Меню

Максимальное напряжение тока режим

Как заряжать АКБ? Виды зарядки

Комфортная и беспроблемная езда невозможна без правильного и своевременного обслуживания стартерной батареи. Даже если принято решение купить аккумулятор для автомобиля дешево и без длительной гарантии, сохраняются высокие шансы на многолетнюю эксплуатацию, четкую работу бортовой сети и быстрый запуск двигателя в сильные морозы. Главное, знать электрохимический тип АКБ и корректно восстанавливать емкость, избегая избытка напряжения и силы тока, применяя нужное оборудование, режим и частоту.

СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ И ТОК ЗАРЯДКИ

Важно правильно оценивать понятие «полная разрядка» аккумулятора. Номинальное напряжение «12В» – это удобная для обихода цифра, но не более того. Реально каждая из шести последовательно соединенных банок выдает чуть больше 2,1В. Таким образом, нормальное рабочее напряжение соответствует 12,7-12,9В. Снижение вольтажа на 10-12% определяет фактическую, полную потерю заряженности.

Положительные и отрицательные пластины начинают обильно покрываться сульфатом свинца, а электролит теряет свою плотность. Без надлежащего контроля химические процессы становятся необратимыми, на рабочих поверхностях образуется нерастворимый осадок, а батарея приходит в негодность. Особенно губительна глубокая разрядка для кальциевых АКБ типа Ca/Ca.

Точно и быстро охарактеризовать текущую степень заряженности можно с помощью вольтметра и специального показателя работоспособности тока – электродвижущей силы (ЭДС). Для этого измерительный прибор подключается к клеммам батареи при нулевом токопотреблении и без нагрузки (состояние покоя). Также необходимо учитывать актуальную окружающую температуру (см. таблицу).

Максимальная сила тока зарядки составляет 1/10 часть от емкости АКБ, например, для 60Ач – это 6А, для 75Ач – 7,5А, для 100Ач – 10А. Аккуратного подхода требуют классические свинцово-кислотные батареи 60Ач в супербюджетном облегченном исполнении 13-13,5 кг (обычный вес 14,2-14,5 кг). Несмотря на заявленную емкость в 60 ампер-час, иногда в каждой банке размещено 4-5 положительных и 5 отрицательных пластин вместо стандартного формата 6+6. Это не только снижает вес, но и фактическую емкость, которая не превышает 40-45Ач и требует для корректного восстановления максимальную силу тока в 4-4,5А.

ТИПЫ АКБ И ПРЕДЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЗАРЯДКИ

Все батареи с напряжением 12 вольт можно разделить по рабочему состоянию электролита на 3 электрохимические группы:

  • жидкие (WET, EBF, Са+ Са, Ca+ или Hybrid);
  • абсорбированные (AGM);
  • гелевые (GEL).

Последний тип очень перспективный, но пока доступен в тяговых вариациях с низкими значениями пусковых токов.

Основная масса стартерных АКБ имеет жидкий электролит – классический (WET), с утолщенными пакетами (EBF), добавлением кальция в положительные и отрицательные пластины (Сa/Ca), с легированием одной части электродов кальцием, а другой – сурьмой (Hybrid). Чтобы корректно зарядить такой тип батарей, например, разряженный до 50% аккумулятор автомобильный Banner (Австрия), Hankook (Южная Корея), «Зверь (Россия), максимальное напряжение не должно превышать 14,2-14,4В. Для АКБ с абсорбированным в стеклоткань электролитом, которые адаптированы под систему «старт-стоп», как AGM автоаккумуляторы Exide (Эксайд), Bosch (Бош), Yuasa (Юаса), необходим повышенный вольтаж восстановления 14,7-14,8В.

ВИДЫ ЗАРЯДКИ

Оптимальный вариант для заказа АКБ и пуско-зарядного устройства – специализированный интернет-магазин автомобильных аккумуляторов, который предлагает цены без посреднических надбавок и длительную гарантию от производителя. Независимо от типа и исполнения батареи (обслуживаемая, необслуживаемая, малообслуживаемая) сохраняется необходимость в регулярном частичном или вынужденно полном восстановлении емкости. Для этого применяются следующие виды зарядки АКБ:

  • автомат;
  • ручная;
  • регенерация;
  • буферный режим.

Эффективная проверка текущей работоспособности автоаккумулятора возможна «разгрузочной вилкой», которая в течение 3-5 секунд передает на клеммы нагрузку, превышающую емкость на 200%. Краткосрочное проседание до 9В и ниже указывает на необходимость срочной подзарядки.

Автоматическая зарядка АКБ

Требует зарядных или пуско-зарядных устройств, которые автоматически определяют ток и напряжение, а главное – динамически меняют их значения в процессе восстановления емкости, чтобы избежать вскипания электролита, недозаряда или, что опасней, – перезаряда. Выбор электротехнических параметров работы в зависимости от типа АКБ реализован через настройку рабочего напряжения или отдельных режимовWET, AGM и т.д. Важно учитывать, чтобы доступная сила зарядного тока не была меньше 10% от емкости батареи.

Автоматическая зарядка АКБ постоянным напряжением происходит по сложному многоступенчатому алгоритму:

  • зарядный ток постепенно снижается на фоне роста напряжения аккумулятора;
  • при достижении 14,8В происходит стабилизация напряжения;
  • низкий ток зарядки (5% от емкости) продолжает поступать на клеммы еще 2 часа для приближения к уровню максимальной заряженности и сброса эффекта памяти;
  • на последнем этапе работает напряжение 13,8В, которое позволяет достичь 100%-ной зарядки без риска перезаряда и перегрузки.

Некоторые ЗУ обеспечивают автомат-зарядку автоаккумулятора импульсным напряжением с последующими поочередными выдержками АКБ под токами максимального значения и постоянным напряжением 13,8В.

Общее время восстановления (при условии разряда 50% и меньше) – 8-12 часов.

Ручная зарядка аккумулятора

Требует от пользователя навыков в обращении с мультиметром и регулярного контроля силы постоянного тока заряда, который поначалу выставляется на уровне 10% от номинальной емкости батареи (55Ач = 5,5А; 60Ач = 6,0А; 70Ач = 7,0А).

Первая проверка напряжения на электродах проводится через 3-4 часа. Необходимый показатель – 14,2-14,4В, при которых повышается интенсивность гидролиза электролита и возникает риск закипания. Если искомое значение достигнуто, необходимо снизить ток зарядки в 2 раза (55Ач = 2,2А; 60Ач = 3,0А; 70Ач = 3,5А).

Третий этап стартует, когда на выводах батареи получено значение 14,8-15,0В. Далее необходимо повторить двойное снижение токовых значений (55Ач = 1,2А; 60Ач = 1,5А; 70Ач = 1,7А). Проверка выполняется каждые 1,5-2 часа. Если значение тока и напряжения остаются неизменными при нескольких измерениях – АКБ заряжен на 100% и готов к дальнейшей эксплуатации.

Читайте также:  Схема соединения обмоток трансформатора тока в полную звезду

Восстановление утраченной емкости батареи связано с удалением осадка сернокислого свинца с рабочих поверхностей пластин. Основная причина дефекта – глубокий разряд. Для этого применяются специальные зарядки-автоматы с режимом десульфатации, который предусматривает цикличное использование зарядно-разрядных токов в соотношении 10 к 1.

Также процедуру можно выполнить с помощью стандартного ЗУ и автомобильного ареометра , потратив на это несколько дней:

  • 8-10 часов зарядки при 13,8-14,4В и 0,8-1,0А, чтобы достигнуть 10В на электродах;
  • полное отключение на сутки;
  • 8-10 часов при 13,8-14,4В и 2,0-2,5А (искомое значение на выводах батареи 12,6-12,8В);
  • 7-10-часовая разрядка АКБ до 9В нагрузкой в виде автомобильной или бытовой лампочки 12В;
  • далее повторяются шаги 1-4 с постоянной проверкой плотности электролита, пока не будет получен показатель 1,27 г/см 3 .

Количество полных циклов может достигать 5-10 и занимать 14-16 дней. Уровень регенерации аккумулятора – 80-95%. Если результат восстановительных работа получился неудовлетворительным, всегда можно сдать АКБ в Москве дорого и выручить часть средств для покупки новой батареи.

Зарядные устройства с буферной технологией способны определять ток внутренних утечек аккумулятора (саморазряд) и поддерживать полную емкость неделями и месяцами без риска сульфатации, замерзания электролита и перезаряда. Это оптимальный вариант длительного хранения батареи в зимний период или при редких поездках на автомобиле.

Восстановление уравнительным током хорошо подходит для глубоких разрядов необслуживаемых аккумуляторов. Устройство сначала работает как ограничитель токовых нагрузок, затем не допускает превышение напряжения больше 13,5-13,8В. Постоянная дозарядка при хранении выполняется компенсирующими саморозряд микротоками 100-150мА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Любой вид зарядки автомобильного аккумулятора требует соблюдения температурного режима. Оптимально – это +20-25°С. Если микроклиматические условия не попадают в этот интервал, следует применять ЗУ с функцией термокомпенсации. Для корректной подзарядки АКБ ее следует снять с автомобиля и установить в проветриваемом помещении.

В ситуации, когда регенерация циклами зарядно-разрядных токов не увенчалась успехом, можно применить методику «переполюсовки» (плюс к минусу – минус к плюсу). Ток зарядки – 5% от емкости. Контрольное значение – 12-14В на выводах. Затем следует применить нагрузку (лампочку) для полной разрядки. После этого выполнить полную правильную зарядку (плюс к плюсу – минус к минусу).

Источник

Максимальный и минимальный режим работы энергосистемы

В данной статье будет идти речь о максимальном и минимальном режиме работы энергосистемы, какими условиями характеризуются данные режимы [Л1, с.20].

Данные режимы системы следует учитывать при расчете токов короткого замыкания, ввиду того что они сильно влияют на величину токов КЗ.

Поэтому правильно выбранный режим является важным элементом в выборе расчетных условий (выбор и проверка силового электрооборудования, проверка чувствительности защит, расчет защит, согласование по чувствительности токовых защит и т.д.).

Максимальный режим характеризуется следующими условиями:

1. Включены все источники питания такие как: генераторы, трансформаторы, линии, питающие сеть или распределительное устройство, в которых рассматривается короткое замыкание;

2. При расчете коротких замыканий на землю включены все трансформаторы и автотрансформаторы, нормально работающие с заземленной нейтралью;

3. Схема участка сети, непосредственно примыкающая к месту короткого замыкания, такова, что по защищаемому элементу проходит максимальный ток короткого замыкания. Например, при наличии двух параллельных линий и коротком замыкании на шинах приемной подстанции максимальный ток короткого замыкания в месте короткого замыкания будет максимальным, если включены обе линии.

Однако ток короткого замыкания по одной линии, составляющий половину полного тока короткого замыкания в месте короткого замыкания, может в этом случае не быть максимальным.

Максимальный ток короткого замыкания по одной линии может оказаться в режиме, когда одна из линий отключена, так как при этом ток короткого замыкания в месте короткого замыкания хотя меньше, чем в первом случае, но весь проходит по оставшейся в работе линии.

Аналогично в кольцевой сети ток короткого замыкания по линиям будет максимальным при разомкнутом кольце, а в месте короткого замыкания – при замкнутом.

Минимальный режим – это режим при котором достигается минимальное значение тока короткого замыкания.

На практике при определении минимального тока КЗ принимают, что отключена возможная часть источников питания (генераторы, трансформаторы, линии), при этом схема соединений принимается такой, при которой по защищаемому элементу проходит минимальный ток короткого замыкания.

Также следует учитывать при определении минимального и максимального тока КЗ, положение РПН: среднее, крайнее плюсовое и крайнее минусовое.

Подробно о том как рассчитывается сопротивление трансформатора исходя из положения РПН см. статью: «Расчет сопротивлений трехобмоточного трансформатора с учетом РПН».

1. Справочник по релейной защите. Беркович М.А.

Источник

Как рассчитать импульсный преобразователь электрической энергии? Часть 9

Александр Русу, Одесса, Украина

Определение максимальных значений токов полупроводниковых элементов

Максимальные значения токов в элементах силовой части преобразователя необходимо знать для правильного выбора силовых ключей: транзисторов и диодов. Именно эти значения вместе с максимальными значениями напряжений будут определять величину установочной мощности (произведения максимально допустимых значений напряжений и токов), от которых напрямую зависит стоимость полупроводниковых элементов.

В нашем случае решение этого вопроса не представляет какой-либо сложности, ведь через транзисторы и диоды протекают те же токи, что и через обмотки дросселя, а их параметры уже были определены в предыдущих частях статьи. Так, например, уравнение для мгновенного значения тока транзистора VT1 описывается формулой (120), а численные значения параметров, входящих в него, определены в Таблице 4.

Читайте также:  Как работает рамка с током

Поскольку токи обмоток дросселя, а, следовательно, и токи транзисторов и диодов изменяются по линейным законам (см. формулу (58)), они будут принимать максимальные значений либо в начале (IНАЧХ_Х), либо в конце (IКОНХ_Х) какого-либо из этапов преобразования. В нашем случае максимальное значение тока в транзисторах и диодах будет или в самом конце первого этапа преобразования, или в самом начале второго, ведь именно в этот момент количество накопленной энергии в дросселе максимально. До недавнего времени это правило было универсальным, и первый этап преобразования многие специалисты по импульсному преобразованию называли не иначе как «интервалом накопления». Однако развитие элементной базы позволило импульсным преобразователям работать и в иных режимах. Так, например, в режиме рекуперации, подробно рассмотренном в [7], когда энергия передается в обратном направлении – с выхода преобразователя на его на вход, максимальное количество энергии в дросселе будет в начале первого этапа преобразования.

Таким образом, при определении максимальных значений тока нужно внимательно проанализировать режимы работы силовой части и по определенным ранее значениям IНАЧХ_Х и IКОНХ_Х выбрать максимальное из них. В нашем случае, анализируя значения Таблицы 4, просто перепишем максимальные значения тока (Таблица 6).

Обратите внимание на токи диодов. Если для транзистора VT1 ток, протекающий через него, ожидаемо будет максимальным в режиме 100% мощности, когда работают оба канала, то для диодов это может быть не так. Дело в том, что в аварийных режимах, например, когда отключается нагрузка одного из каналов, изменившийся уровень пульсации тока в обмотках дросселя (ΔIХ_Х) может привести к увеличению максимальных значений токов диодов. Это, в частности, происходит при отключении нагрузки второго канала. Увеличившийся уровень пульсации обмотки W1 c ΔI2_1 = 0.89 A (когда работают оба канала) до ΔI2_1 = 3.6 A (когда работает только первый канал) приводит и к увеличению максимального значения тока диода VD2 с 2.84 A (когда работают оба канала) до 4.2 A (когда работает только первый канал). Если этот момент не учесть при проектировании и выбрать диод VD2 с максимально допустимым током, например, 3.5 А, то при отключении нагрузки второго канала разработчика может ждать неприятный сюрприз.

Определение максимальных значений напряжений на полупроводниковых элементах

Как и максимальные значения токов, максимальные значения напряжений необходимы, в первую очередь, для выбора транзисторов и диодов. Их определение не представляет большой сложности, и для этого удобнее всего использовать второй закон Кирхгофа.

Рисунок 28. Определение максимальных значений напряжений.

На первом этапе преобразования, когда через транзистор VT1 протекает ток, к обмотке W1 прикладывается входное напряжение UВХ, которое трансформируется дросселем L1 во вторичную цепь второго канала (Рисунок 28). В результате этого обратное напряжение диода VD1 равно сумме выходного напряжения UВЫХ2 и напряжения на обмотке W2. При максимальном входном напряжении UВХ_MAX = 6 В оно будет равно:

Для диода VD2, анод которого подключается транзистором VT1 к общему проводу, оно будет равно выходному напряжения первого канала (UVD2_MAX = 12 В).

На втором этапе преобразования, когда ток через транзистор VT1 не протекает, между его стоком и истоком формируется напряжение, которое можно определить двумя способами. В первом случае, как для повышающего преобразователя, напряжение между стоком и истоком транзистора VT1 равно выходному напряжению первого канала (UVT1_MAX = 12 В). Во втором случае, как для обратноходового преобразователя, напряжение между стоком и истоком транзистора VT1 равно сумме входного напряжения UВХ и выходного напряжения второго канала, трансформированного дросселем L1. При номинальном входном напряжении:

Несмотря на то, что полученные значения отличаются (12 В ≠ 11.85), это совершенно не означает, что в расчетах есть ошибки, и второй закон Кирхофа не работает. Если посмотреть на результаты моделирования этой схемы в Proteus (Рисунок 24), то увидим, что реальные выходные напряжения первого и второго каналов отличаются от расчетных значений 12 В (UВЫХ1 = 11.9 В, UВЫХ2 = 12.1 В), и если подставить эти значения в формулу (132), то все прекрасно сойдется (UVT1_MAX = 11.9 В).

Этот вопрос подробно рассмотрен в одной из предыдущих частей статьи, где было показано, что из-за того, что обмотки дросселя могут содержать только целое число витков, подобрать оптимальную комбинацию значений N1 и N2 для многоканального преобразователя оказывается не так просто. Более того, при изменении входного напряжения выходные напряжения будут «плавать» – отклоняться от расчетных значений на величину, во многом зависящую от метода управления.

Однако зачем нам нужны максимальные напряжения на силовых элементах? Они нужны для выбора транзистора VT1. Очевидно, что ни один разработчик не будет выбирать транзистор «впритык». Необходимо чтобы транзисторы и диоды имели как минимум 30% запаса и по напряжению, и по току. Поэтому на последующих этапах проектирования вполне можно руководствоваться значениями, приведенными в Таблице 7.

Заключение

Конечно, расчет импульсного преобразователя на данном этапе не заканчивается, можно сказать, что он только начинается. Очень много вопросов выходит за рамки отдельной журнальной статьи и даже целого цикла статей, который только в журнале РадиоЛоцман растянулся без малого на 2.5 года (первая публикация [1] вышла в сентябре 2017 года). Остались нерассмотренными вопросы расчета КПД, защиты полупроводниковых приборов от перегрузки по напряжению и по току. Только вопрос управления силовой частью заслуживает отдельного цикла статей, ведь на сегодняшний день их придумано великое множество, и каждый из них имеет свою специфику.

Читайте также:  Если ток блока питания больше тока нагрузки

Однако на сегодняшний день большинство вопросов, связанных с разработкой импульсных преобразователей, появляется именно на начальном этапе проектирования, поскольку связь энергетических, в первую очередь, электромагнитных процессов в магнитопроводе дросселя с электрическими процессами в силовой части преобразователя в известной литературе освещена весьма скудно. А вот ответы на последующие вопросы уже достаточно просто найти самостоятельно.

Из специфических особенностей данной схемы, если кто-то вдруг решится ее собрать, необходимо обратить внимание еще на один момент. При отключении нагрузки первого канала транзистор VT1 и конденсатор С3, скорее всего, выйдут из строя из-за пробоя по напряжению. Это – известная проблема обратноходовых преобразователей, связанная с наличием у обмотки W1 индуктивности рассеяния. Если к выходу первого канала подключен хоть какой-то резистор, то энергия, накапливаемая в индуктивности рассеяния, через диод VD2 будет передаваться в нагрузку первого канала. Поэтому нужно предусмотреть защитные элементы для предотвращения этого режима. Это может быть защитный стабилитрон на выходе первого канала или разрядный резистор, обеспечивающий минимальную нагрузку. Можно также подключить параллельно обмотке W1 снаббер, используемый в обратноходовых преобразователях, собранный по любой из известных схем.

В этой статье совершенно на рассмотрен расчет потерь в силовых элементах: дросселе, транзисторе и диодах. Это связано с тем, что, во-первых, потери определяются конкретной элементной базой, например, вместо диодов VD1 и VD2 можно использовать транзисторы, и это означает, что расчет потерь пойдет совсем по другому алгоритму. А во-вторых, эти вопросы подробно освещены в литературе, в первую очередь, производителями полупроводниковых компонентов.

Рисунок 29. Диаграммы напряжений в силовой части преобразователя.

Также следовало бы учесть существующее в реальных схемах падение напряжения на обмотках дросселя и силовых полупроводниковых элементах. Однако тут снова все зависит от выбранной элементной базы, вплоть до конкретных моделей транзисторов и диодов, выбор которых без рассмотрения идеализированной схемы будет уже несколько сложнее. А самое главное – это увело бы читателя немного в сторону от сути процессов, на которых очень хотелось акцентировать внимание.

Рисунок 30. Определение максимальных значений напряжений.

В любом случае, как было сказано в самом начале, главное в этой статье не результат, а ПРОЦЕСС расчета – четкое понимание вещей, происходящих в силовой части импульсного преобразования. Именно поэтому в статье была выбрана нестандартная схема, электрические и энергетические процессы в которой (Рисунки 29 и 30) были успешно определены.

Источник



Режимы работы электрических цепей

date image2015-06-04
views image16496

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах:

Номинальный режим — это расчетный режим, при котором элементы цепи (источники, приемники, линия электропередачи) работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам.

Изоляция источника, линии электропередачи, приемников рассчитана на определенное напряжение, называемое номинальным. Превышение этого напряжения приводит к пробою изоляции, увеличению токов в цепи и другим аварийным последствиям.

Тепловой режим источников или приемников энергии рассчитан на выделение в них определенного количества тепла, то есть на определенную мощность, а последняя зависит от квадрата тока RI 2 , rI 2 .

Расчетный по тепловому режиму ток называется номинальным.

Номинальное значение мощности для источника электрической энергии — это наибольшая мощность, которую источник при нормальных условиях работы может отдать во внешнюю цепь без опасности пробоя изоляции и превышения допустимой температуры нагрева.

Для приемников электрической энергии типа двигателей — это мощность, которую могут развивать на валу при нормальных условиях работы. Для остальных приемников электрической энергии (нагревательные и осветительные приборы) — это их мощность при номинальном режиме. Номинальные значения напряжений, токов и мощностей указывают в паспортах изделий.

Согласованный режим работы — это режим, в котором работает электрическая цепь (источник и приемник), когда сопротивление нагрузки R равна внутреннему сопротивлению источника r. Этот режим характеризуется передачей от данного источника к приемнику максимально возможной мощности. Однако в согласованном режиме К.П.Д. h = 0,5 — низкий и для мощных цепей работа в согласованном режиме экономически невыгодна. Согласованный режим применяется, главным образом, в маломощных цепях, если К.П.Д. не имеет существенного значения, а требуется получить в приемнике возможно большую мощность.

Режим холостого хода и короткого замыкания. Эти режимы являются предельными режимами работы электрической цепи.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута и ток равен нулю. Так как ток равен нулю, то падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника так же равно нулю (rI = 0) и напряжение на выводах источника равно ЭДС (e = U). Из этих соотношений вытекает метод измерения ЭДС (2.7) источника: при разомкнутой внешней цепи вольтметром, сопротивление которого можно считать бесконечно большим, измеряют напряжение на его выводах.

В режиме короткого замыкания выводы источника соединены между собой, например, сопротивление нагрузки замкнуто проводником с нулевым сопротивлением. Напряжение на приемнике при этом равно нулю.

Сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, и ток короткого замыкания в цепи равен:

Он достигает максимально возможного значения для данного источника и может вызывать перегрев источника и даже его повреждение. Для защиты источников электрической энергии и питающих цепей от токов короткого замыкания в маломощных цепях устанавливают плавкие предохранители, в более мощных цепях — отключающие автоматические выключатели, а высоковольтных цепях — специальные высоковольтные выключатели.

Источник