Jak są ustawione i działają ładowarki?

Akumulatory w elektrotechnice są powszechnie nazywane chemicznymi źródłami prądu, które mogą uzupełniać, przywracać zużytą energię dzięki zastosowaniu zewnętrznego pola elektrycznego.

Urządzenia, które dostarczają energię elektryczną do płytek akumulatora, nazywane są ładowarkami: wprowadzają źródło prądu do stanu roboczego, ładują go. Aby prawidłowo obsługiwać akumulator, konieczne jest przedstawienie zasad ich pracy i ładowarki.

Jak działa bateria

Źródło prądu z recyklingu chemicznego podczas pracy może:

1. zasilać podłączone obciążenie, na przykład żarówkę, silnik, telefon komórkowy i inne urządzenia, zużywając zapasy energii elektrycznej;

2. zużywają podłączoną do niego zewnętrzną energię elektryczną, przeznaczając ją na przywrócenie rezerwy jej mocy.

W pierwszym przypadku akumulator jest rozładowany, aw drugim otrzymuje ładunek. Istnieje wiele konstrukcji akumulatorów, ale ich zasady działania są wspólne. Przeanalizujmy to pytanie na przykładzie płyt niklowo-kadmowych umieszczonych w roztworze elektrolitu.

Niski poziom naładowania baterii

Dwa obwody elektryczne działają jednocześnie:

1. zewnętrzne, stosowane do zacisków wyjściowych;

2. wewnętrzny.

Po wyładowaniu do żarówki w zewnętrznym przyłożonym obwodzie prąd płynie z drutów, a włókno utworzone przez ruch elektronów w metalach, a aniony i kationy przemieszczają się przez elektrolit w części wewnętrznej.

Dodane grafitem tlenki niklu stanowią podstawę dodatnio naładowanej płyty, a na elektrodzie ujemnej stosuje się gąbkę-kadm.

Kiedy akumulator jest rozładowany, część aktywnego tlenu tlenków niklu jest przenoszona do elektrolitu i przemieszcza się na płytkę kadmową, gdzie utlenia go, zmniejszając całkowitą pojemność.

Ładowanie baterii

Obciążenie z terminali wyjściowych do ładowania jest najczęściej usuwane, chociaż w praktyce metoda jest stosowana, gdy ładunek jest podłączony, na przykład na akumulatorze jadącego samochodu lub na naładowanym telefonie komórkowym, o którym się mówi.

Zaciski akumulatora są zasilane napięciem z zewnętrznego źródła o wyższej mocy. Ma wygląd stałej lub wygładzonej, pulsującej postaci, przekracza różnicę potencjałów między elektrodami, jest skierowany jednokierunkowo z nimi.

Energia ta powoduje przepływ prądu w obwodzie wewnętrznym akumulatora w kierunku przeciwnym do rozładowania, gdy cząsteczki aktywnego tlenu są „wyciskane” z gąbki kadmowej i przez elektrolit docierają na swoje pierwotne miejsce. Z tego powodu przywrócona zostaje zużyta pojemność.

Podczas ładowania i rozładowywania zmienia się skład chemiczny płytek, a elektrolit służy jako medium transmisyjne do przejścia anionów i kationów. Intensywność prądu elektrycznego przepływającego w obwodzie wewnętrznym wpływa na szybkość przywracania właściwości płyt podczas ładowania i prędkość rozładowania.

Przyspieszony przepływ procesów prowadzi do szybkiego wydzielania się gazu, nadmiernego nagrzewania, które może deformować konstrukcję płyt, zakłócać ich stan mechaniczny.

Zbyt małe prądy podczas ładowania znacznie wydłużą czas odzyskiwania zużytej pojemności. Przy częstym stosowaniu opóźnionego ładunku zwiększa się zasiarczenie płyt, a pojemność maleje. Dlatego przy tworzeniu optymalnego trybu zawsze uwzględnia się obciążenie przykładane do akumulatora i moc ładowarki.

Zasady działania akumulatorów litowo-jonowych zostały omówione tutaj:Chemiczne źródła prądu

Jak działa ładowarka

Aktualny zakres akumulatorów jest szeroki.Dla każdego modelu wybierane są optymalne technologie, które mogą nie być odpowiednie, być szkodliwe dla innych. Producenci sprzętu elektronicznego i elektrycznego eksperymentalnie badają warunki pracy źródeł prądu chemicznego i tworzą dla nich własne produkty, które różnią się wyglądem, konstrukcją i charakterystyką mocy elektrycznej.

Struktury ładowania dla mobilnych urządzeń elektronicznych

Wymiary ładowarek do produktów mobilnych o różnych pojemnościach znacznie się od siebie różnią. Tworzą specjalne warunki pracy dla każdego modelu.

Nawet w przypadku tego samego typu akumulatorów o standardowych rozmiarach AA lub AAA o różnych pojemnościach zaleca się stosowanie własnego czasu ładowania, w zależności od pojemności i charakterystyki źródła prądu. Jego wartości podano w towarzyszącej dokumentacji technicznej.

Pewna część ładowarek i baterii do telefonów komórkowych jest wyposażona w automatyczną ochronę, która wyłącza zasilanie po zakończeniu procesu. Ale kontrola nad ich pracą powinna być nadal przeprowadzana wizualnie.

Struktury ładowania akumulatorów samochodowych

Podczas ładowania akumulatorów samochodowych zaprojektowanych do pracy w trudnych warunkach należy zachować szczególną precyzję. Na przykład zimą, w chłodne dni, przy ich pomocy konieczne jest odkręcenie zimnego wirnika silnika spalinowego zagęszczonym smarem przez pośredni rozrusznik silnika elektrycznego.

Rozładowane lub niewłaściwie przygotowane akumulatory zwykle nie radzą sobie z tym zadaniem.

Metody empiryczne ujawniły związek prądu ładowania akumulatorów ołowiowych i alkalicznych. Uważa się, że jest to optymalna wartość ładunku (amper) 0,1 wartości pojemności (amperogodziny) dla pierwszego rodzaju i 0,25 dla drugiego.

Na przykład bateria ma pojemność 25 amperogodzin. Jeśli jest kwaśny, należy go naładować prądem 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, a dla alkalicznego - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Aby stworzyć takie warunki, będziesz musiał użyć różnych urządzeń lub jednego uniwersalnego z dużą ilością funkcje.

Nowoczesna ładowarka do akumulatorów kwasowo-ołowiowych powinna obsługiwać szereg zadań:

• kontrolować i stabilizować prąd ładowania;

• wziąć pod uwagę temperaturę elektrolitu i zapobiec nagrzewaniu go o więcej niż 45 stopni przez zakończenie zasilania.

Konieczność przeprowadzenia cyklu kontrolno-treningowego akumulatora kwasowego samochodu za pomocą ładowarki to trzy etapy:

1. Pełne naładowanie akumulatora do maksymalnej pojemności;

2. dziesięciogodzinne rozładowanie prądem o wartości 9 ÷ 10% pojemności nominalnej (zależność empiryczna);

3. Naładuj rozładowany akumulator.

Podczas przeprowadzania CTC monitorowana jest zmiana gęstości elektrolitu i czas zakończenia drugiego etapu. Na podstawie jego wartości oceniają stopień zużycia płyt, czas trwania pozostałego zasobu.

Ładowarki do baterii alkalicznych można stosować w mniej skomplikowanych konstrukcjach, ponieważ takie źródła prądu nie są tak wrażliwe na tryby niedoładowania i przeładowania.

Wykres optymalnego ładowania akumulatorów kwasowo-alkalicznych do samochodów pokazuje zależność zestawu pojemności od postaci zmian prądu w obwodzie wewnętrznym.

Na początku procesu ładowania zaleca się utrzymanie prądu na maksymalnej dopuszczalnej wartości, a następnie zmniejszenie jego wartości do minimum w celu ostatecznego zakończenia reakcji fizykochemicznych przywracających pojemność.

Nawet w tym przypadku konieczne jest kontrolowanie temperatury elektrolitu i wprowadzenie zmian środowiskowych.

Całkowite zakończenie cyklu ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest kontrolowane przez:

• przywrócenie napięcia na każdym banku 2,5 ÷ 2,6 wolta;

• osiągnięcie maksymalnej gęstości elektrolitu, która przestaje się zmieniać;

• powstawanie gwałtownego wydzielania gazu, gdy elektrolit zaczyna „wrzeć”;

• osiągnięcie pojemności akumulatora przekraczającej 15 ÷ 20% wartości podanej podczas rozładowania.

Formularze prądowe ładowarki akumulatora

Warunkiem ładowania akumulatora jest napięcie na jego płytki, wytwarzając prąd w obwodzie wewnętrznym w określonym kierunku. On może:

1. mają stałą wartość;

2. lub zmieniać się w czasie zgodnie z określonym prawem.

W pierwszym przypadku procesy fizykochemiczne łańcucha wewnętrznego przebiegają bez zmian, w drugim, zgodnie z zaproponowanymi algorytmami z cyklicznym wzrostem i tłumieniem, które powodują oscylacyjne działanie na aniony i kationy. Najnowsza opcja technologii służy do zwalczania siarczanowania płyt.

Część zależności czasowych prądu ładowania ilustrują wykresy.

Zdjęcie po prawej u dołu pokazuje wyraźną różnicę w kształcie prądu wyjściowego ładowarki, która wykorzystuje sterowanie tyrystorem, aby ograniczyć moment otwarcia półfali sinusoidy. Z tego powodu obciążenie obwodu elektrycznego jest regulowane.

Oczywiście wiele nowoczesnych ładowarek może wytwarzać inne formy prądów, których nie pokazano na tym schemacie.

Zasady tworzenia obwodów dla ładowarek

Jednofazowa sieć 220 woltów jest zwykle stosowana do zasilania urządzeń ładujących. Napięcie to jest przekształcane w bezpieczne podnapięcie, które jest doprowadzane do zacisków wejściowych akumulatora przez różne elementy elektroniczne i półprzewodnikowe.

Istnieją trzy schematy przetwarzania przemysłowego napięcia sinusoidalnego w ładowarkach z powodu:

1. zastosowanie elektromechanicznych przekładników napięciowych działających na zasadzie indukcji elektromagnetycznej;

2. zastosowanie transformatorów elektronicznych;

3. bez użycia urządzeń transformatorowych opartych na dzielnikach napięcia.

Technicznie możliwa jest konwersja napięcia z falownika, która jest szeroko stosowana spawarki inwertoroweprzetwornice częstotliwości sterujące silnikami. Ale do ładowania akumulatorów jest to dość drogi sprzęt.

Obwody ładowarki z separacją transformatora

Elektromagnetyczna zasada przenoszenia energii elektrycznej z uzwojenia pierwotnego 220 woltów na uzwojenie wtórne całkowicie oddziela potencjały obwodu zasilającego od zużytego, eliminuje jego kontakt z akumulatorem i uszkadza w przypadku uszkodzeń izolacji. Ta metoda jest najbezpieczniejsza.

Schematy obwodów mocy urządzeń z transformatorem mają wiele różnych konstrukcji. Poniższy rysunek pokazuje trzy zasady tworzenia różnych prądów w sekcji mocy z ładowarek poprzez zastosowanie:

1. mostek diodowy z wygładzającym tętniącym kondensatorem;

2. mostek diodowy bez wygładzania tętnienia;

3. Pojedyncza dioda, która odcina ujemną półfalę.

Każdy z tych obwodów może być używany niezależnie, ale zwykle jeden z nich jest podstawą, podstawą do stworzenia innego, wygodniejszego do obsługi i sterowania wielkością prądu wyjściowego.

Zastosowanie zestawów tranzystorów mocy z łańcuchami sterującymi w górnej części obrazu na schemacie pozwala obniżyć napięcie wyjściowe na zaciskach obwodu wyjściowego ładowarki, co pozwala dostosować wartości prądów stałych przepływających przez podłączone akumulatory.

Jedną z opcji tego projektu ładowarki z kontrolą prądu pokazano na poniższym rysunku.

Te same połączenia w drugim obwodzie pozwalają dostosować amplitudę tętnienia, aby ograniczyć go na różnych etapach ładowania.

Ten sam średni obwód działa skutecznie, zastępując dwie przeciwległe diody w mostku diodowym tyrystorami, które w równym stopniu regulują siłę prądu w każdym przemiennym półcyklu. A eliminacja ujemnych pół-harmonicznych przypisana jest pozostałym diodom mocy.

Zastąpienie jednej diody na dolnym zdjęciu tyrystorem półprzewodnikowym oddzielnym obwodem elektronicznym dla elektrody sterującej pozwala na zmniejszenie impulsów prądowych ze względu na ich późniejsze otwarcie, które jest również wykorzystywane do różnych metod ładowania akumulatorów.

Jedną z opcji takiej realizacji obwodu pokazano na poniższym rysunku.

Złożenie go własnymi rękami nie jest trudne. Może być wykonany niezależnie od dostępnych części, pozwala ładować akumulatory prądami do 10 amperów.

Wersja przemysłowa obwodu ładowarki transformatora Electron-6 oparta jest na dwóch tyrystorach KU-202N. W celu regulacji cykli otwarcia pół-harmonicznych każda elektroda sterująca ma własny obwód kilku tranzystorów.

Wśród entuzjastów samochodów popularne są urządzenia, które nie tylko ładują akumulatory, ale także wykorzystują energię sieci 220 woltów do równoległego połączenia jej z uruchomieniem silnika samochodu. Nazywa się je wyrzutniami lub wyrzutniami. Mają jeszcze bardziej złożony obwód elektroniczny i zasilający.

Elektroniczne układy transformatorowe

Takie urządzenia są wytwarzane przez producentów do zasilania lamp halogenowych o napięciu 24 lub 12 woltów. Są stosunkowo tanie. Niektórzy entuzjaści próbują je podłączyć, aby naładować akumulatory o niskiej mocy. Jednak ta technologia nie jest szeroko rozwinięta, ma znaczące wady.

Obwody ładowarki bez separacji transformatora

Gdy kilka źródeł jest połączonych szeregowo ze źródłem prądu, całkowite napięcie wejściowe jest dzielone na części składowe. Dzięki tej metodzie dzielniki działają, tworząc redukcję napięcia do określonej wartości na elemencie roboczym.

Na tej zasadzie powstaje wiele ładowarek z rezystancyjno-pojemnościowymi opornikami do akumulatorów o niskiej mocy. Ze względu na małe wymiary części składowych są one wbudowane bezpośrednio w latarkę.

Wewnętrzny obwód elektryczny jest całkowicie zamknięty w fabrycznie izolowanej obudowie, co wyklucza kontakt człowieka z potencjałem sieci podczas ładowania.

Wielu eksperymentatorów próbuje wdrożyć tę samą zasadę ładowania akumulatorów samochodowych, oferując schemat połączeń z sieci domowej poprzez zespół kondensatora lub żarówkę o mocy 150 watów i dioda mocyprzesyłanie impulsów prądowych o tej samej polaryzacji.

Podobne konstrukcje można znaleźć na stronach internetowych majsterkowiczów, którzy chwalą prostotę obwodu, niski koszt części i możliwość przywrócenia pojemności rozładowanego akumulatora.

Ale milczą na temat tego, że:

• otwarte okablowanie 220 reprezentuje zagrożenie dla życia ludzkiego;

• Żarnik lampy pod napięciem nagrzewa się, zmienia swoją oporność zgodnie z prawem niekorzystnym dla przepływu optymalnych prądów przez akumulator.

Po włączeniu pod obciążeniem bardzo duże prądy przechodzą przez zimny gwint i cały szeregowo połączony łańcuch. Ponadto ładowanie należy zakończyć małymi prądami, co również nie działa. Dlatego bateria, która przeszła kilka serii takich cykli, szybko traci swoją pojemność i wydajność.

Nasza wskazówka: nie używaj tej metody!

Ładowarki są zaprojektowane do pracy z niektórymi rodzajami akumulatorów, uwzględniając ich cechy i warunki przywracania pojemności. Korzystając z uniwersalnych, wielofunkcyjnych urządzeń, należy wybrać tryb ładowania optymalny dla konkretnej baterii.