Silnik zaburtowy zasilany baterią litową. Schemat, opis

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Elektryk

Silnik zaburtowy zasilany baterią litową. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Silniki elektryczne

Na wodach coraz częściej można spotkać wędkarzy używających na swoich łodziach silników zaburtowych. W porównaniu z silnikami benzynowymi mają szereg zalet: ich konstrukcja jest bardzo prosta, włączanie i wyłączanie jest natychmiastowe, prawie nie emitują hałasu i nie emitują produktów ubocznych do wody. Największą wadą silników elektrycznych jest konieczność posiadania źródła zasilania - akumulatora, którego masa (zwykle kwasowo-ołowiowa) jest kilkukrotnie większa niż masa samego silnika. Jest to szczególnie uciążliwe podczas łowienia z gumowej łodzi, w której trzeba gdzieś umieścić ciężki akumulator. Nie twórz udogodnień i przewodów łączących.

Jednocześnie istnieją akumulatory, które przy porównywalnej energochłonności mają znacznie mniejszą masę niż kwasowo-ołowiowe. Należą do nich różne rodzaje baterii litowych. Poniżej opisano mały zaburtowy silnik elektryczny zasilany bezpośrednio z litowego źródła. Podano schemat niezbędnych do działania silnika elektrycznego oraz źródła zasilania urządzenia elektronicznego. Zmierzono również różne parametry silnika zaburtowego jako całości.

W tym celu wykorzystano 12-woltowy dwubiegowy silnik zaburtowy Sevylor SBM18, którego waga (bez akumulatora) to około 2,5 kg (ten sam silnik produkowany jest również pod marką Aqua Marina T 18). Przy wyższych prędkościach energia z akumulatora jest dostarczana bezpośrednio do silnika, a przy niższych prędkościach przez dodatkowy rezystor. W tym drugim przypadku, jak wykazały pomiary, jedna trzecia energii pobieranej z akumulatora idzie na ogrzanie rezystora, czyli jest marnowana. Zgodnie z paszportem motoryzacyjnym prąd pobierany przy wyższej prędkości osiąga 14,7 A, a przy niższej prędkości - 7 A. W tym przypadku w pierwszym przypadku silnik musi rozwinąć siłę cumowania 8,1 kgf, aw drugim - 3,6 kgf. Z pomiarów wynika, że przy napięciu zasilania 11 V silnik rozwinął siłę około 2,5 kgf przy mniejszej prędkości, co jest zbliżone do wartości deklarowanej.

W pierwotnej wersji źródłem zasilania był akumulator złożony z trzech akumulatorów połączonych szeregowo, z których każdy z kolei składał się z dwóch połączonych równolegle akumulatorów litowo-jonowych IMR 26650 (KeepPower) o pojemności 5200 mAh.

Jak wiadomo, baterie litowe są bardzo „delikatnymi” źródłami zasilania: dla każdego typu ustawione jest maksymalne napięcie, do którego można naładować akumulator, oraz minimalne napięcie, gdy jest ono rozładowywane. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych wartości te na ogniwo wynoszą odpowiednio 4,1 i 2,9...3,2 V. Dodatkowo należy zadbać o to, aby temperatura akumulatora nie przekraczała 50...60 ^оC.

Wszystkie akumulatory umieszczono w kasecie, masa silnika zaburtowego z takim źródłem zasilania zainstalowanym w jego korpusie wynosiła 3,9 kg. Podczas testów silnik elektryczny był zainstalowany w wannie wypełnionej wodą i pracował z oryginalnym śmigłem z mniejszą prędkością. Do automatycznego odłączania akumulatora, gdy napięcie spadnie do dolnego dopuszczalnego poziomu, zastosowano urządzenie elektroniczne, zmontowane zgodnie z poniższym schematem. Przed wyłączeniem silnik pracował nieprzerwanie przez półtorej godziny. Jednocześnie pobór prądu spadł z 7,5 do 5,3 A.

Testy ujawniły następujący problem. Pomiary wykazały, że rezystancja wewnętrzna całego ładowanego zasilacza wynosi 210 mΩ. Przy 7,5 A moc rozpraszana w akumulatorze wynosi około 12 W. Będąc w zamkniętej obudowie dość mocno się nagrzewa: po około godzinie ciągłej pracy jego temperatura dochodzi do 50 ^оC i nadal rośnie. Do jego chłodzenia zastosowano dwa miniaturowe jednowatowe wentylatory, co wyeliminowało ten problem. Jednocześnie konstrukcja obudowy musiała być nieco skomplikowana, aby bateria i urządzenie elektroniczne były chronione przed wnikaniem wody, ale jednocześnie zapewniono przepływ powietrza.

Ostateczna wersja wykorzystuje baterię litowo-polimerową. Ma o rząd wielkości niższy opór wewnętrzny, więc nawet przy długotrwałej ciągłej pracy w zamkniętej obudowie wymuszone chłodzenie nie jest wymagane. Dodatkowo w celu wyeliminowania strat energii występujących w oryginalnym silniku podczas pracy na niższych obrotach zastosowano pulsacyjny tryb zasilania. Pozwala to między innymi na płynną regulację mocy silnika zaburtowego i odpowiednio prędkości łodzi.

Źródłem zasilania był akumulator Turnigy Multistar 14,8 V. Jego pojemność wynosi 16 Ah, waga - 1,3 kg. Dla akumulatora litowo-polimerowego maksymalne napięcie podczas ładowania wynosi 4,2 V na ogniwo, a minimalne napięcie podczas rozładowywania 3...3,3 V. Akumulator składa się z czterech ogniw, a całkowite napięcie w stanie naładowanym wynosi 16,8 V. Pomiary wykazały że rezystancja wewnętrzna w tym przypadku wynosi 8 mΩ, więc nawet przy prądzie 10 A moc rozpraszana w bateriach będzie mniejsza niż jeden wat.

Obwód sterowania silnikiem zaburtowym pokazano na ryc. 1. Automatyczne wyłączenie akumulatora, gdy jego napięcie spadnie do minimalnego dopuszczalnego poziomu, odbywa się za pomocą wyzwalacza Schmitta zamontowanego na tranzystorach VT1 i VT2. Poziom ten (w naszym przypadku równy 13 V) ustawiamy rezystorem trymera R2. Należy pamiętać, że do dokładnego ustawienia pożądane jest użycie tak zwanego wieloobrotowego rezystora strojenia (z przekładnią ślimakową).

Ryż. 1. Obwód sterowania silnikiem zaburtowym (kliknij, aby powiększyć)

Po krótkim naciśnięciu przycisku SB2 tranzystor VT1 otwiera się, a VT2 zamyka. Prowadzi to do otwarcia tranzystora VT3. W rezultacie przekaźnik K1 zawarty w obwodzie kolektora tego tranzystora zostaje aktywowany. Jego styki działają na zwarcie i umożliwiają przełączanie prądu stałego o mocy do 16 A przy napięciu do 24 V.

Na generatorze impulsów prostokątnych, zmontowanym na elementach mikroukładu DD1, napięcie zasilania jest dostarczane z niewielkim opóźnieniem z powodu obecności stosunkowo dużego kondensatora C2 i rezystora R14. Opóźnienie umożliwia użycie przycisku niskiego poboru mocy do uruchomienia silnika. Impulsy napięcia z wyjścia elementu DD1.3 okresowo otwierają tranzystor V74, w obwodzie spustowym, do którego podłączony jest silnik M1. Jego rewersu dokonuje się przełącznikiem SA1. Gdy napięcie zasilania spadnie do dolnego zadanego poziomu (w miarę rozładowywania się akumulatora), tranzystor W1 zamyka się i całe urządzenie pracuje w przeciwnym kierunku: styki przekaźnika otwierają się i następuje odłączenie źródła zasilania. Aby wyłączyć silnik pracujący na wyższym napięciu, użyj przycisku SB1.

Przy wartościach znamionowych części wskazanych na schemacie częstotliwość powtarzania impulsów wynosi około 50 Hz. Czas trwania impulsów napięcia przykładanych do silnika jest regulowany przez zmienny rezystor R6. Wartości rezystorów R8 i R9 dobiera się tak, aby przy w pełni naładowanym akumulatorze średni prąd płynący przez silnik elektryczny można było płynnie zmieniać od około 5 do 9 A.

Detale urządzenia są zamontowane na płycie z włókna szklanego o wymiarach 138x47 mm. Tranzystor V74 jest zamontowany na małym radiatorze. Moc rozpraszana przez niego nie przekracza jednego wata.

na ryc. 2 przedstawiono zależność napięcia akumulatora i jego temperatury od czasu ciągłej pracy przy maksymalnej mocy silnika elektrycznego. Podano również wykres zależności pobieranego przez niego prądu od czasu. Sam silnik wraz z oryginalnym śmigłem został zamocowany w kąpieli wodnej. Z rysunku widać, że napięcie akumulatora podczas rozładowywania spada dość płynnie do wartości około 14,3 V, po czym gwałtownie spada. Gwałtowny spadek napięcia w miarę zbliżania się do dolnego dopuszczalnego poziomu jest typowy dla akumulatorów litowo-polimerowych. Maksymalna temperatura zasilacza w zamkniętej obudowie po dwóch godzinach ciągłej pracy nie przekraczała 45...46 ^оC. Jednocześnie, jak wykazały badania, znaczny wkład w ogrzewanie ma radiator tranzystora VT4 i przekaźnik K1 umieszczony obok akumulatora.

Silnik zaburtowy zasilany baterią litową
Ryż. 2. Zależności napięcia i temperatury akumulatora od czasu ciągłej pracy

Akumulator wraz z tablicą kontrolną silnika znajduje się w szczelnej obudowie z duraluminium na silniku zaburtowym. Pokrywa pudełka jest otwierana, a akumulator można łatwo wyjąć. Ogólny widok silnika pokazano na rys. 3 (można go również użyć do oceny jego wielkości). Masa silnika wraz z akumulatorem wynosi około 4,4 kg.

Silnik zaburtowy zasilany baterią litową
Ryż. 3. Widok ogólny silnika

Testy silnika na łodzi przeprowadzono na jeziorze przy braku emocji. Całkowite obciążenie podwójnej gumowej łodzi JAM 220 T wynosiło około 100 kg. Jego prędkość przy w pełni naładowanym akumulatorze i maksymalnej mocy silnika wynosiła 4,5 km/h. Silnik pracował nieprzerwanie przez 2 godziny i 20 minut przed zatrzymaniem. Przy minimalnej mocy wartości te wynosiły odpowiednio 3,6 km/h i 3 h 45 min.

Z powyższych danych wynika więc, że z akumulatora litowo-polimerowego można z powodzeniem tworzyć proste w obsłudze i lekkie silniki elektryczne zaburtowe ze źródłem zasilania umieszczonym bezpośrednio na silniku.

Autor: A. Gawriłow

Zobacz inne artykuły Sekcja Silniki elektryczne.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Zmierzyłem pole magnetyczne czarnej dziury w centrum Galaktyki 19.12.2015

Po raz pierwszy astronomowie byli w stanie zbadać, co dzieje się w pobliżu horyzontu zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej i odkryć, że silne i wysoce zmienne pola magnetyczne są obecne w jej sąsiedztwie i w otaczający go dysk materii.

Po raz pierwszy astrofizycy byli w stanie „sięgnąć” horyzontu zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki i udowodnić, że posiada ona pole magnetyczne, które pomaga wychwytywać materię i wypluwać jej część w według artykułu opublikowanego w czasopiśmie Science.

„Istnienie tych pól magnetycznych było przewidywane przez teorie, ale wcześniej nikt nie był w stanie ich zobaczyć. Te obserwacje pozwoliły nam oprzeć dziesięciolecia teoretyzowania i obliczeń na solidnej podstawie eksperymentalnej” – powiedział Shep Doeleman z Massachusetts Institute of Technology. (USA).

Doleman i jego koledzy byli w stanie dokonać tego odkrycia dzięki unikalnemu interferometrowi Event Horizons Telescope, który połączył moc najczulszych obserwatoriów radiowych na świecie w Kalifornii, Arizonie, na Hawajach, a nawet na biegunie południowym Ziemi.
Głównym celem tego projektu, jak można wywnioskować z jego nazwy, było „zbliżenie się” do horyzontu zdarzeń czarnej dziury Sgr A*, znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej i wszechstronne zbadanie jej właściwości. Połączenie mocy teleskopów pozwoliło naukowcom osiągnąć tysiąckrotnie większą rozdzielczość przewyższającą czułość Hubble'a.

Pierwsze sukcesy tego projektu i pierwsze obserwacje naukowcy poinformowali w kwietniu tego roku. Według nich EHT zdołał zbliżyć się do horyzontu zdarzeń „naszej” czarnej dziury i osiągnąć rekordową rozdzielczość, 10-krotnie wyższą niż dokładność poprzednich obserwacji.

Po zbadaniu polaryzacji promieniowania emanującego z „serca” Sgr A*, autorzy artykułu zauważyli, że część emitowanych przez nią fal radiowych była „skręcona”, co wskazywało na istnienie silnych pól magnetycznych w pobliżu horyzontu zdarzeń czarna dziura i jej dysk akrecyjny.

Ich struktura była niezwykle niezwykła – siła pola magnetycznego w niektórych rejonach dysku zmieniała się co 15 minut, a jego konfiguracja była bardzo różna w różnych częściach otoczenia Sgr A*. Na przykład pole magnetyczne na drugim końcu dysku było na tyle nieuporządkowane, że astrofizycy porównali je do tego, jak wygląda splątane spaghetti.

Natomiast regiony w pobliżu „nogi” dżetu – strumień wysokoenergetycznych cząstek i fal elektromagnetycznych „wypluty” przez czarną dziurę – były, przeciwnie, bardzo uporządkowane. Według Dolemana dalsze badanie różnic w budowie magnetycznej tych części dysku akrecyjnego i sąsiedztwa horyzontu zdarzeń pozwoli zrozumieć, w jaki sposób powstają dżety i dlaczego niektóre czarne dziury, w tym Sgr A*, mają niezwykle słabe „plucie”.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Czołgi Kameleon

▪ Kurtyny oczyszczające powietrze

▪ System operacyjny Android M podwoi żywotność baterii smartfonów

▪ Ptak odlatuje i pomaga złapać złodzieja

▪ Systemy jednoukładowe Dimensity 920 5G i Dimensity 810 5G

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ część witryny internetowej elektryka. PTE. Wybór artykułów

▪ Artykuł Prawo prywatne międzynarodowe. Notatki do wykładów

▪ Jak duża jest Statua Wolności w Nowym Jorku? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Scenarzysta działu produkcji reklam. Opis pracy

▪ artykuł Miniaturowe stateczniki elektroniczne oparte na chipie IR53HD420. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Jajecznica z niczego. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn