa ispravnim transformatorom iz UPS-a ( sa određenim merama bezbednosti ) navodim vrednosti izmerenih napona na pojedinim parnim izvodima primarnog namotaja, kada je napon u mreži bio oko 220 V:

-    crna – plava , 185 V,
-    žuta – plava, 32 V,
-    crvena – braon, 16 V,

Na sekundaru UPS transformatora  izvodi imaju sledeće vrednost napona ( u paru ):

-    crvena – plava, 6,7 V,
-    crvena – braon, 6,7 V,
-    plava – braon, 13,8 V.

Kod UPS transformatora donekle je pogrešno govoriti o primarnom i sekundarnom namotaju, pošto im se uloge menjaju, zavisno od režima rada. Ispravno je visoko/niskonaponski deo. Nisko naponski deo je onaj sa srednjim izvodom i debljom žicom (crvena) koji nam daje mogućnost da, umesto grec-spoja, za ispravljanje upotrebimo dve snažne ispravljačke diode.
Neki konstruktori ističu frekvenciju kao problem kod UPS transformatora, jer navodno nije planiran za 50 Hz, već za daleko višu frekvenciju, što mi se nije ispoljilo prilikom gradnje i upotrebe, pošto sam preko grec-spoja ( 4 ispravljače diode ) dobio potrebnu jednosmernu struju za ulaz u elektroniku automatskog punjača. Da ne bude zabune, mrežni napon sa sekundara se, nakon ispravljanja i filtracije poveća oko 1,41 (koren iz 2) puta, tako da se dobija napon koji je pogodan za punjenje Acu baterija različitih vrsta i namena. Kod punjenja  akumulatora sa  ovim automatskim punjačem preporučuje se izbegavanje filtriranog napona (posebna priča zbog tiristora), tako da se jednosmerna struja uzima odmah sa greca. I o tome treba voditi računa prilikom gradnje, što opredeljuje koji ćemo akumulator puniti automatskim punjačem. Takođe, treba voditi računa da zaštitni osigurač u primaru ne bude ispod 5 A pošto, zbog veće snage transformatora, on u startu povuče jaču struju, što može dovesti do pregorevanja osigurača. Mnogi tada odustaju od gradnje, misleći da ne valja UPS transformator. Detaljna i u praksi isprobana  shema automatskog punjača izgleda ovako:



Prednost ovog punjača je što ima svetlosnu kontrolu, koja je izvedena sa tri LED diode: žuta ( indikator rada ), zelena ( akumulator je pun ) i crvena  (punjenje je u toku ). Svaki konstruktor se može opredeliti i za druge boje LED dioda, zavisno sa čime raspolaže. Propisan napon punjenja se podešava potenciometrom od 5 koma, sa srednjim izvodom na cener diodi napona 6,8 V. Dobro je da se striktno pridržavamo naznačenih vrednosti  svih  elektronskih komponenti. Za tiristor T1 možemo uzeti TIC126 (12 A ) ili kao adekvatnu zamenu BT 152-600R, 800 R, 20 A. Za tiristor T2 možemo uzeti T106, 1 A, ili neki njemu sličan. Tiristor T1 se obavezno stavlja na aluminijski hladnjak zbog većeg zagrevanja, odnosno jačih struja prilikom punjenja akumulatora. Jedan od otpornika od 470 oma treba da ima snagu oko 2 W ( naznačeno je na shemi ), dok su ostali otpornici vrednosti snage od 1/4 W, ili više.

Najveća prednost ovog automatskog punjača je što isključuje punjenje na podešenom naponu, uz napomenu da se umesto potenciometra ( 5 koma ) mogu upotrebiti fiksni otpornici kada upotrebljavamo isti akumulator za punjenje, ali umesto potencimetra dolaze, kao balans, dva otpornika. Prethodno se potenciometrom precizno podesi željeni napon punjenja, onda se izmeri otpor na potenciometru sa jedne i sa druge strane od srednjeg izvoda i zameni sa dva odgovarajuća fiksna otpornika. Elektropokretač (anlaser) automobila ne možete pokretati sa punjača zbog velike vršne struje koja je potrebna za pokretanje. Priključivanjem na punjač elektropokretač se može trajno oštetiti.