|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Ліхтарик з акумуляторами, що заряджаються від сонячних елементів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Невідомо чому, але щоразу, коли виникає необхідність скористатися ліхтариком, батарейки в ньому виявляються підсілими. Знайома ситуація? Мабуть, багато хто з нас користується ліхтариком так рідко, що батарейки поступово саморозряджаються, і в результаті коли вони стають потрібними, виявляється, що вони вже витратили свою енергію. В цьому випадку непридатні марганець-цинкові батареї замінюються нікель-кадмієвими елементами. Дотепний вихід, поки не буде потрібний ліхтарик і не виявиться, що елементів у ньому немає. Добре ще, якщо вони з часу останнього використання були підключені до зарядного пристрою або в крайньому випадку, якщо вдасться відшукати їх у темряві. Коротше кажучи, необхідний завжди готовий до роботи ліхтарик, тобто батареї в ньому повинні бути свіжозарядженими. Цій вимогі задовольняє ліхтарик, що заряджається від сонця. Немає необхідності виймати батареї, вони завжди знаходяться в зарядженому стані. Пристрій ліхтарика Хитромудрою частиною пристрою є сам ліхтарик, який включає магнітний тримач, який притягується до багатьох металевих поверхонь. Утримувач складається з двох магнітних стрижнів, запресованих у пластмасовий корпус. До кожного магніту був прикріплений ізольований провід та пропущений усередині трубки до елементів. Іншу частину конструкції складає зарядний пристрій із живленням від сонця. На поверхні зарядного пристрою укріплено дві сталеві смужки, відстань між якими відповідає відстані між магнітними стрижнями ліхтарика. Кожна смужка з'єднана з відповідним виведенням зарядного пристрою. Коли ліхтарик не використовується, його просто примагнічують до сталевих смужок зарядного пристрою. Тим самим забезпечиться електричний контакт між зарядним пристроєм та акумуляторами ліхтарика, які заряджаються від сонячних елементів. Коли необхідно використовувати ліхтарик, його разом із свіжозрядженими батареями "відривають" від зарядного пристрою. Нікель-кадмієві батареї Нікель-кадмієві батареї, зазвичай звані нікель-кадмієвими елементами, дещо відрізняються від більшості сухих елементів, наприклад марганець-цинкової батареї, що зазвичай використовується у ліхтариках. Розряджаючи, батарея втрачає частину своєї напруги. Цей ефект проявляється у яскравості свічення лампочки ліхтарика. З розрядом батареї світіння стає все більш тьмяним, поки зовсім не припиниться. На відміну від цього, нікель-кадмієві елементи досить стабільно тримають напругу протягом розряду. Це можна помітити за постійною освітленням аж до глибокого заряду. Після того, як елемент розрядиться, напруга на ньому швидко падає і свічення припиняється. На рис. 1 для порівняння наведено залежність напруги від ступеня розряду двох елементів згаданих типів. Як можна бачити, для визначення терміну служби марганець-цинкового елемента, що залишився, необхідно просто виміряти напругу на ньому. Для нікель-кадмієвого елемента це не так просто зробити. Елемент, що розрядився на 80%, видає таку ж напругу, як щойно заряджений елемент. Таким чином, під час заряджання нікель-кадмієвого елемента виникає деяка складність. Поки елемент не розрядиться, ми не можемо судити про його стан. Крім того, нікель-кадмієві елементи дуже чутливі до перезаряду, який може вивести їх з ладу. Отже, частково розряджений елемент ставить справді складне питання: який заряд може прийняти?
Підзарядка нікель-кадмієвих елементів Щоб краще зрозуміти принцип роботи зарядного пристрою, необхідно перш за все ознайомитися з роботою нікель-кадмієвого елемента. Можна розпочати розгляд із повністю розрядженого елемента. Щоб його зарядити, потрібно через нього пропустити струм. Завдяки своїй конструкції нікель-кадмієвий елемент має досить великий внутрішній опір, який обернено пропорційно кількості заряду, накопиченого в елементі: чим менше заряд, тим вищий опір. Через наявність внутрішнього опору частина енергії зарядного струму перетворюється на тепло. Отже, необхідно починати заряд із малого струму, інакше енергія, що розсіюється на внутрішньому опорі у вигляді тепла, призведе до виходу елемента з ладу. У міру заряду внутрішній опір елемента зменшується. Чим менший опір, тим менше розсіюється тепло і ефективніше протікає заряд елемента. Крім того, тепер через елемент можна пропускати більший зарядний струм, що прискорить процес заряду. Практично можна закінчити цикл заряду при струмі, що значно перевищує початковий струм. Однак дуже складно регулювати та підтримувати такий режим заряду. Для простоти фірми-виробники рекомендують максимально безпечну величину струму незалежно стану батареї. Для нікель-кадмієвих дискових елементів цей струм не перевищує величини 330 мА. Навіть повністю розряджений елемент, що має високий внутрішній опір, можна не побоюючись заряджати таким струмом. Однак досі не отримано відповіді на запитання: яка кількість заряду не завдасть шкоди елементу? Цей зарядний струм можна підтримувати лише до тих пір, поки батарея повністю не зарядиться. Зазвичай на це потрібно 4 години. Якщо продовжити підзарядку, виникає небезпека перезарядження елемента, яка може спричинити зниження терміну служби батареї або гірше - руйнування елемента. Таким чином, якщо батарею розряджено лише наполовину, її можна легко перезарядити, навіть не знаючи про це. Саме тому фірмою-виробником рекомендується повільна підзарядка. Для дискового елемента підзарядний струм не повинен перевищувати 100 мА. При повільній підзарядці можна, не побоюючись перезарядження, заряджати елемент протягом рекомендованих 14 годин, необхідних зарядки повністю розрядженого елемента. Фактично можна постійно злегка заряджати елемент, не побоюючись його руйнування: швидкість заряду досить низька і надмірна енергія легко розсіюється елементом. Зарядний пристрій для батареї У цьому випадку було вирішено вибрати невелику швидкість заряду батареї. Повна схема зарядного пристрою та ліхтарика представлена на рис. 2. Для обмеження зарядного струму, що протікає через нікель-кадмієві елементи, ланцюг був включений лампа розжарювання.
Лампи розжарювання із вольфрамовою ниткою мають специфічну характеристику. Холодна нитка має дуже низький опір. У міру нагрівання нитки її опір збільшується більш ніж у 10 разів. Увімкнувши таку лампу послідовно з нікель-кадмієвими елементами, можна частково компенсувати внутрішній опір акумуляторної батареї. При підключенні повністю розрядженої акумуляторної батареї до сонячної батареї процес заряду відбувається в такий спосіб. Сонячна батарея створює в ланцюгу струм, що протікає через нікель-кадмієві елементи та лампу розжарювання. Струм обмежується сумарним опором акумуляторних елементів та нитки лампи. Спочатку більшість енергії поглинається батареєю завдяки її високому внутрішньому опору. Менша частина енергії виділяється на лампі, оскільки в цей момент її нитка має порівняно низький опір 7 Ом. Незалежно від внутрішнього опору нікель-кадмієві батареї мають власну граничну напругу 1,5 на елемент. Іншими словами, повна напруга на акумуляторній батареї в процесі заряду за будь-яких умов обмежена величиною порядку 3 В. При невеликому резисторі, що обмежує (опір нитки розжарення лампи 7 Ом), акумуляторні батареї швидко зменшують вихідну напругу сонячної батареї приблизно до 3 В. У міру заряду акумуляторної батареї її внутрішній опір зменшується, що у свою чергу викликає збільшення струму, що протікає через акумуляторні елементи через лампу, а також опір лампи. Фактично лампа заповнює втрату опору акумуляторної батареї, і зарядний струм залишається більш менш постійним. ліхтарик Зі збільшенням опору лампи напруга на ній збільшується. Але оскільки напруга на батареї фіксована, це призводить до поступового збільшення вихідної напруги сонячної батареї. Така тенденція зберігається до тих пір, поки акумулятор не зарядиться повністю. До цього моменту робоча точка на вольт-амперній характеристиці сонячної батареї зміститься таким чином, що напруга 2 буде додана до обмежуючої струм лампі. У цьому напрузі опір нитки становить 25 Ом, обмежуючи зарядний струм величиною 80 мА. Жодного подальшого збільшення струму або напруги відбуватися не буде, тому що робоча точка знаходиться на згині вольт-амперної кривої фотоелектричного перетворювача (рис. 3). Можна сказати більше: даний струм настільки малий, що нікель-кадмієві елементи можуть перебувати під зарядом як завгодно довго.
Крім обмеження зарядного струму, лампа є індикатором наявності процесу заряду. Яскраве свічення відповідає великому струму, що протікає через елементи. Слабке світіння або його відсутність свідчить майже про відсутність зарядного струму. Сонячна батарея 5-вольтова батарея чудово підходить з двох причин: напруги 5 В достатньо для заряджання нікель-кадмієвих елементів і, крім того, залишається електроенергія для світлової індикації. Найпростіша сонячна батарея, що складається з 11 елементів, більш менш відповідає наведеним вище вимогам. Для таких пристроїв можна використовувати невеликі серпоподібні елементи, оскільки вони дуже дешеві та розвивають достатню потужність. Такі елементи зазвичай генерують струм 80-100 мА. Вимоги до сонячної батареї досить м'які, проте вона повинна разом із лампою забезпечувати регулювання. Хоча сонячна батарея дозволяла генерувати 5 при струмі 80 мА, вибір був досить довільний. Якщо є сонячна батарея, що генерує 6 В при струмі 100 мА або більше, вона буде чудово працювати. Додаткова напруга розсіється на лампі, підтримуючи струм на потрібному рівні. Конструкція зарядного пристрою Основа зарядного пристрою виготовляється з прямокутного шматка деревини розміром 5х10 см2 (підійде будь-який короткий брусок). Якщо перевага віддається теплим тонам, то можна вибрати брусок з червоного дерева або використовувати сосновий або ялиновий брусок. Остаточно виріб виглядає, як показано на рис. 4.
На лицьовій поверхні основи закріплено дві сталеві смужки. Підійде будь-який магнітний матеріал, наприклад, сталева стрічка, яка використовується для окантовки дерев'яної тари. Така сталь тонка, пружна і є добрим провідником електрики. Спочатку до нижніх сторін смужок необхідно припаяти провідники, а потім просвердлити для них отвори в бруску. Смужки розташовуються на тій самій відстані, що й магніти на ліхтарику, і приклеюються до основи клеєм або епоксидною смолою. Один із провідників приєднується до сонячної батареї, інший припаюється до цоколя лампи. Вихід сонячної батареї, що залишився, приєднується до зовнішньої (різьбової) частини індикаторної лампи. Нарешті, в нижній частині основи просвердлюється отвір діаметром 0,9 см, в нього вставляється та приклеюється сигнальна лампа. Для перевірки пристрою необхідно просто коротко з'єднати контактні смужки дротом, при цьому повинна загорітися лампа. Якщо фотоелектричний перетворювач освітлюється сонцем, лампа яскраво світиться. Доопрацювання конструкції ліхтарика Нарешті необхідно змінити конструкцію ліхтарика. Принцип зрозумілий з рис. 5. Спочатку потрібно приєднати до кожного магнітного стрижня по гнучкому провіднику. Це можна зробити по-різному залежно від конструкції конкретного ліхтарика. Можна припаяти провідники, використовуючи достатньо флюсу і намагаючись не розплавити пластмасовий корпус. Можна просвердлити отвори в магнітних стрижнях (якщо, звичайно, до них є доступ) і закріпити провідники в них невеликими гвинтиками або заклепками.
Після цього необхідно в корпусі ліхтарика просвердлити отвір, щоб можна було протягнути провідники всередину. Якщо корпус ліхтарика металевий, провідники для запобігання стирання ізоляції та короткого замикання захищаються за допомогою ізоляційної втулки (або іншого відповідного елемента). З пластмасовим ліхтариком роботи, звісно, менше. Один провідник припаюється до центрального виведення патрона лампи ліхтарика так, щоб після повторного складання був забезпечений надійний контакт між позитивним виведенням батареї і цоколем лампи (провідник прокладається на деякій відстані від частин, що обертаються). Другий провідник від магнітного стрижня пропускається в основу корпусу ліхтарика, де розташована пружина. Необхідно обрізати його по довжині та вийняти пружину. У ланцюг вмикається діод. Маркований смужкою виведення діода припаюється до провідника, а анодний (немаркований) висновок - до пружини. Діод розміщується поблизу ширшого кінця пружини так, щоб при стиску вона не могла його пошкодити. На діод надівається шматочок гнучкої пластмасової трубочки, щоб уникнути короткого замикання на корпус ліхтарика. Діод виконує дві функції. По-перше, він захищає акумулятор від розрядки через сонячну батарею в нічний час. По-друге, при підключенні ліхтарика до зарядного пристрою у зворотній полярності діод не пропустить струму та захистить батареї від протизаряду. Тепер необхідно остаточно зібрати ліхтарик, він готовий до роботи. Найкраще розмістити зарядний пристрій на стіні так, щоб лінза ліхтарика була звернена вниз і не забруднювалася.
деякі рекомендації Необхідно впевнитись у дотриманні полярності при підключенні ліхтарика до зарядного пристрою. При одній полярності буде заряд, при іншій - бути відсутнім через блокуючий діод. Якщо ліхтарик не заряджається, необхідно поміняти місцями провідники від сонячної батареї. Ще одна порада: нікель-кадмієві елементи, на жаль, мають "пам'ять", наприклад можуть запам'ятати розрядний цикл. Припустимо, ліхтарик використовується протягом 15 хв на день, а потім знову заряджається. Акумуляторна батарея запам'ятає це і "лінуватиметься". Їй "здається", що її робочий день дорівнює 15 хв. А що станеться, якщо ліхтарик знадобиться протягом 30 хв чи більше? Він перестане працювати за 15 хв! Варто відпрацювати батареям повністю 15 хв, і вони відмовляться служити довше. Щоб уникнути цього, необхідно періодично вмикати ліхтарик і повністю розряджати батареї, а потім знову підключати їх до зарядного пристрою. Повний заряд батарей має тривати протягом 2 год. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Новий спосіб отримання альтернативного палива
▪ Розділ сайту Ваші історії. Добірка статей ▪ стаття Вік-вовкодав. Крилатий вислів ▪ стаття Як ми ковтаємо їжу? Детальна відповідь ▪ стаття Пімента лікарська. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Легкий та потужний РА. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Картковий вольт (сім способів). Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page