Підвісний мотор для човна з живленням від літієвого акумулятора. Схема, опис

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Електрику

Підвісний човен з живленням від літієвого акумулятора. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електродвигуни

На водоймищах все частіше можна зустріти рибалок, які використовують на своїх човнах підвісні електромотори. У порівнянні з бензиновими двигунами вони мають ряд переваг: конструкція їх дуже проста, включення-вимикання відбуваються миттєво, практично повністю відсутні шум і викид у воду побічних продуктів. Найбільший недолік електромоторів - необхідність мати джерело живлення - акумуляторну батарею, маса якої (зазвичай свинцево-кислотної) в кілька разів перевищує масу самого мотора. Особливо це незручно при лові риби з гумового човна, де десь потрібно розміщувати важку акумуляторну батарею. Не створюють зручностей та з'єднувальні дроти.

У той самий час існують акумулятори, мають за порівнянної енергоємності значно меншу масу, ніж свинцево-кислотні. До них відносяться різного типу літієві акумулятори. Нижче описується малогабаритний підвісний електромотор, що живиться від літієвого джерела, розміщеного безпосередньо на ньому самому. Наведено схему необхідного для роботи електромотора та джерела живлення електронного пристрою. Виміряно також різні параметри підвісного мотора загалом.

Для цієї мети був використаний 12-вольтний двошвидкісний підвісний мотор Sevylor SBM18, маса якого (без акумулятора) – близько 2,5 кг (такий самий мотор випускається і під маркою Aqua Marina T 18). При більшій швидкості живлення від акумулятора подається безпосередньо на електродвигун, а при меншій через додатковий резистор. В останньому випадку, як показали вимірювання, третина енергії, що споживається від акумуляторної батареї, йде на нагрівання резистора, тобто витрачається марно. За паспортом двигуна споживаний струм на більшій швидкості досягає 14,7 А, а на меншій - 7 А. При цьому в першому випадку двигун повинен розвивати зусилля на швартовах 8,1 кгс, а в другому - 3,6 кгс. За проведеними вимірами, при напрузі живлення 11 мотор розвивав на меншій швидкості зусилля близько 2,5 кгс, що близько до заявленого значення.

У початковому варіанті джерелом живлення служила батарея, складена з трьох послідовно з'єднаних батарей, кожна з яких, у свою чергу, складалася з двох з'єднаних паралельно літій-іонних акумуляторів IMR 26650 (KeepPower) ємністю 5200 мА·год.

Як відомо, літієві акумулятори - дуже "ніжні" джерела живлення: для кожного типу встановлена максимальна напруга, до якої може бути заряджений акумулятор, і мінімальна напруга при його розрядці. Для літій-іонних акумуляторів ці значення з розрахунку на один елемент рівні відповідно 4,1 і 2,9...3,2 В. Крім того, потрібно стежити, щоб температура акумулятора не перевищувала 50...60 ^оС.

Всі акумулятори поміщалися в касету, маса підвісного двигуна з встановленим у корпус таким джерелом живлення склала 3,9 кг. При випробуваннях електромотор встановлювався у наповнену водою ванну та працював з оригінальним гвинтом на меншій швидкості. Для автоматичного вимкнення акумуляторної батареї при зменшенні напруги до нижнього допустимого рівня використовувався електронний пристрій, зібраний за наведеною далі схемою. До відключення двигун пропрацював безперервно півтори години. У цьому споживаний струм знизився з 7,5 до 5,3 А.

Випробування виявили таку проблему. Вимірювання показали, що внутрішній опір всього зарядженого джерела живлення становить 210 мОм. При струмі 7,5 А потужність, що розсіюється в батареї, становить приблизно 12 Вт. Перебуваючи в закритому корпусі, вона досить сильно нагрівається: приблизно через годину безперервної роботи температура досягає 50 ^оЗ і продовжує підвищуватися. Для її охолодження було застосовано два мініатюрні одноватні вентилятори, які усунули цю проблему. При цьому довелося дещо ускладнити конструкцію корпусу, щоб акумуляторна батарея та електронний пристрій були захищені від попадання води, але водночас забезпечувався приплив повітря.

В остаточному варіанті використаний літій-полімерний акумулятор. У нього на порядок менший внутрішній опір, тому навіть при тривалій безперервній роботі в герметичному корпусі примусове охолодження не потрібно. Крім того, для виключення енергетичних втрат, що мають місце в оригінальному двигуні при роботі на меншій швидкості, був застосований імпульсний режим живлення. Крім іншого, це дозволяє плавно регулювати потужність підвісного двигуна і, відповідно, швидкість руху човна.

Джерелом живлення служила батарея Turnigy Multistar 14,8V. Її ємність – 16 А·год, маса – 1,3 кг. Для літій-полімерної батареї максимальна напруга при зарядці становить 4,2 на елемент і мінімальна напруга при розрядці - 3...3,3 В. Батарея складається з чотирьох акумуляторів, і сумарна напруга в зарядженому стані становить 16,8 В. Вимірювання показали, що внутрішній опір при цьому становить 8 мОм, так що навіть при струмі 10 А потужність, що розсіюється в акумуляторах, складе менше одного вата.

Схема керування електродвигуном підвісного двигуна наведена на рис. 1. Автоматичне відключення акумулятора при зниженні її напруги до мінімально допустимого рівня здійснюється тригером Шмітта, зібраним на транзисторах VT1 і VT2. Цей рівень (у нашому випадку він дорівнює 13) встановлюють підстроювальним резистором R2. Зазначимо, що для точної установки бажано використовувати так званий багатооборотний резистор підлаштування (з черв'ячною передачею).

Мал. 1. Схема керування двигуном підвісного мотора (натисніть для збільшення)

У разі короткочасного натискання на кнопку SB2 транзистор VT1 відкривається, а VT2 закривається. Це призводить до відкривання транзистора VT3. В результаті спрацьовує включене колекторний ланцюг цього транзистора реле K1. Його контакти працюють на замикання та допускають комутацію постійного струму силою до 16 А при напрузі до 24 Ст.

На генератор прямокутних імпульсів, зібраний на елементах мікросхеми DD1, напруга живлення надходить із невеликою затримкою через наявність конденсатора щодо великої ємності С2 та резистора R14. Затримка дозволяє застосувати для запуску електродвигуна малопотужну кнопку. Імпульси напруги з виходу елемента DD1.3 періодично відкривають транзистор V74, ланцюг стоку якого включений електродвигун M1. Його реверс проводиться перемикачем SA1. При зниженні напруги живлення до нижнього встановленого рівня (у міру розрядки акумуляторної батареї) транзистор W1 закривається і весь пристрій спрацьовує у зворотному напрямку: контакти реле розмикаються і джерело живлення від'єднується. Для вимкнення працюючого при вищій напрузі двигуна використовують кнопку SB1.

При номіналах деталей, вказаних на схемі, частота проходження імпульсів - близько 50 Гц. Тривалість імпульсів напруги, що подаються на електродвигун, регулюють змінним резистором R6. Номінали резисторів R8 і R9 обрані так, щоб при повністю зарядженій батареї середній струм, що протікає через електродвигун, можна було плавно змінювати приблизно від 5 до 9 А.

Деталі пристрою змонтовані на платі зі склотекстоліту розміром 138x47 мм. Транзистор V74 встановлений на невеликому тепловідводі. Потужність, що розсіюється ним, не перевищує одного вата.

На рис. 2 наведено залежності напруги акумуляторної батареї та її температури від часу безперервної роботи при максимальній потужності електродвигуна. Наведено також графік залежності споживаного ним струму від часу. Сам двигун з оригінальним гвинтом був при цьому закріплений у ванні з водою. З малюнка видно, що напруга батареї в міру її розрядки досить плавно знижується до приблизно 14,3 В, після чого різко зменшується. Швидке падіння напруги при наближенні до нижнього допустимого рівня характерно для літій-полімерних акумуляторів. Максимальна температура джерела живлення в закритому корпусі після двох годин безперервної роботи не перевищувала 45...46 ^оС. При цьому, як показали дослідження, значний внесок у нагрівання вносять тепловідведення транзистора VT4 і реле K1, розташовані поряд з акумуляторною батареєю.

Підвісний мотор для човна з живленням від літієвого акумулятора
Мал. 2. Залежність напруги акумуляторної батареї та її температури від часу безперервної роботи

Акумуляторна батарея разом із платою пристрою керування двигуном розташовуються в герметичній коробці з дюралюмінію на підвісному моторі. Кришка коробки зроблена, що відкривається, і акумулятор можна легко витягти. Загальний вигляд двигуна показаний на рис. 3 (за ним можна судити і про його розміри). Маса двигуна разом з акумуляторною батареєю - приблизно 4,4 кг.

Підвісний мотор для човна з живленням від літієвого акумулятора
Рис. 3. Загальний вигляд двигуна

Випробування двигуна на човні проводилися на озері за відсутності хвилювання. Сумарне навантаження двомісного гумового човна JAM 220 T складало приблизно 100 кг. Її швидкість при повністю зарядженій акумуляторній батареї та максимальній потужності двигуна дорівнювала 4,5 км/год. Двигун до зупинки безперервно пропрацював 2 год 20 хв. За мінімальної потужності ці показники склали відповідно 3,6 км/год і 3 год 45 хв.

Таким чином, з наведених даних видно, що літій-полімерна акумуляторна батарея з успіхом може бути застосована для створення зручних в експлуатації і підвісних човнових електромоторів, що володіють малою масою, з джерелом живлення, розміщеним безпосередньо на моторі.

Автор: А. Гаврилов

Дивіться інші статті розділу Електродвигуни.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Жонглер – спеціальність інтелектуальна 02.12.2004

Досі вчені вважали, що мозок дорослої людини не росте, а з певного віку навіть зменшується внаслідок старіння.

Дослідники з університетів Регенсбурга та Єни (Німеччина) довели, що це не так. Експериментатори розділили групу з 24 молодих чоловіків та жінок середнім віком 22 роки на дві рівні підгрупи. Членів однієї з них три місяці вчили жонглювати, іншу нічим не позичали.

За допомогою магнітно-резонансного томографа порівняли розміри мозку у піддослідних до та після навчання жонглювання. Виявилося, що у тих, хто тренувався, явно збільшився шар сірої речовини (тобто нейронів) лівої задньої борозни в корі мозку, що знаходиться між верхньою і нижньою бічними частками головного мозку. Вважається, що ця область сприймає рух об'єктів у тривимірному просторі.

У контрольної підгрупи, яка не навчалася жонглюванню, такого наростання сірої речовини не знайшли. Щоправда, після того, як жонглери припинили тренуватись, придбані ними додаткові нейрони знову зникли.

Інші цікаві новини:

▪ Драйвери для триколірних світлодіодів NLSF595

▪ MusicDNA - спадкоємець MP3

▪ Китай заощадить 300 млн. тонн вугілля на рік

▪ Розроблено камеру з роздільною здатністю 400 тисяч пікселів

▪ Розумні окуляри та вживлювані чіпи замість смартфонів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Нормативна документація з охорони праці. Добірка статей

▪ стаття Хай благословить вас Бог, а я не винен. Крилатий вислів

▪ стаття Чому комети зникають? Детальна відповідь

▪ стаття Дзвіночок ріпчастий. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Емалювання заліза. Прості рецепти та поради

▪ стаття Транзистори польові КП313 – 3П330. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт