Магазин - главная | Новинки | Корзина | Отзывы | Форум | Карта сайта | Контакты
  Главная » Каталог » Школа дядьки Глайдера » Подбор элементов для аккумуляторной батареи
Информация
Контакты
Договор оферты
Как сделать заказ
Доставка и оплата
Вопросы и ответы
Скидки
Для самодельщиков
Юбилейное
Список разделов
E-mail нам
Разделы
Бальза - брус
Бальза стандарт - лист
Бальза ультралайт - лист
Бальза - рейка
Бальза - задняя кромка
Бальза - уголок
Рейка сосновая
Фанера авиационная
Эпоксидные смолы, отвердители, пластификаторы
Ткани (стекло, карбон, микс)
Жгуты, ленты, чулки
Дюраль - пластины
Дюраль - стержень (кругляк)
Дюраль - трубка
Латунная трубка
Латунный пруток
Проволока OBC
Стеклопластиковые стержни, пултрузия
Стеклопластиковые трубки
Стеклотекстолит - пластины
Профиль - карбон, пултрузия
Трубки - карбон + стекло
Трубки - карбон, 3K
Трубки - карбон, Plain
Трубки - карбон, пултрузия
Рейки - карбон, пултрузия
Стержни - карбон, пултрузия
Пластины - карбон
Бумага, пленка, лавсан
Хвостовые конусные балки
Пенопласты
Для соединения плоскостей
Кессон (цулага) для крыла
Тросы, нити, боудены
Клеи
Модельная химия
Для вакуумной формовки
Для матричных технологий
Модельная электроника
Крепеж
Разное авиамодельное
F-1-A, B, C, H, G, P
Планеры
Аккумуляторы
Модельные ракетные двигатели
Инструменты
Ветроуказатели
Работы по металлу и другим материалам
Наборы для сборки авиамоделей (на заказ)
Полный список товаров
Поиск
 
Введите слово для поиска.
Расширенный поиск
Новинки Перейти
Углепластиковая трубка 3K 7х10х1000 мм.
Углепластиковая трубка 3K 7х10х1000 мм.
1,208.0 руб.
Статьи
Все статьи
Материалы
Инструменты
Технологии
Электроника
Инструкции
Переводы
Программное обеспечение
Школа дядьки Глайдера
КБ Евгения Рыбкина
Авиамодели
Журнал "От винта"
Разное
Подбор элементов для аккумуляторной батареи Подбор элементов для аккумуляторной батареи
 
box_bg_l.gif.

Введение

@@Время от времени, перед любым моделистом, занимающимся RC-моделями, возникает задача ремонта старой, бывшей в эксплантации батареи, или подбора элементов для новой.

@@Сразу должен предупредить: дело это не простое, не быстрое, и требует наличия не только измерительных приборов, или специализированного зарядника, но и достаточного количества новых однотипных аккумуляторных элементов, из которых и производится селектирование (отбор) нужного количества банок для новой батареи.

@@Фирмы производители производят отбор элементов для батарей на специальных стендах, способных измерять параметры сразу очень большого количества банок - это диктуется условиями массового производства. На таких стендах обычно контролируются сразу все необходимые параметры каждого элемента: напряжение, зарядный и разрядный ток, время заряда-разряда, электрическая емкость, токоотдача, температура в процессе заряда, и ряд других.

@@Естественно, в домашних условиях воссоздать подобный стенд не реально, поэтому попробуем обойтись минимумом оборудования, и будем контролировать только самые важные параметры аккумуляторов. Это потребует определенных ограничений и в режимах испытаний, в первую очередь, для исключения перегрева элементов.

@@В идеале, нам понадобится "интеллектуальный" импортный зарядник, типа Infinity-II от robbe-Futaba, или любой другой аналогичный, предназначенный для зарядки от 1-го до 8-10-ти элементов (лучше - больше), и способный отслеживать и фиксировать зарядный и разрядный токи в диапазоне 0.1-5.0 ампер, напряжение на батарее или отдельном элементе с точностью не хуже 0.01 вольт (лучше - 0.001 вольт), время заряда и разряда (с точностью не хуже 1минуты), и самое главное - величину закачиваемой в аккумулятор энергии а миллиампер-часах. Последний параметр обязателен для зарядных устройств, осуществляющих заряд повышенными и импульсными токами различной величины в дельта-пиковом режиме. Кроме такого зарядника будет нужен еще и цифровой мультиметр или вольтметр со шкалой от 2-х вольт. Стрелочные приборы однозначно не гарантируют требуемой точности измерений.

@@В крайнем случае, можно обойтись и самодельным зарядником, способным заряжать батарею стабильным током величиной до 0.2-0.5С (С - величина, равная номинальной емкости аккумулятора, и выраженная в мА). В ряде случаев такой зарядник оказывается даже предпочтительнее, но время селекции, при его использовании, существенно возрастает. Кроме того, обязательно потребуется, как минимум, 2 цифровых мультиметра, способных измерять постоянное напряжение от 2 до 20 вольт и ток до 2-5 ампер с указанной выше точностью, и электронный секундомер. Для "тренировочных" циклов потребуются еще и различные разрядные цепи, о которых я подробно расскажу ниже.

@@Перед началом работы по отбору аккумуляторов, желательно изготовить и кое-какое вспомогательное оборудование. Прежде всего - это лотки для укладки элементов. Они нужны только для того, чтобы исключить случайные КЗ между элементами в процессе работы. Я делал такие лотки из сантехнических полиэтиленовых труб подходящего диаметра. Труба нужной длины распиливается вдоль на две половинки (можно просто сделать один разрез, и, слегка надрезав противоположную стенку, развернуть трубу в два параллельных лотка) и в них укладываются проверяемые аккумуляторные элементы. Все элементы перед отбором следует пронумеровать маркером, или как-нибудь иначе!

@@С торцов каждой банки припаиваются выводы из изолированного провода сечением не менее 0.35 кв. мм. Пайка осуществляется легкоплавким припоем, быстро и без значительного прогрева корпуса элемента. Выводы от каждого элемента пропускаются сквозь отверстия в стенке лотка, а все коммутации осуществляются снаружи. Такой способ коммутации зафиксирует в лотке элементы от перемещения, предотвратит всю конструкцию от "высыпания" при неаккуратном обращении, и позволит легко подключать к любой банке измерительные приборы.

@@Стоит, также, заранее вырубить изоляционные шайбы толщиной 1.0-1.5 мм по диаметру элемента аккумулятора, и с центральным отверстием, равным диаметру его положительного вывода. Эти шайбы в дальнейшем пригодятся при окончательной сборке батареи. И последнее, что вам наверняка потребуется в процессе селекции аккумуляторов - это тетрадь, в которую вы должны будете заносить результаты всех измерений, и несколько листов бумаги-миллиметровки, на которой вам придется вручную рисовать графики циклов заряд-разряд, по данным, накопленным в этой тетради.

@@Если у вас нет фирменного зарядника, стоит сделать самодельный генератор стабильного тока, наподобие того, что описан в моей статье "Простое зарядное устройство для NiCd аккумуляторов". Правда придется применить более мощный транзистор, например - КТ818, установить его на радиатор достаточной площади, и пересчитать (или - подобрать) токозадающие цепи (диод D1 и сопротивление R2) на выходной ток 0.25-2.0 ампера. Лучше всего сразу предусмотреть переключатель, которым можно будет вручную дискретно задавать выходной ток устройства в заданном диапазоне (допустим - 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 и 2.0 ампера). Вместо первичного источника следует использовать не сеть ~220 вольт, а свежезаряжанный 12-вольтовый автомобильный аккумулятор емкостью не менее 55 А/час. Конечно, если вы будете подбирать батарею больше, чем из 6-7 банок, вам потребуется соединить последовательно уже два таких аккумулятора (или использовать один 24-вольтовый), т.к. напряжения одного уже не будет хватать для нормальной зарядки батареи, состоящей больше, чем из 7-ми элементов. Входную цепь зарядника стоит защитить диодом Шоттки, на ток не менее 5 ампер, включив его последовательно в плюсовой или минусовой провод схемы, а выпрямительный мост D2-D5 и конденсатор С1 устанавливать не потребуется.

@@Такой простой зарядник гарантирует стабильный выходной ток, что очень важно при подсчете количества электричества, "закачанного" в вашу батарею.

Методика селекции элементов

@@Отбор элементов следует производить по нескольким параметрам.

@@Давайте определим их (думаю, что небольшой "ликбез" здесь не помешает).

@@Электрическая емкость (С), параметр, определяющий способность аккумулятора "запасти", или "накопить" определенное количество электрической энергии. Электрическая емкость (С) выражается в ампер-часах (А/час) или в миллиампер-часах (мА/час), и показывает, какое время он способен отдавать в нагрузку ток определенной величины. Обычно величина емкости аккумулятора указывается при токе разряда (I раз), равном 1/10-1/5 численного значения собственной емкости. Это значит, что аккумулятор, паспортная емкость которого равна, допустим, С=1000 мА/час, сможет непрерывно отдавать в нагрузку ток 100 мА в течение 10 часов, или 200 мА в течение 5 часов (при больших величинах разрядного тока величина емкости снижается, и уже не будет равна 1000 мА/час).

@@Напряжение аккумулятора (или его ЭДС) - неоднозначный параметр, зависящий от его мгновенного внутреннего электрохимического состояния. Различают напряжение полностью заряженного аккумулятора (назовем его Uмах), рабочее напряжение (Uраб), и напряжение в конце цикла разряда (Uмин).

@@Это три основных параметра, описывающих внутреннее электрохимическое состояние аккумулятора. Выражаются они в вольтах.

@@Для стандартного NiCd аккумуляторов эти величины примерно равны:

Uмах = 1.4-1.45 В, Uраб=1.2-1.3 В, Uмин=1.0 В

@@Последний параметр у акку разных типов и разных производителей может иметь значение до Uмин=0.6 В, и меньше.

@@Напряжение свежезаряженного аккумулятора при подключении нагрузки довольно быстро снижается от Uмах почти до Uраб, на этом уровне напряжение остается довольно стабильным в течение всего времени разряда, а при израсходовании всей запасенной в аккумуляторе энергии, напряжение начинает очень быстро падать до величины Uмин.

@@Далее мы будем использовать еще один параметр - ЭДС (электродвижущая сила) батареи. В электротехнике его принято обозначать буквой Е, но мы, для единообразия формул и простоты понимания, применим следующее обозначение: Uэдс.

@@Зарядный и разрядный ток показывают, при каких значениях этих параметров аккумулятор способен накопить и отдать нормированное количество электричества.

@@Как уже отмечено, для обычных (не силовых) аккумуляторов, номинальная величина Iраз близка к 1/10-1/5 С (в мА). Разумеется, аккумулятор способен отдать в нагрузку и существенно большие токи (до 1.0-2.0 С), но при этом его емкость будет меньше. Силовые аккумуляторы, предназначенные для питания ходовых двигателей, способны отдавать в нагрузку ток до 20 С, и больше.

@@Оптимальным зарядным током (Iзар) для обычного аккумулятора также считается Iзар=1/10 С. Время заряда при этом равно 14 часам ("лишние" 4 часа компенсируют довольно низкий электрохимический КПД NiCd аккумуляторов). При заряде меньшими токами время заряда пропорционально увеличивается, и при этом несколько возрастает величина С. Заряд подобных элементов повышенными токами (больше, чем Iзар=1/4 С, даже с соответствующим уменьшением времени заряда) не допускается, т.к. это может привести в к резкому увеличению давления газов внутри аккумулятора, и к его взрыву. Современные быстрозарядные ("рапидные") силовые аккумуляторы, за счет улучшенной технологии изготовления способны заряжаться повышенными токами (Iзар=>5 C) за гораздо меньшее время.

@@Внутреннее сопротивление (Rвн) аккумулятора характеризует величину электрических потерь на самом аккумуляторе в процессе разряда. Чем меньше Rвн, тем лучше аккумулятор, тем больший ток и энергию он способен отдать в нагрузку. Следует учитывать, что Rвн - величина динамическая, она может сильно изменяется в зависимости Iраз.

@@Сравнение и анализ перечисленных параметров отдельных элементов, позволят собрать аккумуляторную батарею, которая будет работать долго и надежно.

Подготовка к тестированию и селекции

@@Прежде, чем начать собственно тестирование и отбор элементов для будущей батареи, необходимо запастись достаточным количеством элементов одной и той же марки, одного и того же производителя, и, что очень желательно, из одной партии. Большинство фирм, выпускающих аккумуляторы, маркируют элементы цифровым или цифробуквенным кодом, содержащим информацию о производителе, дате изготовления элемента, номера партии, а часто - и порядкового номера элемента в этой партии. Например: RSE1,7-129592. или RCE1,7-232102 (это реальные данные с двух элементов батареи фирменной сборки Robbe-Futaba). Но, к сожалению, не всегда удается достоверно расшифровать эту информацию, поэтому, если возможно, при покупке просто отбирайте элементы, помеченные близкими цифрами.

@@Для каждого элемента (и для каждой собранной батареи) отведите в рабочей тетради по несколько страниц, на которых вы будете фиксировать всю "историю" элемента (батареи). Все записи в тетради должны быть последовательны и датированы.

Алгоритм предварительного тестирования

@@Отбор элементов для обычной (не ходовой) бортовой батареи, или для батареи передатчика, можно провести по упрощенному варианту, сравнивая только кривые заряд/разряд отдельных элементов в режиме "стандартных" токов, когда Iзар<=0.1-0.2 С, Iраз<=0.5-1.0 С (А), (здесь, и далее С - емкость элемента в А/час).

@@Элементы для силовой батареи следует отбирать более серьезно.

@@Рассмотрим порядок "обычного" отбора.

@@Любое тестирование новых (да и старых тоже) элементов, следует начинать с тренировочных циклов, которые "раскачают" элементы, не эксплуатировавшиеся какое-то время, и при этом в некоторой степени уровняют их внутренние параметры.

@@Тренировать можно как отдельные элементы (это бывает необходимым в случае замены одного-двух элементов в старой батарее), или собранную "на живую" батарею, из заведомо большего количества элементов, чем то, которое потребуется вам для бортового или силового аккумулятора. Оптимальным, на мой взгляд, будет полутора-двухкратный запас по числу элементов, т.е. если вам нужен бортовой источник на 4.8 вольта (4 элемента), тренировать и тестировать нужно не меньше, чем 6-8 элементов. Далее будем говорить об одиночных элементах, а в необходимых случаях делать "количественную" поправку для собранной батареи.

@@Перед тренировкой следует провести "глубокий" разряд элемента для того, чтобы "выкачать" из него максимальное количество ранее запасенной энергии. Для этого к элементу подключается последовательная цепочка, состоящая из кремниевого диода, рассчитанного на максимальный ток ~ 1 А, и сопротивления ~10 Ом, мощностью 1.0-2.0 Вт. Время разряда зависит от состояния элемента, поэтому необходимо каждые 5-10 минут измерять напряжение на его выводах. Разряд прекращается при Uраз<=0.6 В. Считается, что прямое падение напряжения на кремниевом диоде равно 0.7 В, но при малых токах эта величина снижается, и может равняться 0.5-0.4 В. В принципе, можно разряжать элементы и до такого уровня, важно лишь "не передержать" их в таком состоянии. Именно по этому, если собрана батарея, "глубокий" разряд следует проводить одновременно на всех ее элементах, а сразу же после окончания "глубокого" разряда начать первый тренировочный заряд.

@@Тренировка элемента начинается с первого зарядного цикла постоянным током. Величину тока устанавливаем равной Iзар=0.1-0.2С (А). Каждые 15 минут контролируем напряжение на элементе с точностью не хуже, чем 0.01 В. В случае зарядки батареи, напряжение контролируется на каждом элементе в отдельности. Все данные записываем в тетрадь.

@@Заряд ведем до напряжения на элементе Uмах=1.40 В. Если заряжается батарея, останавливаем заряд в тот момент, когда на каком-либо элементе значение Uмах превысит величину 1.45 В.

@@После окончания цикла заряда начинаем разряжать элемент (батарею). Разряд также желательно проводить неизменным током. Если вы используете самодельный зарядник по моей схеме, то его можно применить и для разряда батареи, состоящей, как минимум, из 2-3 элементов (при меньшем количестве элементов схема зарядника просто не обеспечит нужного режима работы). Для этого батарея включается вместо первичного источника тока, а выходные клеммы зарядника просто "закорачиваются". В качестве нагрузочного элемента будет выступать транзистор зарядника, установленный на радиаторе. Разряд ведется током, равным Iраз~=0.5С (А).

@@Если вы разряжаете отдельный элемент, обеспечить стабильный разрядный ток сложнее. В этом случае целесообразнее использовать в качестве нагрузки любое сопротивление мощностью не менее 2 Вт, и номиналом, рассчитанным по формуле Rнаг~=2,75/С (Ом). Для разряда батареи подобной пассивной цепью Rнаг~=К*2,75/С (Ом), где К - количество элементов в батарее (мощность сопротивления также придется увеличить кратно количеству элементов в батарее). Нагрузка, рассчитанная по этой формуле, обеспечит разрядные токи, близкие к оптимальным для элементов любой мощности.

@@Разряд ведется до Uмин=0.8 В на элементе. В течение разряда, каждые 15 минут (в конце разряда - каждые 5 минут) контролируется напряжение на всех элементах., без отключения нагрузки. Если на каком-то элементе батареи напряжение падает значительно быстрее, чем на остальных, этот элемент отбраковывается. Все данные заносятся в тетрадь.

@@Таких тренировочных циклов заряд/разряд желательно провести не менее трех-пяти. Для экономии времени, каждый последующий цикл можно проводить на несколько больших токах заряда и разряда, каждый раз увеличивая их на 20-25% от первоначального значения.

@@В случае использования "интеллектуальных" зарядников, следует просто задать необходимое количество циклов заряд/разряд, предоставив устройству автоматически выбрать оптимальные токи заряда и разряда, или проводить заряд/разряд заданными токами.. Вам останется только считывать с дисплея текущие значение напряжения на батарее, но напряжение на каждом элементе придется все же измерять вручную, цифровым вольтметром.

@@После выполнения тренировочных циклов, используя полученные табличные данные последнего цикла заряд/разряд, строим для каждого элемента графики кривых заряда и разряда. Это лучше делать на миллиметровой бумаге.

@@По оси Х будем откладывать время в масштабе 1 мм = 2 минутам (для 10 часового интервала потребуется лист бумаги шириной 30 см), но можно выбрать и другой масштаб.

@@По оси Y будем откладывать значения мгновенных напряжений на элементе. Нас интересует не весь диапазон напряжений, а только участок от 0.8 до 1.5 вольт. Поэтому в точке пересечения координатных осей значение оси Y будет равно 0.8 В. Для построения максимально точных графиков применим масштаб 1 мм = 0.005 В (если, конечно, ваш измерительный прибор обеспечивал такую точность измерений). При построении графиков округляем табличные данные с заданной точностью по правилам арифметики.

@@Графики кривых заряда и разряда строим на разных листах.

@@После построения на одном графике кривых всех элементов батареи, выбираем элементы с самыми близкими параметрами. Отличия в любой момент времени, как в цикле заряда, так и цикле разряда, должны быть не более 0.05-0.1 В, в этом случае можете быть уверенными, что эта батарея будет стабильно работать довольно долго без частого "поэлементного" контроля в ходе эксплуатации.

@@Разумеется, батарея будет нормально работать и при больших разбросов параметров отдельных элементов, но тогда вам придется не реже 1 раза в месяц проводить тренинг этой батареи с контролем параметров каждого элемента.

@@В любом случае, перед каждой зарядкой следует проводить "доразряд" батареи до уровня Uмин=0.8-1.0 вольт на элемент (для батареи из 4 элементов Uмин=3.2-4.0 В). Это можно делать специальной разрядной цепью, состоящей из 6-ти последовательно включенных кремниевых диодов и балластного сопротивления номиналом 39-56 Ом, и мощностью не менее 2-5 Вт. Такой "разрядник" можно смело оставлять подключенным к батарее на несколько часов, без опасений вывести ее из строя.

Разрядная цепь. "Силовой" разрядник для 1-го элемента


Разрядная цепь. "Доразрядник" для батареи из 4-х элементов

Селекция элементов для ходовой батареи

@@Батарея для питания ходового двигателя обычно собирается из элементов, имеющих электрическую емкость не менее 1.5-2.0 А/час. Разумеется, речь идет не о моделях типа slow-fly ("медленный полет"), оснащаемых самыми маломощными двигателями класса 200-300, которые потребляют токи не более 5-7 А, и вполне нормально могут работать от батареи существенно меньшей емкости (300-600 мА/час). Но даже для таких батарей следует очень тщательно подбирать элементы по методике, описанной ниже.

@@Отбор элементов для ходовой батареи производится также, как описано выше, но последние 1-2 тренировочных цикла проводятся на повышенных токах заряда и разряда (Iзар~= 2-3C, Iраз~= 5-10C). Это вызвано тем, что ходовые батареи собираются из так называемых сильноточных и быстрозаряжаемых (рапидных) элементов, рассчитанных для работы на повышенных токах.

@@Именно поэтому к тренировочным циклам добавляется еще один тест - измерение внутреннего сопротивления (Rвн) элементов, т.к. от этого параметра и зависит, какой максимальный ток может отдать в нагрузку батарея.

Эквивалентная схема элемента питания

@@Эквивалентная схема одного элемента состоит из последовательной цепи, состоящей из генератора (источника) ЭДС, внутреннего сопротивления Rвн и внутренней индуктивности Lвн (об этом параметре чуть позже). Если закоротить выводы этой цепи, то в ней возникнет постоянный электрический ток короткого замыкания, величина которого, в соответствии с законом Ома, будет равна: Iкз=Uэдс/Rвн. Очевидно, что при неизменной ЭДС, величина тока будет зависеть только от Rвн, и чем меньше будет эта величина, тем больший ток потечет в цепи.

Работа источника тока в режиме короткого замыкания

@@Простой расчет показывает, что для элемента с Uэдс=1.2В, и внутренним сопротивлением (допустим) Rвн=0.1Ом, максимальный ток короткого замыкания не может превышать Iкз<=12А. При этом вся энергия будет расходоваться на внутренний разогрев источника тока. Такой "самоэлектронагреватель" будет отдавать/потреблять мощность

Pвн = Uэдс * Iкз = 1.2 * 12 = 14,4 Вт

Работа источника тока на активную нагрузку

@@Если же такую батарею нагрузить на внешнюю нагрузку, с Rнагр=0,2 Ом, то в цепи потечет ток, величина которого будет равна:

Iнагр = Uэдс / (Rвн + Rнагр) = 1,2 / (0,1 + 0,2) = 4 А,

@@напряжение на нагрузке будет равно:

Uнагр = Iнагр * Rнагр = 4 * 0.2 = 0,8 В,

@@а КПД "по току" этой цепи будет равен всего лишь 66,6%, т.е. треть энергии, расходуемой элементом, будет заведомо теряться на разогрев самой батареи и окружающего воздуха.

@@У реальной нагрузки (ходовой электродвигатель среднего класса), рассчитанной на потребление Iнагр=10-15 А от семибаночной батареи с Uраб = 8,4 В, сопротивление будет равно Rнагр = 0,82-0,55 Ом. Эта величина очень близка к внутреннему сопротивлению батареи, состоящей из 7-ми "пробных" элементов (Rбат=0.7 Ом), которые мы взяли в качестве примера. Разумеется, что подобная батарея не только не обеспечит требуемый для нагрузки ток, но и не позволит нормально работать другим, даже маломощным потребителям, включенным в эту же цепь параллельно основной нагрузке (Rдоп << Rнагр, за его малостью в расчет не принимаем), т.к. напряжение на нагрузке (Uнагр) не превысит величины ~Uэдс/2.

@@Именно поэтому для ходовых батарей следует использовать только элементы, имеющие Rвн<

@@К сожалению, Rвн не может быть равно нулю. У любой батареи этот параметр имеет определенную величину, зависящую от многих причин, прежде всего - технологических. Кроме того, по мере старения батареи происходит увеличение ее Rвн.

@@Как же определить, какой должна быть величина Rвн для конкретного применения (мощности двигателя), и каким образом измерить внутреннее сопротивление реальной батареи?

@@Начнем с измерения Rвн отдельного элемента. Достаточно просто это можно сделать, зная две величины - Uэдс элемента, и Rнагр. Оба этих параметра должны быть измерены с точностью до третьего знака после запятой. Измерение Uэдс следует провести непосредственно перед тестированием его Rвн. Элемент должен быть предварительно полностью заряжен, и после зарядки пролежать (отдохнуть) без нагрузки минут 15-20.

@@Допустим, что проверяемый элемент имеет в данный момент имеет Uэдс = 1,325 В, а тестовая нагрузка (резистор) имеет сопротивление, равное 0,127 Ом. Тестовый резистор должен иметь достаточную мощность рассеяния, и желательно быть керамическим. Можно просто спаять параллельно несколько сопротивлений типа МЛТ (ОМЛТ), номиналом 1 - 1,5 Ома. Выводы этой нагрузки следует сделать толстым медным многожильным проводом сечением не менее 3-5 кв. мм. При дальнейших измерениях сопротивление выводных проводников также является нагрузкой, поэтому измерение сопротивления этого тестового резистора следует производить на концах проводников, а не в месте их припайки к "магазину" параллельных сопротивлений. Боюсь, что обычным "цифровиком" точно измерить такое маленькое сопротивление не удастся, поэтому вам придется для его тарирования обратиться в какую-нибудь производственную электролабораторию, имеющую специальный мост для измерения миллиомных сопротивлений.

@@Заранее присоединяем к выводам нагрузочного резистора цифровой вольтметр, установив его в режим измерения напряжения до 2 вольт (2000 мВ). подключаем резистор к элементу питания, и через 5-10 секунд, необходимых для выхода элемента в рабочий режим, фиксируем показания прибора.

@@Предположим, что прибор показал величину напряжения на нагрузочном резисторе Uнагр = 1,146 В.

@@Расчет Rвн элемента производим по формуле:

Rвн = ((Uэдс / Uнагр) - 1) * Rнагр,

@@тогда для нашего случая:

Rвн = ((1,325 / 1,146) - 1) * 0.127 = 0,0198 Ом.

@@Полученная в нашем примере величина Rвн=0,0198 Ом близка к реальной, и батарея, собранная, допустим, из 7-ми подобных элементов будет иметь Rвн(бат)=0,0198*7=0,1386 Ом, что при реальной Rнагр=0,6 Ом (мотор класса 400) обеспечит максимальный ток в нагрузке:

Iнагр = 7 * 1,325 / (0.1386 + 0,6) = 12,56 А,

@@при достаточно приемлемом КПД энергоустановки.

@@Тем не менее, для более мощных, спортивных двигателей, рассчитанных на потребляемые токи 30-40 А эта батарея будет уже не очень хороша, и вам придется собрать новую батарею, с элементами, имеющими еще меньшие Rвн.

Динамические параметры ходовой батареи

@@Все вышеописанные параметры батареи были справедливы только для так называемого установившегося режима, т.е. для случая, когда нагрузкой батареи является активное сопротивление, величина которого неизменна во времени.

@@Существует ошибочное мнение, что чем больше емкость батареи, тем больший ток эта батарея может отдать в нагрузку. Это далеко не так, к сожалению. Величина С показывает какую энергию батарея может отдать в нагрузку в принципе, а от Rвн, как мы уже выяснили раньше, зависит максимальный ток, который может выдать батарея в нагрузку, или время, в течение которого батарея может полностью отдать запасенную в ней энергию. Параметры С и Rвн прямо не взаимосвязаны, и хотя некоторая зависимость между ними все же имеется, эта зависимость обычно конструктивно-технологическая, а не электрическая. Простейшее сравнение NiCd и Li батарей подтверждает эти рассуждения - любая NiCd батарея даже небольшой мощности, способна отдать в нагрузку гораздо больший ток, чем Li батарея, имеющая в два-три раза большую емкость.

@@Это обусловлено тем, что Rвн у литиевых батарей в несколько раз больше, чем у аналогичных NiCd.

@@На практике, величина нагрузки элементов питания, как правило, изменяется со временем: периодически подключается то один активный потребитель, то другой, или сразу, допустим, оба. В этом случае переходные процессы в цепях питания длятся очень незначительное время (порядка десятков микросекунд - единиц миллисекунд - это время выхода элемента в стационарный режим работы), и тоже не сильно влияют на стабильность работы источника питания, и все рассуждения и рекомендации, приведенные выше, остаются в силе. Гораздо более сложные процесс протекают в самом источнике тока и в цепях питания, когда нагрузка имеет реактивный характер, т.е. наряду с активным омическим сопротивлением в цепях нагрузки присутствуют реактивности - катушки индуктивности или емкости. В этом случае время выхода элемента питания в стационарный режим работы сильно увеличивается, и может достигать уже сотен миллисекунд. Но самые большие отклонения в режим работы батареи вносят периодические потребители (всевозможные коммутаторы), с периодом переключения, соизмеримым со временем релаксации (восстановления) элемента питания. К таким устройствам относятся высокооборотные коллекторные электродвигатели, ШИМ-контроллеры для регулировки мощности, отдаваемой в нагрузку, электронные регуляторы оборотов коллекторных электродвигателей, и контроллеры-преобразователи для управления бесколлекторными многофазными электромоторами. Ток, отдаваемый источником питания таким потребителям уже нельзя назвать постоянным - он становится пульсирующим, т.е. переменным по величине, а порой (при индуктивном характере нагрузки) и по направлению. И чем больший средний ток потребляет в этом случае конечный потребитель, тем сложнее процессы, протекающие в источнике питания. В электрической схеме возникают многоконтурные связи, в которых участвуют уже несколько звеньев: источник питания - цепи питания - преобразователь напряжения (контроллер) - узел коммутации самого двигателя (коллектор-щетки) - обмотки электродвигателя (электрические параметры которых так же сильно изменяются при изменении величины протекающего в них тока).

@@Разумеется, описать процессы, происходящие в таких цепях, используя лишь закон Ома или Кирхгофа уже не удастся. Тем не менее, попробую "на пальцах" объяснить суть основного динамического параметра батареи - ее внутреннего динамического сопротивления, и его влияния на режим работы потребителя тока.

@@Вернемся к моменту замыкания электрической цепи "батарея - потребитель". Как уже отмечалось, при включении потребителя, ток в нем не возникает мгновенно, а нарастает с какой-то конечной скоростью, определяемой, прежде всего, внутренними электрохимическими процессами, происходящими в самом источнике тока, а также реактивной составляющей сопротивления потребителя (нагрузки). Можно условно сказать, что батарея в момент подключения нагрузки имеет бесконечно большое Rвн, и начинает работать в режиме короткого замыкания. При этом величина тока в нагрузке определяется не столько его собственным Rнагр, сколько Rвн батареи, которое в пусковые моменты гораздо превышает сопротивление нагрузки. Затем батарея как бы "разогревается", и постепенно выходит из режима КЗ на рабочий режим. Если во время этого процесса измерять напряжение на клеммах аккумулятора, то окажется, что оно сначала падает почти до нуля, а затем по экспоненте достигает величины Uнагр = Uэдс * Rнагр / (Rвн + Rнагр). Если проанализировать составляющие этой формулы, то можно понять, что единственным параметром, который определяет скорость нарастания тока в нагрузке, может быть только Rвн, которое в "холодном" состоянии батареи существенно больше, чем Rвн в рабочем режиме. Далее будем называть этот переменный параметр внутренним динамическим (переменным) сопротивлением батареи, и обозначим его как Rдин. Математически точно описать этот параметр я не берусь - для этого потребуется не только применение высшей математики, но и технологические данные разработчиков и производителей элементов питания, которыми я, к сожалению, не располагаю.

@@Из последней формулы очевидно, что чем меньше Rвн батареи, тем большее напряжение будет приложено к потребителю в установившемся рабочем режиме, и тем большие ток, мощность и энергию он будет потреблять от источника, соответственно, преобразовывая ее в механическую энергию. Для различных типов батарей (даже одной номинальной мощности) характер "пусковой" кривой будет разный, более того - даже у одинаковых элементов из одной технологической партии эта кривая может существенно отличаться.

@@Для простоты рассуждений далее предположим, что время выхода батареи на рабочий режим будет, к примеру, равно 1 миллисекунде (Тв =1 мсек).

@@После отключения нагрузки в батарее продолжают протекать электрохимические процессы, но их характер существенно меняется. Начинается период релаксации (восстановления). Uэдс постепенно возрастает, так же, как и Rвн. Но скорость (Тр - период релаксации) изменения этих параметров разная, обычно при релаксации Rвн растет гораздо быстрее Uэдс.

@@Теперь подключим к батарее электронный коммутатор, нагрузив его, для простоты рассуждений, не обмотками электродвигателя, имеющими значительную индуктивность, а обычным активным сопротивлением.

@@Большинство ШИМ-регуляторов, лежащих в основе модельных контроллеров, работает на частотах в диапазоне 1,5-2,5 кГц. Это значит, что коммутатор подключает к батарее нагрузку 1,5-2,5 тысячи раз в секунду, и каждое такое подключение в среднем длится не более 0,2-0,33 мсек.

@@Если теперь вспомнить, что Тв = 1 мсек, становится ясно, что за время одного такого подключения батарея даже не успевает выйти на рабочий режим! Более того, во время паузы между последовательными подключениями Rвн батарейки успевает подрасти больше, чем Uэдс, и каждый последующий цикл нагрузки еще больше "проваливает" батарею. Конечно, в конце концов в батарее наступает электрохимический баланс, интегрированное Rдин вновь уменьшается, и вся система начинает работать в установившемся рабочем режиме, но это происходит через довольно значительное время, которое по разным оценкам может достигать десятков, а то и сотен миллисекунд. А ведь это как раз то время, которое необходимо модели с электродвигателем для хорошего, динамичного старта...

Авторам опубликованных статей предоставляются скидки в нашем магазине

Эта статья была опубликована 08 October 2013 г..
Число отзывов: 0
Написать отзыв
box_bg_r.gif.
Корзина Перейти
Корзина пуста
Вход
E-Mail:
Пароль:
Регистрация
Отложенные товары Перейти
Нет отложенных товаров.
Отзывы Перейти
Серво Blue Bird BMS-306BB Miсro Servo
Вчера получил свой заказ! Спасибо большое! Упако-
вка антива ..

5 из 5 звёзд!
Рекомендуемые Перейти
Ветроуказатель УВ 3.5
Ветроуказатель УВ 3.5
1,199.0 руб.
Лучшие товары Перейти
01. Смола эпоксидная LARIT, 100 г.
02. Бальза листовая 2*102*915 мм
03. Бальза листовая 1.5*102*915 мм
04. Трос стальной, многожильный, d. 0.5 мм, 1 м.
05. Бальза листовая 3*102*915 мм
06. Бальза листовая 1*102*915 мм
07. Бальза листовая 1.5*75*930 мм
08. Бальза листовая 1*75*930 мм
09. Отвердитель L-285 (Германия) средний, 100 г.
10. Лавсан прозрачный для обтяжки моделей, 23 мкм, 1 п.м.
11. Бальза листовая 2.5*75*930 мм
12. Бальза листовая 2*75*930 мм
13. Бальза листовая 4*104*935 мм
14. Ламинат ЛСО 0,35/38-Ш(2), Ступино, 1 п.м.
15. Эпоксидная смола низкой вязкости «L», 100 г.
16. Ламинат ЛСО 0,35/50-Ш(2), Ступино, 1 п.м.
17. Бальза листовая 3*75*930 мм
18. Отвердитель L-286 (Германия) медленный, 100 г.
19. Бальза листовая 5*104*935 мм
20. Бальза листовая 5*75*930 мм
21. Стеклоткань 0,05 мм (КНР, “Aeroglass”), 1 кв.м.
Яндекс.Метрика
© 2003-2017, shop.Aviamodelka.ru - Материалы для моделистов