Выбор аккумулятора для электромотора
Остановимся на таком серьёзном вопросе, как выбор аккумулятора для электромотора. Нужно заявить, что выбрать аккумулятор для электромотора не так легко, как может показаться на первый взгляд.
В чем тут кроются подводные камни? Дело в том, что электромотор подразумевает глубокую разрядку батареи, и в случае если мы ловим на лодке с электромотором в течение целого дня, в полной мере возможно, что к концу дня аккумулятор окажется всецело разряженным. Направляться подчернуть, что при применении простых автомобильных стартерных батарей разряженный в ноль стартерный аккумулятор весьма скоро приходит в негодность, потому, что происходит сульфатация. Дело в том, что стартерные батареи предназначены для применения в буферном режиме, другими словами они должны пребывать в режиме постоянной подзарядки.
И в случае если мы их не подзаряжаем неизменно, а заряжаем по окончании полной разрядки аккумулятора, т.Е. Делаем глубокие циклы: зарядка-разрядка, зарядка-разрядка, то происходит сульфатация, и стартерный аккумулятор весьма скоро теряет емкость. Как же быть, дабы этого не случилось? К примеру, чтобы плавать на электромоторе весь день, нужен аккумулятор емкостью не меньше 85А/ч. Многие рыболовы поступают следующим образом: ставят в лодку аккумулятор – простую стартерную батарею емкостью 150-200 А/ч. Это, само собой разумеется, достаточно объемный и тяжелый аккумулятор. Но, по крайней мере, он разрешает ловить целый сутки, и в случае если плавать на нем не на пятой скорости, а, например, на третьей, за сутки разряжается не более половины емкости аккумулятора.
Так, глубокой разрядки аккумулятор не достигает, его возможно подзарядить и пользоваться . Но в случае если нам нужна гармоничная система «лодка, аккумулятор и электромотор», нужно остановить свой выбор именно на аккумуляторная батареях глубокой разрядки. В чем преимущество аккумуляторная батарей глубокой разрядки? Дело в том, что в случае если таковой аккумулятор всецело разрядить, то он может находиться разряженным около 2-3 недель, по окончании чего его возможно снова зарядить, и он всецело сохранит свои свойства. Стартерные батареи этого не допускают, другими словами, когда стартерный аккумулятор разрядился, его сходу нужно подзаряжать.
Но по окончании полной разрядки начало сульфатации неизбежно, даже в том случае, если мы сходу начинаем его подзаряжать, и аккумулятор уже теряет емкость. Помимо этого, аккумуляторная батареи глубокой разрядки не имеют таковой функции, как саморазряд. В то время как стартерные батареи, как мы уже говорили, вычислены на то, что они находятся в постоянном режиме подзарядки, исходя из этого имеют достаточно стремительный саморазряд. Так, в случае если мы зарядили ими автомобильный аккумулятор, поставили и на 6 месяцев забыли о нем, то, быть может, через полгода, придется его выбросить. Исходя из этого простые аккумуляторная батареи для машин со стартерными батареями нужно подзаряжать каждые полторы – 14 дней, и тогда они будут храниться нормально. Но рекомендуем сходу отказаться от их применения и остановить свой выбор на аккумуляторе глубокого разряда – это так именуемые гелиевые аккумуляторная батареи, необслуживаемые. Они допускают глубокую разрядку и, что кроме этого крайне важно, всецело герметичны.
Сейчас, к примеру, волна не громадная, но при громадной волне лодку очень сильно качает, и из простой стартерной батареи может случиться утечка электролита, который может пожечь одежду рыболова, может сломать дорогостоящую лодку. Исходя из этого лучше от этого отказаться и с автомобильными аккумуляторная батареями не связываться. Само собой разумеется, автомобильный аккумулятор стоит значительно дешевле, чем аккумулятор глубокой разрядки, но, как говорится, «скупой платит два раза». По окончании того, как вы выкинете 2-3 простых автомобильных аккумулятора, вы осознаете, что лучше было бы сходу приобрести гелиевый аккумулятор, которым возможно пользоваться много лет. Чем хороши гелиевые аккумуляторная батареи и из-за чего они допускают глубокую разрядку?
Дело в том, что в них электролит находится в виде геля – более густой субстанции, чем, к примеру, кислота в стартерных батареях, и не допустить утечку геля значительно несложнее, чем не допустить утечку кислоты из стартерных батарей. Еще одно отличие гелиевых аккумуляторная батарей от стартерных в том, что их возможно делать всецело герметичными. Как мы знаем, в момент, в то время, когда происходит цикл зарядка – разрядка любой аккумулятор выделяет газ. Гелиевые аккумуляторная батареи выделяют мало газа, и данный газ преобразуется самим же гелиевым электролитом. Стартерные аккумуляторная батареи нельзя делать герметичными, по причине того, что при их эксплуатации происходит весьма сильное газообразование, что при герметичности может привести к взрыву. Громадным преимуществом необслуживаемых гелиевых аккумуляторная батарей есть кроме этого то, что они допускают много полных циклов зарядки-разрядки.
Рис. 1 К примеру, гелиевый аккумулятор «Zaining Shine», который стоит у нас на лодке (85А/ч) (рис. 1), допускает приблизительно 500 циклов глубокого заряда-разряда, это достаточно значительный показатель. Циклы зарядка-разрядка – это очень важный показатель аккумуляторная батарей, и чем больше циклов глубокого заряда-разряда может допустить ваш аккумулятор, тем лучше. Исходя из этого при выборе аккумулятора в обязательном порядке направляться взглянуть все его полные характеристики: какое количество он допускает циклов глубокого заряда-разряда, на каком токе его нужно заряжать и т.П.
Несомненным преимуществом гелиевых аккумуляторная батарей есть кроме этого то, что у них весьма незначительный саморазряд, другими словами, будучи заряженными, они фактически не теряют емкость. И исходя из этого, зарядив аккумулятор, мы можем его на пара месяцев покинуть без присмотра, позже положить в лодку и плавать весь день. Саморазряд, само собой разумеется, имеется, но он весьма незначителен. У гелиевых аккумуляторная батарей имеется лишь один значительный недочёт – большая цена. Нужно заявить, что цена хорошего, качественного гелиевого аккумулятора сопоставима с ценой электромотора, а в некоторых случаях бывает и выше цены электромотора. Но в случае если средства вам разрешают, то лучше сходу остановить свой выбор именно на гелиевом аккумуляторе. Что касается емкости, согласно нашей точке зрения, емкость аккумулятора для электромотора должна быть не меньше 85А/ч.
Само собой разумеется, чем больше, тем лучше, оптимальная емкость – до 100-105 А/ч, с ней мы весь день сможем плавать на аккумуляторе без всяких неприятностей. Более того, в случае если плавать на первой, второй, третьей скорости, то аккумулятор таковой емкости возможно кроме того растянуть на двухдневную рыбалку, и нам хватит энергии, дабы плавать два дня на моторе и не браться за весла. В случае если с типом аккумулятора для электромотора мы уже определились, то о зарядном устройстве стоит поболтать раздельно и более детально.
Дело в том, что в совершенстве для каждого аккумулятора существует особое зарядное устройство. Главное правило, по которому зарядное устройство должно подбираться к аккумулятору (либо аккумулятор к зарядному устройству), содержится в том, что аккумулятор необходимо заряжать на токе, равном 1/10 части емкости аккумулятора. К примеру, в случае если отечественный аккумулятор имеет емкость 85 А/ч, то совершенным для него будет такое зарядное устройство, которое давало бы возможность устанавливать ток 8,5 А. Именно на таком токе и направляться заряжать аккумулятор, ни за что не большем. Иначе, заряжать аккумулятор на меньшем токе возможно.
К примеру, в случае если мы заберём зарядное устройство, которое разрешает заряжать к примеру аккумулятор на токе не 8,5 А, а на 5 А, в следствии у нас легко быстро увеличится время зарядки аккумулятора (на токе 8,5 А мы сможем зарядить данный аккумулятор за 10 часов, это минимальный срок, нужный для полной зарядки гелиевого аккумулятора). В случае если мы рыбачим, например, раз в неделю, то оптимальнее заряжать аккумулятор не на токе 8,5 А, а на 4-5 А, соответственно, на полную зарядку аккумулятора уйдет в несколько раз больше времени. Остановимся на зарядном устройстве, предназначенном как раз для зарядки гелиевых аккумуляторная батарей.
Рис. 3 Устройство, продемонстрированное на рис. 2, заряжает аккумуляторная батареи импульсным током. Оно имеет прибор силы и регулятор тока, который показывает, какой ток установлен сейчас. Возвратившись с рыбалки, мы подключаем это зарядное устройство к аккумулятору. Напомним, что направляться знать, как верно подключать зарядное устройство, дабы не сжечь само устройство и предохранитель: в первую очередь, подсоединяем клеммы, строго выполняя полярность, потому, что изменение полярности приведет к сгоранию предохранителя. Итак, подключаем «плюс», «минус», и лишь затем включаем прибор в сеть и начинаем выставлять ток. Крутим рукоятку. В случае если нам нужно зарядить аккумулятор скоро, устанавливаем ток на 8,5 А (рис. 3). В случае если же мы планируем заряжать на малом токе, устанавливаем на 3-5 А. Так, аккумулятор будет заряжаться продолжительнее, но зарядка будет более качественной, потому, что аккумуляторная батареи обожают зарядку на малом токе.
Рис. 5 Такое устройство весьма действенно, исходя из этого рекомендуем брать как раз его. В магазинах продаются особые зарядные устройства, каковые разрешают заряжать аккумуляторная батареи определенной емкости. К примеру, у меня имеется нерегулируемое зарядное устройство, разрешающее заряжать аккумуляторная батареи емкостью от 2,5 до 15А/ч (рис. 4). Но более замечательные, более большие аккумуляторная батареи таким устройством заряжать не нужно, оно на них не вычислено. Аккумулятор, само собой разумеется, будет заряжаться, но весьма долго, по причине того, что ток зарядки в этом устройстве мелкий – 1,3А. Исходя из этого им лучше заряжать мелкий необслуживаемый аккумулятор (рис. 5). Направляться подчернуть, что такие аккумуляторная батареи весьма действенно применять в наборе с эхолотами.
Для того чтобы аккумулятора хватает на 7 дней ловли с замечательным эхолокатором, который работает во всю мощь, и аккумулятор наряду с этим может не разрядиться всецело. Кстати, герметичный аккумулятор имеют еще одно преимущество: его возможно забрать, перевернуть, потрясти, он может в лодке упасть на бок, и никаких неприятностей не появится. Устройства, продемонстрированные на рис. 4, в принципе, хорошие, но имеют значительный недочёт. Дело в том, что зарядное устройство, которое вычислено на зарядку импульсным током, имеет в себя особую микросхему, которая нагревается в ходе зарядки аккумулятора. И чтобы устройство не перегревалось, при выборе зарядного устройства настоятельно рекомендуем перед приобретением убедиться, что оно оснащено вентилятором, который охлаждает микросхему в ходе зарядки. Без вентилятора зарядное устройство будет сильно нагреваться.
Рис. 6 В глубине ниши (рис. 6), которая предназначена для проводов, расположен вентилятор. Перед приобретением в обязательном порядке удостоверьтесь в надежности, работает ли данный вентилятор. В случае если работает, имеете возможность смело брать устройство, и неприятностей с зарядкой гелиевых аккумуляторная батарей у вас не появится. Зарядное устройство для необслуживаемых аккумуляторная батарей должно быть автоматическим. Другими словами по окончании того, как аккумулятор зарядился, устройство должно плавно уменьшить ток и в тот момент, в то время, когда аккумулятор всецело зарядится, скинуть зарядку, отключиться.
Так, зарядное устройство остается в сети, работает, вентилятор крутится, но аккумулятор уже не заряжается. Потому, что по окончании того, как он всецело зарядился, в аккумуляторе может начаться сильное газообразование, нужно его сходу отключить от сети зарядного устройства. Но, в большинстве случаев, поймать данный момент весьма сложно, исходя из этого рекомендуем выбирать зарядное устройство с автоматическим отключением. Как мы уже говорили, возможно легко вычислить, сколько времени будет заряжаться отечественный аккумулятор. Берем емкость аккумулятора 85А и делим ее на ток, который устанавливаем на зарядном устройстве. Так, в случае если мы устанавливаем на зарядном устройстве ток 8,5 А, то аккумулятор зарядится за 10 часов.
В случае если мы установим меньший ток, скажем, 5А, соответственно, 85А необходимо поделить на 5, и мы возьмём количество часов, нужных для полной зарядки аккумулятора. При выборе зарядного устройства рекомендуем брать устройство с возможностью заряжать как самые мелкие аккумуляторная батареи, так и самые громадные. Отечественное зарядное устройство, например, имеет регулировку. И в случае если мы установим силу тока 15А, то сможем за 10 часов зарядить аккумулятор емкостью 150 А, исходя из формулы, по которой аккумулятор необходимо заряжать на силе тока, равной 1/10 от емкости аккумулятора. Помимо этого, установив на этом же устройстве небольшой ток, мы сможем заряжать кроме этого мелкие аккумуляторная батареи, предназначенные для применения в эхолотах. Исходя из этого, потому, что мы совершаем приобретение один раз, направляться доходить к этому с умом.
Сейчас остановимся на таком ответственном моменте, как мощности емкости электромотора и соответствие аккумулятора. К примеру, в случае если мы планируем плавать на электромоторе «Indura-30», который на пятой скорости потребляет 30 А в час, рассчитываем – 30 х 3, получается 90 А/ч. 85 в полной мере подходит под данный показатель. Считается, что в случае если мы можем плавать на пятой скорости три часа, то на второй либо третьей возможно плавать целый сутки. Исходя из этого, и направляться доходить к выбору аккумулятора и электромотора. В случае если мы берем более замечательный электромотор, к примеру, «Indura-36», потребляющий 36 А/ч, умножим на 3 и возьмём 108 А/ч. В случае если забрать «пятидесятку», другими словами электромотор, который на пятой скорости потребляет 50А в час, получается уже 50 х 3 – 150 А/ч, и, очевидно, для него необходимо ставить замечательный громадный аккумулятор.
Методика для того чтобы баланса достаточно несложна, и в обязательном порядке направляться рассчитывать, какой аккумулятор нужен под этот электромотор. Кое-какие электромоторы снабжены индикатором степени заряженности батареи, что весьма комфортно. Но в случае если у нас на моторе нет для того чтобы индикатора, то по самому поведению электромотора возможно легко угадать, в каком состоянии сейчас находится аккумулятор. К примеру, увидено, что в то время, когда в аккумуляторе остается около 20% емкости, другими словами он уже фактически разряжен, скорость быстро падает. Так, в случае если мы плаваем на пятой скорости, то при таком состоянии аккумулятора у нас уже большая скорость не превысит третьей. В случае если же мы плывем на третьей скорости, то с разряженным аккумулятором скорость упадет до первой. Помимо этого, пристально смотря за поведением электромотора, возможно примерно угадать, сколько времени мы еще сможем на нем плавать. В качестве подстраховки рекомендуем иметь с собой мелкий аккумулятор для эхолокатора емкостью больше 7 А/ч (к примеру, 18 А/ч).
Аккумулятор данный достаточно легкий, и он может служить нам источником резервного питания: помимо этого, что он будет подпитывать эхолокатор, при полной разрядки главного аккумулятора на нем мы сможем скоро возвратиться на базу. Крайне важно знать, что чтобы аккумуляторная батареи помогали нам продолжительнее, их направляться в обязательном порядке всецело заряжать и всецело разряжать. Так, мы всецело разрядили главной аккумулятор, и назад уже можем доплыть вот на таком мелком аккумуляторе. В случае если «Indura-30» потребляет 30 А в час, то на таком аккумуляторе, емкостью 18 А/ч, мы можем около получаса плавать на пятой скорости.
И в случае если учесть, что электромотор может разогнать лодку до шести километров/ч, то за полчаса на таком мелком аккумуляторе мы сможем проплыть 3 км, и одновременно с этим разрядить и его. Тем самым польза и нам, и аккумуляторная батареям: они верно эксплуатируются, и нам комфортно, потому, что нет риска, что в случае если внезапно сядет главной аккумулятор, нам нужно будет плыть назад на базу на веслах. Крайне полезно кроме этого знать, сколько на электромоторе и конкретном аккумуляторе может двигаться лодка непрерывно на первой, второй, третьей, четвертой и пятой скорости. Эти цифры возможно обнаружить сайте производителя. И, зная , какое количество потребляет тока отечественный мотор на первой, второй, третьей, четвертой и на пятой скорости, и, поделив емкость аккумулятора на эти цифры, мы сможем выяснить время в часах, сколько мы можем плавать на первой скорости, на второй, на третьей, на четвертой и на пятой.
Рис. 7 Помимо этого, забрав GPS навигатор, мы можем выяснить и скорость, которую развивает отечественная лодка на первой, второй, третьей, четвертой и на пятой скоростях. Тем самым мы можем выяснить не только время, но и путь, который может пройти отечественная лодка, что крайне важно для разработки маршрутов. Для наглядности приведем табличку, в которой дана зависимость для «Indura-30» и аккумулятора емкостью 85А/ч (рис. 7). Напомним, что при выборе аккумулятора направляться учитывать и тот факт, где и какой компанией произведен этот аккумулятор. К примеру, отечественный аккумулятор изготовлен в Германии, компанией «Zonenshain». И чем он славится? Данный аккумулятор гарантированно выдерживает не меньше 500 циклов глубокой разрядки-зарядки. Весьма надежный, проверенный временем, и многие из тех, кто пользуется необслуживаемыми аккумуляторная батареями, признают, что это одна из лучших компаний в мире.
Рис. 9 На рис. 8 и 9 два необслуживаемых аккумулятора, изготовленные в Китае. В принципе, также хорошие аккумуляторная батареи, но до качества «Zonenshain» они не дотягивают. Аккумуляторная батареи эти весьма похожи, на одном из них написано «Panasonic», но произведены они оба на одном и том же заводе, и уровень качества у них фактически однообразное.
Рис. 10 При выборе аккумулятора для электромотора направляться учитывать тот факт, что на аккумуляторе должна быть табличка с чертями аккумулятора (рис. 10). Нужно обращать на это внимание, потому, что вас смогут и реализовать под видом необслуживаемого аккумулятора простой стартерный аккумулятор, предназначенный для автомобиля.
Лодочный электромотор + аккумулятор
Источник
Выбор аккумуляторной батареи для потребителей постоянного тока
Для питания потребителей постоянного тока, требуется выбрать внешнюю аккумуляторную батарею, для этого требуется рассчитать емкость аккумуляторной батареи.
- Uн = 220 В — номинальное напряжение постоянного оперативного тока;
- Uэ = 2 В — номинальное напряжение гальванического элемента (г.э.);
- Us = 1,85 В — конечное напряжение разряда г.э.;
- tн = 20 °C-номинальная температура;
Таблица 1 – Потребители постоянного тока
1. Рассчитаем суммарную, номинальную нагрузку потребителей постоянного тока:
PΣн = 70+150+150+12+34*2+34+15+15+70*2+60+70*6+15*2+15+35*8+2400 = 3859 Вт
2. Рассчитаем суммарную, максимальную нагрузку потребителей постоянного тока:
PΣmax=145+390+150+12+34+660+660+50+35+130*2+120+70*4+200*2+30*2+30+35*6+120*2+220+2400 = 6356 Вт
3. Определяем номинальный ток нагрузки потребителей постоянного тока:
Iн = Рн/Uн = 3859/220 = 17,5 А
4. Определяем max. ток нагрузки потребителей постоянного тока:
Imax. = Рmax/Uн = 6356/220 = 28,9 А
В соответствии с СО 153-34.20.122-2006 и инструкцией по техническому обслуживанию щитов постоянного (оперативного) тока, предельная продолжительность аварийного режима принимается равной 0,5-2,0 ч.
При работе в автономном режиме (при потере собственных нужд ПС) АБ должна обеспечивать максимальные расчетные толчковые токи после 2-х часового разряда током нагрузки.
Выполним расчет емкости АБ по методу «ампер-часов». 5. Рассчитаем необходимую емкость АБ для питания потребителей в аварийном режиме, в течение 2 ч.:
С = Iа*Трез/0,8/Тк = 28,9*2/0,8/1 = 72,2 А*ч
- 0,8 — коэффициент старения, который учитывает снижения емкости АБ с течением времени;
- Тк = 1 при tн = 20 °С — температурный коэффициент.
Таким образом, необходима аккумуляторная батарея емкостью не менее 72,2 А*ч.
Определим ёмкости АБ по таблице разряда, из руководства по эксплуатации «Аккумуляторные батареи Sonnenschein А400». При Трез=2 ч, по таблице разряда с постоянной мощностью до напряжения 1,85 В на элемент, для батареи аккумуляторов Sonnenschein A412/85F10 разрядный ток I2=29 А, т.е для обеспечения тока нагрузки 28,9 А, необходимо подключение аккумуляторов в одну группу из 17 блоков.
Таблица 2 — Разряда аккумуляторных батарей Sonnenschein А400
Рассчитанная АБ состоит из одной группы аккумуляторов Sonnenschein A412/85F10 емкостью 85 А*ч.
Таким образом, существующая АБ удовлетворяет максимальным расчетным токам 2-х часового разряда током нагрузки.
Источник
Выбор аккумуляторной батареи, принципы, расчет, примеры, характеристики
Выбор аккумуляторной батареи производится в соответствии с графиком нагрузки постоянного тока. На рис.13.1 приведен график нагрузки постоянного тока для ТЭЦ 3х63 МВт.На данном графике приведены следующие величины:
• I1 – ток постоянно включенной нагрузки (аппараты управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, постоянно включенная часть аварийного освещения);
• I2 – ток, потребляемый электромагнитными приводами выключателей 6 кВ;
• I3 – ток резервного преобразовательного агрегата устройств связи;
• I4 – ток аварийного освещения;
• I5пуск – пусковой ток двигателей аварийных маслонасосов (АМН) уплотнений вала генератора;
• I5 – рабочий ток двигателей АМН уплотнений вала генератора;• I6пуск – пусковой ток двигателей АМН смазки подшипников турбины;
• I6 – рабочий ток двигателей АМН смазки подшипников турбины;
• I7 – ток, потребляемый электромагнитными приводами выключателя 220 кВ;
• Iуст – ток установившегося (получасового) аварийного режима;
• Iмах – максимальный толчковый ток в конце разряда.
На отечественных электростанциях применяются, как правило, аккумуляторы типа СК (стационарные для кратковременного разряда), выпускаемые в 46 типовых исполнениях емкостью 18…5328 А·ч. Характеристики аккумуляторов СК-1 представлены в табл.13.1.
Разрядные токи и емкости других аккумуляторов (СК-2, СК-3, …, СК-46) определяются умножением соответствующего значения для СК-1 на типовой номер. Например, аккумулятор СК-14 имеет разрядный ток одночасового разряда 14·18,5 = 259 А. Установившееся напряжение полностью заряженного аккумулятора СК при разомкнутой цепи 2,05 В.
Для тепловых электростанций принята схема аккумуляторной батареи с элементным коммутатором, работающая в режиме постоянного подзаряда.
Количество элементов, присоединяемых к шинам в режиме постоянного подзаряда, определяется по формуле:
где Iуст – нагрузка установившегося (получасового) аварийного разряда, А;
1,05 – коэффициент запаса;
j – допустимая нагрузка аварийного разряда, А/N, приведенная к первому номеру аккумуляторов, в зависимости от температуры электролита (рис.13.2).
Полученный номер округляется до ближайшего большего типового номера.
определяют по кривой, соответствующей температуре аккумуляторов, отклонение напряжения на аккумуляторах в процентах (рис.13.3). Найденное значение сравнивается с допустимыми значениями отклонений напряжения по табл.13.2 с учетом падения напряжения в соединительных кабелях
Продемонстрируем применение изложенной методики на примере выбора аккумуляторной батареи для ТЭЦ 3х63 МВт. Подсчет нагрузки аккумуляторной батареи сведен в табл.13.3, график нагрузки приведен на рис.13.1. В табл.13.3 отсутствует ток I2 потребления электромагнитных приводов выключателей 6 кВ, т.к. эта нагрузка имеет место в начале разряда и полностью исчезает после срабатывания
По кривой 2 рис.13.3 определяем напряжение на аккумуляторе равным 85%. С учетом падения напряжения на соединительном кабеле (5%) напряжение на приводах выключателей будет 80%. По табл.13.2 допустимое отклонение напряжения на электромагнитах включения составляет 80 110%. Таким образом, принятые аккумуляторы обеспечивают необходимое напряжение.
Окончательно принимаем аккумуляторную батарею СК-28.
Источник
Источники постоянного тока: виды, характеристики, сферы применения
Постоянный ток существует только в замкнутой цепи и сохраняет свое направление и основные параметры неизменными во времени. Для его поддержания необходимо наличие постоянного напряжения. Это требование является неизменным для различных источников постоянного тока.
Источники постоянного электрического тока
Существует несколько основных видов источников энергии постоянного тока. Каждый из них основан на использовании разных физических принципов и используется в определенных условиях. К ним можно отнести следующие виды:
- механические, превращающие механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию;
- тепловые, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия;
- химические, в которых в электрическую энергию преобразуется энергия, выделяющаяся в результате химического процесса;
- световые, превращающие энергию солнечного света в электрическую энергию.
В основном электроэнергия вырабатывается электростанциями, от которых потребители получают не постоянный, а переменный ток, который затем преобразуется в постоянный. Но во многих сферах можно применять только тепловые, световые или химические источники постоянного электрического тока.
Тепловые источники
В этих источниках используется термоэлектрический эффект. Электрический ток в замкнутой цепи возникает благодаря разнице температур, контактирующих между собой, металлов или полупроводниковых структур. В месте контакта при нагреве возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС). Электрический ток заряженных частиц направлен от нагретого участка в сторону холодного. Его величина пропорциональна разнице температур. В месте спая образуется термопара.
Приборы, которые для создания постоянного тока используют тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопных материалов, являются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами.
Световые источники
Свойство полупроводников создавать ЭДС при попадании на них потока света используется при создании световых источников постоянного тока.
Объединение большого количества кремниевых структур позволяет создавать солнечные батареи. Небольшие электростанции, созданные на базе таких солнечных панелей, имеют на сегодняшний день КПД не более 15%.
Химические источники
Получение положительных и отрицательно заряженных частиц в химических источниках постоянного тока осуществляется за счет химических реакций. По классификации химических источников они делятся на 3 группы:
- гальванические элементы, являющиеся первичными источниками ;
- электрические аккумуляторные батареи (АКБ), или вторичные ХИТ;
*ХИТ — химические источники тока.
Гальванические элементы используют принцип действия, основанный на взаимодействии двух металлов через среду электролита. Вид и характеристики ХИТ зависят от выбранной пары металлов и состава электролита. Два металлических электрода источника тока по аналогии с прибором односторонней проводимости получили название анода («+») и катода («-«).
Материалом для изготовления анода могут служить свинец, цинк, кадмий и другие. Катод изготавливают из оксида свинца, графита, оксида марганца, гидрооксида никеля. По составу электролита гальванические элементы разделяются на 3 вида:
- солевые или «сухие»;
- щелочные;
- литиевые.
В элементах первых двух видов графито-марганцевый стержень (катод) помещен по оси цинкового цилиндрического стаканчика (анода). Свободное пространство между ними заполнено пастой на основе хлорида аммония (солевые) или гидрооксида калия (щелочные).
В литиевых элементах цинковый анод заменен щелочным литием, что привело к значительному увеличению продолжительности работы. Материал катода в них определяет выходное напряжение батарейки (1,5-3,7) В. Первичные ХИТ являются источниками одноразового действия. Его реагенты, расходующиеся в процессе работы, не подлежат восстановлению.
Аккумуляторы представляют собой устройства, в которых производится преобразование электрической энергии внешнего источника тока в химическую энергию при заряде и ее накопление. В процессе работы (разряд) происходит обратное преобразование — химическая энергия служит источником постоянного электрического тока.
К основным видам аккумуляторов относятся:
- свинцово-кислотные;
- никель-кадмиевые щелочные;
- литий-ионные.
Для создания химических процессов набор пластин помещен в раствор электролита. В АКБ, созданных по современным технологиям, раствор представляет собой не жидкость, а гелиевый состав (GEL) или сотовые сепараторы, пропитанные электролитом и помещенные между свинцовыми пластинами (AGM).
Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы для работы в качестве источников постоянного тока для запуска двигателей автомобилей собирают из набора отдельных аккумуляторных элементов («банок»). Каждая «банка» обеспечивает на своих клеммах напряжение 2,1 В. Соединенные последовательно 6 элементов и помещенные в ударопрочный корпус, имеют на выходных клеммах аккумулятора необходимые для запуска двигателя 12 В.
В литий-ионных аккумуляторах носителями электрического тока служат ионы лития. Они образуются на катоде, изготовленному из соли лития. Анод может быть изготовлен из графита или оксидов кобальта. Напряжение постоянного тока на выходе аккумулятора может варьироваться в пределах (3,0-4,2) В в зависимости от используемых материалов. Эти аккумуляторы имеют низкое значение тока саморазряда и допускают большое количество циклов заряд/разряд. Благодаря этому все современные гаджеты используют аккумуляторы этого вида.
Механические источники постоянного тока
Устройствами, преобразующими механическую энергию в электрическую, являются турбо и гидро генераторы. Они вырабатывают переменный электрический ток. Для основной части бытовых приборов источником постоянного тока выступают их блоки питания. В них производится преобразование переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, необходимое для работы устройств. Эту задачу выполняют выпрямители, которые должны обеспечивать необходимую мощность источника постоянного тока для их нагрузки и постоянное значение выходного напряжения, не зависящее от потребляемого тока.
Блоки питания могут быть линейными и импульсными. Линейные блоки выполняются по разным схемам, основу которых составляют:
- однополупериодые выпрямители;
- двухполупериодные выпрямители.
В выпрямителях используется свойство полупроводниковых диодов пропускать ток только в одном направлении. Выпрямленное таким образом напряжение еще не является постоянным. Емкости последующих за выпрямителем конденсаторов сглаживающего фильтра при своем быстром заряде и медленном разряде поддерживают величину положительного однополярного напряжения на определенном значении. Его величина определяется трансформатором, получающим напряжение от генератора переменного тока. Для однофазного напряжения домашней сети 220 В 50 Гц его стальной сердечник имеет значительные размеры и вес.
Схемы однополупериодных содержат всего один полупроводниковый диод, пропускающий только одну полуволну синусоидального переменного входного напряжения.
Двухполупериодные выпрямители выполняются по мостовой схеме или по схеме с общей точкой. В последнем случае вторичная обмотка сетевого трансформатора имеет вывод от своей середины. Эти выпрямители представляют собой параллельное включение двух однополупериодных выпрямителей. Они действуют на обе полуволны синусоиды переменного входного напряжения.
Мостовая схема выпрямителя является наиболее распространенной. Соединение 4-х диодов в ней напоминает «квадрат». К одной из диагоналей подключается переменное напряжение вторичной обмотки сетевого трансформатора. Нагрузка включается в другую диагональ «квадрата». Им будет входной элемент сглаживающего фильтра.
Регулирование источника
Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.
В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.
При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.
Импульсные источники
Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование — сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.
Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц. Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения.
Сравнение источников
Отсутствие мощного входного трансформатора в импульсных источниках питания позволяет создавать конструкции значительно более легкие и с меньшими линейными размерами. Их эффективность значительно выше источников, выполненных по линейным схемам. Коэффициент полезного действия доходит до значения 98%. В них широкое распространение получили микросхемы, выполняющие функции контроллеров.
Каждый из типов стабилизированных источников постоянного тока находит применение в своей сфере. А она весьма многообразна. Основой являются характеристики источников постоянного тока. Линейные источники обеспечивают низкий уровень пульсаций выходного напряжения и малое значение уровня собственного шума. Это достигается отсутствием переключений при их работе, которые создают большой уровень помех в широком частотном диапазоне. В импульсных источниках приходится применять сложные схемные решения для борьбы с ними, что приводит к удорожанию изделий, в которых они применяются.
Заключение
В статье был дан общий обзор существующих источников постоянного тока. Изложенный материал лишь знакомит читателей с основными принципами их работы. Из него можно сделать вывод, что каждый из видов источников постоянного тока используется в своей области.
Источник