איך מסדרים מטענים לסוללות ופועלים?

מצברים בהנדסת חשמל נקראים בדרך כלל מקורות כימיים של זרם, שיכולים לחדש, להחזיר את האנרגיה הנצרכת עקב יישום שדה חשמלי חיצוני.

מכשירים המספקים חשמל לצלחות הסוללה נקראים מטענים: הם מביאים את המקור הנוכחי למצב עבודה, טוענים אותו. כדי להפעיל את הסוללה כראוי, יש להציג את עקרונות עבודתם ואת המטען.

איך הסוללה עובדת

מקור זרם ממוחזר כימי במהלך הפעולה יכול:

1. כוח את העומס המחובר, למשל, נורה, מנוע, טלפון סלולרי ומכשירים אחרים, ומבלה באספקת החשמל שלו;

2. לצרוך את החשמל החיצוני המחובר אליו, לבזבז אותו על שחזור שמורת קיבולתו.

במקרה הראשון הסוללה פורקת, ובשנייה היא מקבלת טעינה. ישנם עיצובים רבים של סוללות, אך עקרונות העבודה שלהם נפוצים. הבה נבחן שאלה זו באמצעות הדוגמה של צלחות ניקל-קדמיום שהונחו בתמיסת אלקטרוליט.

סוללה נמוכה

שני מעגלי חשמל פועלים במקביל:

1. חיצוני, מוחל על מסופי הפלט;

2. פנימי.

כאשר משוחררים לנורה במעגל מיושם חיצוני, זורם זרם מחוטים ונימה שנוצרת על ידי תנועת אלקטרונים במתכות, ואנונים וקטיונים עוברים דרך האלקטרוליט בחלק הפנימי.

תחמוצות ניקל שהוסיפו גרפיט מהוות בסיס לפלטה טעונה בחיוב, וקדמיום ספוג משמש באלקטרודה השלילית.

כאשר הסוללה פורקת, חלק מהחמצן הפעיל של תחמוצות ניקל מועבר לאלקטרוליט ועובר לצלחת הקדמיום, שם היא מחמצנת אותה, ומפחיתה את הקיבולת הכוללת.

טעינת סוללה

העומס מוסר לרוב ממסופי הפלט לטעינה, אם כי בפועל משתמשים בשיטה כאשר העומס מחובר, כמו למשל על מצבר של מכונית נעה או בטלפון נייד טעון שמדברים עליו.

מסופי הסוללה מסופקים עם מתח ממקור חיצוני של עוצמה גבוהה יותר. יש לו מראה של צורה פועמת קבועה או מוחלקת, פועלת, עולה על ההבדל הפוטנציאלי בין האלקטרודות, מכוון אליהם באופן חד קוטבי.

אנרגיה זו גורמת לזרם הזרם במעגל הפנימי של הסוללה בכיוון ההפוך לפריקה, כאשר חלקיקי חמצן פעיל "נלחצים" מתוך קדמיום הספוג ובאמצעות האלקטרוליט מגיעים למקומם המקורי. כתוצאה מכך, משוחזרים הקיבולת הנצרכת.

במהלך טעינה ופריקה משתנה ההרכב הכימי של הצלחות והאלקטרוליט משמש כאמצעי הולכה למעבר של אניונים וקטיונים. עוצמת הזרם החשמלי העובר במעגל הפנימי משפיעה על קצב השיקום של תכונות הלוחות במהלך הטעינה ועל מהירות הפריקה.

זרימת התהליכים המואצת מביאה להתפתחות מהירה של גז, חימום מופרז, שעלול לעוות את עיצוב הלוחות, לשבש את מצבם המכני.

זרמים קטנים מדי במהלך טעינה יאריכו משמעותית את זמן ההתאוששות של הקיבולת הנצרכת. עם השימוש התכוף במטען מעוכב, גופרת הצלחות עולה, והקיבולת פוחתת. לכן העומס המופעל על המצבר ועוצמת המטען נלקחים בחשבון תמיד כדי ליצור את המצב האופטימלי.

עקרונות הפעולה של סוללות ליתיום-יון נסקרים כאן:מקורות זרם כימי

איך המטען עובד

מגוון הסוללות הנוכחי הוא נרחב.עבור כל דגם, נבחרות טכנולוגיות מיטביות שאולי אינן מתאימות, והן מזיקות לאחרים. יצרני ציוד אלקטרוני וחשמלי בוחנים באופן ניסיוני את תנאי העבודה של מקורות זרם כימי ויוצרים עבורם את המוצרים שלהם, השונים זה מזה במאפייני המראה, העיצוב והתפוקה החשמלית.

מבני טעינה למכשירים אלקטרוניים ניידים

מידות המטענים למוצרים ניידים בעלי יכולות שונות שונים זה מזה באופן משמעותי. הם יוצרים תנאי עבודה מיוחדים לכל דגם.

אפילו עבור אותו סוג של סוללות בגדלים סטנדרטיים AA או AAA בעלות קיבולות שונות, מומלץ להשתמש בזמן טעינה משלהם, תלוי בקיבולת ובמאפיינים של המקור הנוכחי. ערכיו מצוינים בתיעוד הטכני המצורף.

חלק מסוים מהמטענים והסוללות לטלפונים ניידים מצוידים בהגנה אוטומטית שמכבה את הכוח בסוף התהליך. עם זאת, השליטה על עבודתם עדיין צריכה להתבצע חזותית.

מבני טעינה לסוללות רכב

יש להקפיד על טכנולוגיית טעינה בדייקנות מסוימת בעת הפעלת סוללות רכב המיועדות לפעול בתנאים קשים. לדוגמה, בחורף, במזג אוויר קר, בעזרתם יש צורך להתיר את הרוטור הקר של מנוע הבעירה הפנימית עם שומן מעובה דרך מנוע חשמלי ביניים - מתנע.

סוללות פריקות או מוכנות שלא כהלכה בדרך כלל אינן מתמודדות עם משימה זו.

שיטות אמפיריות חשפו את הקשר בין זרם הטעינה עבור חומצות עופרת וסוללות אלקליין. זה נחשב לערך הטעינה האופטימלי (אמפר) של 0.1 ערך קיבולת (שעות אמפר) לסוג הראשון ו- 0.25 לשני.

לדוגמה, לסוללה יש קיבולת של 25 אמפר שעות. אם הוא חומצי, יש לטעון אותו בזרם של 0.1 ∙ 25 = 2.5 A, ועבור אלקליין - 0.25 ∙ 25 = 6.25 A. כדי ליצור תנאים כאלה, תצטרך להשתמש במכשירים שונים או להשתמש באוניברסלי אחד בכמות גדולה פונקציות.

מטען סוללות מודרני לסוללות עופרת חומצה אמור לתמוך במספר משימות:

• לשלוט ולייצב את זרם הטעינה;

• קח בחשבון את הטמפרטורה של האלקטרוליט ומנע ממנו לחמם יותר מ 45 מעלות על ידי סיום הכוח.

האפשרות לבצע מחזור בקרה והדרכה לסוללה חומצית של מכונית באמצעות מטען היא פונקציה הכרחית, הכוללת שלושה שלבים:

1. טעינת סוללה מלאה לקיבולת המרבית;

2. פריקה של עשר שעות עם זרם של 9 ÷ 10% מהיכולת הנומינלית (תלות אמפירית);

3. טען מחדש סוללה פרוקה.

בעת ביצוע CTC, מעקב אחר השינוי בצפיפות האלקטרוליט וזמן ההשלמה של השלב השני. לפי ערכו הם שופטים את מידת השחיקה של הלוחות, את משך המשאב שנותר.

ניתן להשתמש במטענים לסוללות אלקליין בעיצובים פחות מורכבים, מכיוון שמקורות זרם כאלה אינם כה רגישים למצבי טעינה וטעינה יתר.

הגרף של המטען האופטימלי של סוללות חומצה-אלקליין למכוניות מראה את התלות של מערכת הקיבול בצורה של שינויי זרם במעגל הפנימי.

בתחילת תהליך הטעינה, מומלץ לשמור על הזרם בערך המרבי המותר, ואז להפחית את ערכו למינימום להשלמה הסופית של התגובות הפיזיקו-כימיות המשחזרות את הקיבולת.

גם במקרה זה, הוא נדרש לשלוט על הטמפרטורה של האלקטרוליט ולהכניס תיקונים סביבתיים.

השלמת מחזור הטעינה של סוללות חומצת עופרת נשלטת על ידי:

• שיקום מתח בכל בנק 2.5 ÷ 2.6 וולט;

• השגת צפיפות אלקטרוליט מירבית המפסיקה להשתנות;

• היווצרות אבולוציה של גז אלים כאשר האלקטרוליט מתחיל "להרתיח";

• השגת קיבולת הסוללה, העולה על 15 - 20% מהערך שניתן במהלך הפריקה.

טפסים שוטפים של מטען סוללות

התנאי לטעינת הסוללה הוא שיש להפעיל מתח על צלחותיו ויוצר זרם במעגל הפנימי של כיוון מסוים. הוא יכול:

1. יש ערך קבוע;

2. או להשתנות בזמן בהתאם לחוק מסוים.

במקרה הראשון התהליכים הפיזיקו-כימיים של השרשרת הפנימית מתרחשים ללא שינוי, ובשני, על פי האלגוריתמים המוצעים עם עלייה ודיכוך מחזוריים, היוצרים השפעות תנודותיות על האנונים והקטיונים. אפשרות הטכנולוגיה האחרונה משמשת למאבק בהחלפת צלחות.

חלק מתלות הזמן של זרם המטען מאויר על ידי גרפים.

התמונה הימנית התחתונה מציגה הבדל ברור בצורת זרם היציאה של המטען, שמשתמש בבקרת תיריסטור כדי להגביל את רגע פתיחת חצי הגל של סינוסואיד. בשל כך, עומס על מעגל החשמל מוסדר.

באופן טבעי, מטענים מודרניים רבים יכולים ליצור צורות אחרות של זרמים שאינם מוצגים בתרשים זה.

עקרונות יצירת מעגלים למטענים

לרוב משמשת רשת חד-פאזית של 220 וולט להפעלת ציוד המטענים. מתח זה מומר לוולטה תחתונה בטוחה, המופעלת על מסופי הכניסה של הסוללה באמצעות רכיבים אלקטרוניים ומוליכים למחצה שונים.

קיימות שלוש תוכניות להמרת מתח סינוסואידי תעשייתי במטענים עקב:

1. השימוש בשנאי מתח אלקטרומכניים הפועלים על פי העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית;

2. יישום של שנאים אלקטרוניים;

3. ללא שימוש במכשירי שנאי המבוססים על חוצצי מתח.

טכנית אפשרית היא המרת מתח המהפך, שהפכה לשימוש נרחב בה מכונות ריתוך מהפךממירי תדרים השולטים במנועים. אבל, לטעינת מצברים, מדובר בציוד די יקר.

מעגלי מטען עם הפרדת שנאים

העיקרון האלקטרומגנטי של העברת אנרגיה חשמלית מהסלילה הראשונית של 220 וולט למשני משלב לחלוטין בין פוטנציאל מעגל האספקה ​​לזה שנצרך, מבטל את מגעו עם הסוללה ונזק במקרה של תקלות בידוד. שיטה זו היא הבטוחה ביותר.

דיאגרמות מעגלי הכוח של מכשירים עם שנאי הם בעלי עיצובים רבים ושונים. התמונה למטה מציגה שלושה עקרונות ליצירת זרמים שונים של מדור הכוח ממטענים באמצעות:

1. גשר דיודה עם קבל החלקה אדווה;

2. גשר דיודה ללא החלקה אדווה;

3. דיודה יחידה המנתקת את חצי הגל השלילי.

ניתן להשתמש בכל אחת מתכניות אלה באופן עצמאי, אך בדרך כלל אחת מהן היא הבסיס, הבסיס ליצירת עוד, נוח יותר להפעלה ובקרה לפי גודל הזרם הפלט.

השימוש בסטים של טרנזיסטורי כוח עם שרשראות בקרה בחלקו העליון של התמונה בתרשים מאפשר להפחית את מתח היציאה במסופי מעגל הפלט של המטען, המספק התאמת ערכי זרמים ישירים המועברים דרך הסוללות המחוברות.

אחת האפשרויות לעיצוב זה של המטען עם השליטה הנוכחית מוצגת באיור שלהלן.

אותם חיבורים במעגל השני מאפשרים לך להתאים את משרעת האדווה, להגביל אותה בשלבי טעינה שונים.

אותו מעגל ממוצע עובד ביעילות כאשר מחליפים שתי דיודות מנוגדות בגשר דיודה בתיריסטורים המווסתים באופן שווה את חוזק הזרם בכל מחצית מחזור מחליפה. וחיסול חצי הרמוניקות שליליות מוקצה לדיודות הכוח שנותרו.

החלפת דיודה בודדת בתמונה התחתונה בתיריסטור מוליכים למחצה עם מעגל אלקטרוני נפרד לאלקטרודה שליטה מאפשרת הפחתת פעימות זרם עקב פתיחתן המאוחרת, המשמשת גם לשיטות שונות של טעינת סוללות.

אחת האפשרויות ליישום כזה של המעגל מוצגת באיור שלהלן.

הרכבתו במו ידיכם איננה קשה. ניתן לייצר אותו ללא תלות בחלקים הזמינים, מאפשר לטעון סוללות בזרמים של עד 10 אמפר.

הגרסה התעשייתית של המעגל של מטען שנאי אלקטרונים -6 מבוססת על שני תיריסטורים של KU-202N. כדי לווסת את מחזורי הפתיחה של חצי ההרמוניות, לכל אלקטרודת בקרה יש מעגל משלה של מספר טרנזיסטורים.

בקרב חובבי מכוניות פופולריים הם מכשירים המאפשרים לא רק לטעון סוללות, אלא גם להשתמש באנרגיה של מתח החשמל של 220 וולט כדי לחבר אותה במקביל להנעת המנוע של המכונית. הם נקראים משגרים או משגרים. יש להם מעגל חשמל מורכב עוד יותר.

מעגלי שנאי אלקטרוני

מכשירים כאלה מיוצרים על ידי היצרנים כדי לספק מנורות הלוגן במתח של 24 או 12 וולט. הם יחסית זולים. יש חובבים שמנסים לחבר אותם לטעינת סוללות בעלות הספק נמוך. עם זאת, טכנולוגיה זו אינה מפותחת באופן נרחב, יש לה חסרונות משמעותיים.

מעגלי מטען ללא הפרדת שנאים

כאשר מספר עומסים מחוברים בסדרה למקור זרם, מתח הכניסה הכולל מחולק לקטעי רכיבים. בשל שיטה זו, מפרידים עובדים, ויוצרים הפחתת מתח לערך מסוים על אלמנט העבודה.

על פי עיקרון זה נוצרים מטענים רבים עם התנגדות קיבולית עמידה לסוללות בעלות הספק נמוך. בשל הממדים הקטנים של חלקי הרכיב, הם מובנים ישירות בפנס.

המעגל החשמלי הפנימי סגור במארז מבודד במפעל, שאינו כולל מגע אנושי עם פוטנציאל הרשת בעת טעינה.

מספר נסיינים מנסים ליישם את אותו העיקרון לטעינת מצברים לרכב, ומציעים תוכנית חיבור מרשת ביתית באמצעות מכלול קבלים או מנורת ליבון בהספק של 150 וואט ו דיודת כוחהעברת פולסי זרם באותה קוטביות.

עיצובים דומים ניתן למצוא באתרי האינטרנט של עשה זאת בעצמך המהללים את הפשטות של המעגל, את העלות הנמוכה של חלקים ואת היכולת לשחזר את הקיבולת של סוללה פרוקה.

אבל, הם שותקים בעובדה ש:

• חיווט פתוח 220 מייצג סכנה לחיי אדם;

• נימה של מנורה הנמצאת תחת מתח מתחממת, משנה את ההתנגדות שלה על פי חוק שאינו חיובי למעבר זרמים מיטביים דרך הסוללה.

כאשר מופעלים תחת עומס, זרמים גדולים מאוד עוברים דרך החוט הקור והשרשרת המחוברת בסדרה כולה. בנוסף, יש להשלים את הטעינה בזרמים קטנים שגם הם לא עובדים. לכן, סוללה שעברה מספר סדרות של מחזורים כאלה מאבדת במהירות את הקיבולת והביצועים שלה.

הטיפ שלנו: אל תשתמשו בשיטה זו!

המטענים נועדו לעבוד עם סוגים מסוימים של סוללות, תוך התחשבות במאפיינים ובתנאים שלהם לשיקום הקיבולת. בעת שימוש במכשירים רב-פונקציונליים אוניברסליים, עליכם לבחור במצב הטעינה האופטימלי לסוללה מסוימת.