Электродвигатель из батарейки: Простой эксперимент с батарейкой поразил интернет

Содержание

Выбор аккумулятора для электромотора.

Некоторые начинающие рыболовы думают, что они могут питать их троллинговый электромотор с помощью обычного стартерного аккумулятора автомобиля. Использование автомобильных аккумуляторов для питания электромотора только разрушит двигатель и аккумулятор. Автомобильные стартерные аккумуляторы, из-за своей конструкции, не предназначены для питания троллинговых электромоторов. Тем не менее, они дешевле, чем троллинговые батареи, но используя стартерные аккумуляторы, вы можете столкнуться с ситуацией, когда вместо одного аккумулятора вам придется приобрести четыре или пять.

Аккумуляторы глубокого разряда для троллинг-моторов специально предназначены для длительной и суровой эксплуатации. Покупка аккумулятора для электромотора от ведущих производителей гарантирует, что вы потратите меньше времени на обслуживание и больше времени на рыбалку. Как и при покупке автомобильного аккумулятора, производитель аккумулятора играет большую роль. Большинство рыболовов предпочитают приобретать аккумуляторы известных производителей, просто потому, что они имеют более высокое качество. Ценники ведущих брендов могут быть выше, но при этом, многие считают это оправданным. Как говорится – скупой платит дважды. Аккумуляторы глубокого разряда, предназначенные для питания лодочных электромоторов, обеспечивают оптимальную производительность при постоянной скорости разряда и обеспечивают максимальное время работы по сравнению с другими типами батарей.

Для правильного выбора аккумулятора следует учитывать несколько факторов:

  • Тяга электромотора

  • Вес лодки

  • Условия и стиль рыбалки

  • Конкретные условия водоема.

В идеале правильно подобранный аккумулятор глубокого разряда проработает до шести лет. 

Наша компания предлагает аккумуляторы глубокого разряда от ведущих мировых брендов Minn Kota и Trojan Battery Company. Аккумуляторы представленных брендов имеют низкий уровень саморазряда, высокую влагозащищенность, не требуют обслуживания и не наносят вред окружающей среде. Все аккумуляторы, представленные в нашем каталоге, двойного назначения: тяговые и стартерные. Высокие разрядные характеристики сочетаются с высокими пусковыми токами. Низкий ток саморазряда позволяет хранить аккумулятор без перезарядки до года. В линейке предлагаемых аккумуляторов есть жидкостные и гелевые. Жидкостные тяговые аккумуляторы имеют большую емкость при том же размере и меньшую стоимость. Гелевые аккумуляторы имеют выше стоимость, но при этом не имеют проблем с накоплением серы и соответственно дольше служат. Гелевые аккумуляторы полностью герметичны, что полностью исключает проблемы при протекании кислоты и практически полностью исключает возможность взрыва или возгорания.

Для продления работоспособности аккумулятора тролингового мотора, очень важно, правильно выбрать зарядное устройство. Minn Kota, помимо производства самых передовых электромоторов для троллинга, выпускает и одни из лучших в мире портативных зарядных устройств для тяговых аккумуляторов. Зарядные устройства Minn Kota заряжают аккумуляторы максимально быстро и эффективно. Конструкция зарядного устройства позволяет его использовать непосредственно в лодке. Заряд аккумулятора происходит в несколько этапов. Многоступенчатая зарядка обеспечивает нужное количество энергии на каждом этапе процесса зарядки, предотвращает перезаряд аккумулятора и продлевает срок службы аккумулятора.

←Назад к списку новостей

Китайцы создали мощный плазменный реактивный двигатель из микроволновки, компрессора и батарейки

3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Китайцы создали мощный плазменный реакти…

Самое интересное в обзорах


07.05.2020 [10:57], 

Геннадий Детинич

Из китайского Уханя приходят не только плохие новости. В этом городе расположено несколько крупнейших в стране исследовательских институтов, которые способны решать сложнейшие научные задачи. Новое открытие учёных из Института технических наук Уханьского университета намекает на возможный прорыв в разработке реактивных двигателей на плазменной тяге для электросамолётов.

Сам по себе плазменный двигатель не является чем-то новым. Такие двигатели активно используются в космических аппаратах. Тяга там небольшая, но достаточная для небольших корректировок орбиты. Солнца и электричества, которое оно вырабатывает в солнечных панелях спутников, в космосе в избытке. Но для Земной атмосферы космические двигатели не подходят по причине использования ксенона (ксеноновая плазма в атмосфере неэффективна). Учёные из Китая смогли воспользоваться для создания плазмы обычным воздухом, а это путь к работе плазменного двигателя в атмосфере и в авиацию на электрической тяге.

Схема опытной установки

Предложенный китайцами двигатель работает на основе ионизации воздуха. Воздух под давлением подаётся компрессором в кварцевую трубу, выход которой можно считать условным соплом реактивного двигателя. Где-то на середине трубы к ней приставлена сужающаяся (для увеличения напряжённости магнитного поля) горловина волновода. На другом конце волновода закреплён магнетрон мощностью 1 кВт с рабочей частотой 2,45 ГГц.

Зависимость длины плазменного факела от подаваемой на магнетрон мощности (линейная регулировка тяги)

Во время запуска двигателя на идущий под давлением в трубе воздух производится почти точечный микроволновый удар и дальнейшее воздействие. Сила микроволнового излучения такова, что происходит сильнейшая ионизация потока воздуха. Возникает факел из плазмы, который вырывается из трубки и создаёт тяговое давление. Интересно отметить, как китайцы измеряли давление плазменного факела. Для этого они положили на отверстие выхлопа полый стальной шар и заполняли его металлическими шариками для подбора точного веса. Данные измерений не самые точные, но примерно дают представление о возможностях двигательной установки.

Графики измерений (обратите внимание на отсутствие результатов на максимальных режимах)

Согласно измерениям и аппроксимации, удельная тяга лабораторного прототипа воздушно-реактивного микроволнового плазменного двигателя составила 28 Н/кВт. Это примерно столько же, сколько у современных керосиновых авиационных двигателей авиалайнеров. Если взять батарею электромобиля Tesla Model S мощностью 310 кВт, то тяга гипотетического плазменного двигателя может достигать 8500 Н. Для сравнения, винтовой электросамолёт Airbus E-Fan использует два электропривода мощностью 30 кВт, которые в совокупности производят 1500 Н тяги. Нетрудно посчитать, что эффективность электросамолёта Airbus E-Fan составляет 25 Н/кВт, что ниже, чем у китайской разработки.

Очевидно, учёным ещё предстоит усовершенствовать прототип воздушно-реактивного двигателя. Впрочем, данное исследование оставляет вопросы. Например, на показанном учёными графике линейной зависимости тяги от мощности микроволнового излучения и давления подаваемого воздуха нет показателей для крайних значений (статья). Учёным есть что скрывать? Но сама идея выглядит заманчивой, этого не отнять.

Источник:


Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Материалы по теме

Постоянный URL: https://3dnews.ru/1010339

Рубрики:
Новости Hardware, автомобили, мотоциклы, транспортные средства, блоки питания, адаптеры, источники питания, на острие науки, окружающая среда,

Теги:
плазменный, двигатели, китайские ученые, электросамолёт

← В
прошлое
В будущее →

Круглый и круглый с простыми двигателями

1. Дайте определение термину «электродвигатель».

Расскажите классу, что электродвигатель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Магнетизм играет важную роль в этом процессе. Объясните, что учащиеся собираются построить простой электродвигатель, который они будут использовать в эксперименте для проверки гипотезы. Во-первых, они примут участие в некоторых демонстрациях частей двигателя.

 

2. Продемонстрируйте, что магниты имеют два полюса и что, когда два магнита соединяются вместе, эти полюса могут вызывать движение объекта.

Покажите магниты второго класса. Спросите: Что произойдет, если эти два магнита сблизить? (Магниты будут притягиваться друг к другу противоположными полюсами и отталкиваться друг от друга одинаковыми полюсами.) Продемонстрируйте с помощью магнитов и попросите учащихся изложить свои наблюдения. Объясните, что магниты имеют два полюса, по одному на каждом конце, северный и южный. Когда противоположные полюса (северный и южный) находятся рядом друг с другом, они притягиваются друг к другу. Когда одноименные полюса находятся рядом друг с другом (например, север и север), они отталкиваются друг от друга. Чтобы продемонстрировать, прикрепите один магнит к задней части маленькой игрушечной машинки. Используйте второй магнит, чтобы заставить автомобиль двигаться, удерживая одинаковые полюса рядом друг с другом. Предложите учащимся попробовать сдвинуть машину с помощью магнитов. Спросить: Будет ли машина двигаться, если противоположные полюса держать рядом друг с другом? Пригласите на демонстрацию студента-добровольца.

 

3. Продемонстрируйте взаимосвязь между текущим электричеством и магнетизмом.

Продемонстрируйте, что катушка проволоки и гвоздь могут действовать как магнит, когда по проводу проходит электричество. Поднимите гвоздь, чтобы все могли видеть. Спросите: Смогу ли я поднимать скрепки этим гвоздем? Будет ли он действовать как магнит? Поднесите гвоздь к скрепкам, чтобы продемонстрировать, что вы не можете поднять скрепки, используя только гвоздь. Теперь вставьте гвоздь в спираль, которую вы сделали перед уроком. Спросить: Смогу ли я поднять скрепки с помощью гвоздя, теперь, когда он обернут металлической спиралью? Поднесите гвоздь со спиралью к скрепкам, чтобы продемонстрировать, что вы все еще не можете поднять скрепки. Объясните, что вы собираетесь превратить гвоздь и катушку в электромагнит с помощью батарейки.

 

Следуйте инструкциям в разделе «Настройка», чтобы создать электромагнит перед занятием. В классе поместите батарею типа D в держатель для батареи типа D. Прикрепите один конец провода к каждой из клемм на держателе батареи. Попросите класс предсказать, что произойдет, если вы поднесете гвоздь, свернутый в спираль и подключенный к батарее, рядом со скрепками. Держите гвоздь рядом со скрепками. Объясните, что теперь он поднимает скрепки, потому что вы создали электромагнит, добавив электричество. Гвоздь намагничивается, потому что через катушку протекает электрический ток. Обязательно отсоедините провода от аккумулятора, чтобы он не перегревался.

 

4. Объясните, что электричество и магнетизм могут использоваться для создания крутящего момента.

Объясните, что крутящий момент является мерой силы вращения. Продемонстрируйте крутящий момент для класса. Вызовите добровольца вперед и попросите ученика держать резинку за два конца. Вставьте пластиковую ложку в центр резинки и крутите ее по кругу, пока резинка не станет тугой и перекрученной. Попросите класс предсказать, что произойдет, если вы отпустите ложку. Отпусти ложку. Объясните, что при приложении к резинке скручивающего движения создается сила вращения, называемая крутящим моментом. Крутящий момент можно использовать для питания механических устройств, таких как роботы-манипуляторы и системы мобильности, где шестерни используются для регулирования скорости, с которой применяется этот крутящий момент. Крутящий момент — это также сила вращения, которую вы используете, открывая бутылку газировки или используя гаечный ключ, чтобы ослабить или затянуть гайку.

 

Скажите классу, что крутящий момент можно создать с помощью сил электричества и магнетизма — притяжения и отталкивания, проявляемых магнитами, свидетелями которых они были ранее. Объясните, что они будут собирать в классе простой двигатель, использующий эти принципы.

 

5. Учащиеся выдвигают гипотезу о двигателях, слушают инструкции по технике безопасности, а затем конструируют простой двигатель для проверки своей гипотезы.

Спросите: Как можно использовать движение, создаваемое простым двигателем, для обеспечения движения другого объекта? Напишите предложения учащихся на доске. Продолжайте задавать вопросы, пока предложения не будут сведены к одной проверяемой гипотезе, разработанной всем классом. (Гипотеза представлена ​​в разделе «Советы», если она вам нужна.) Объясните, что учащиеся должны построить простой двигатель, чтобы использовать его в эксперименте для проверки этой гипотезы.

 

Прежде чем раздавать материалы, скажите учащимся, что они никогда не должны соединять положительный и отрицательный полюсы батареи напрямую друг с другом с помощью провода или чего-либо другого проводящего, так как это создаст короткое замыкание и приведет к выходу батареи из строя. сильно нагреваться и может привести к болевому шоку. Кроме того, попросите студентов немедленно разобрать свой проект, если какая-либо часть станет горячей, а затем сообщить об этом преподавателю.

 

Разделите учащихся на группы по 2–4 человека. Раздайте каждой группе раздаточный материал «Как построить простой двигатель » и рабочий лист «Научный метод ». Вместе с классом просмотрите шаги из раздаточного материала «Как построить простой двигатель», а затем попросите каждую группу отправить по одному участнику, чтобы собрать предметы, которые потребуются группе для сборки двигателя. Попросите каждую группу заполнить разделы «проблема/вопрос» и «гипотеза» в своем рабочем листе «Научный метод». Учащиеся также записывают информацию о создании своего двигателя в разделе «Процесс». Следите за прогрессом каждой группы по мере их создания. Спроектируйте фотогалерею Build a Simple Motor, в которой при необходимости документируется каждый шаг из раздаточного материала How to Build a Simple Motor. Задавайте вопросы каждой группе и помогайте по мере необходимости.

 

6. Учащиеся планируют эксперимент для проверки своей гипотезы с использованием простого двигателя.

Когда все группы успешно соберут свои моторы, предложите им поделиться своим опытом с остальным классом. Затем, работая в своих группах, предложите учащимся спланировать эксперимент, используя свою моторику, чтобы проверить гипотезу, выдвинутую классом ранее. Предложите учащимся нарисовать экспериментальную установку в своих группах, подписать свои рисунки и написать полное описание шагов, которые они предпримут, в процедурной части рабочего листа «Научный метод».

 

7. Попросите группы поделиться описаниями своих экспериментов и обсудите в классе сходства и различия между всеми экспериментами для проверки одной и той же гипотезы .

Спросите: Что общего у экспериментов? Чем отличались эксперименты? Если позволяет время, устройте демонстрацию, где группы смогут изучить чертежи установки эксперимента других групп. Предложите учащимся представить, как двигатель может приводить в действие более крупные объекты, например робота. (Двигатели обычно используются для обеспечения движения механических структур робота; например, колеса для перемещения робота или рука для взаимодействия с окружающей средой.)

Неформальное оценивание

Соберите рабочий лист учащихся по научному методу, схему и описание эксперимента и оцените полноту.

Расширение обучения

Получите все дополнительные материалы, необходимые для проведения одного или нескольких студенческих экспериментов, и попросите учащихся провести эксперимент и заполнить оставшуюся часть рабочего листа «Научный метод».

Предметы и дисциплины
  • Физика

Цели обучения

Учащиеся будут:

  • Разрабатывать научную гипотезу в условиях сотрудничества
  • Соберите рабочую модель простого двигателя
  • Объясните, как работает двигатель с использованием электромагнитных сил
  • Разработать эксперимент для проверки гипотезы
Подход к обучению
  • Обучение для использования
Методы обучения
  • Экспериментальное обучение
  • Практическое обучение
Обзор навыков

Это задание направлено на следующие навыки:

  • Навыки критического мышления

    • Анализ

    • Применение

    • Создание

    • Оценка

    • Вспоминая

    • Понимание

  • Научная и инженерная практика

    • Задавать вопросы (для науки) и формулировать проблемы (для техники)

    • Построение объяснений (для науки) и разработка решений (для инженерии)

    • Разработка и использование моделей

    • Получение, оценка и передача информации

Связь с национальными стандартами, принципами и практиками

Национальные стандарты научного образования
  • (5–8) Стандарт A-1:
    Способности, необходимые для проведения научных исследований
  • (5-8) Стандарт А-2:
    Понимание научных исследований
  • (5-8) Стандарт Б-3:
    Передача энергии
Научные стандарты следующего поколения
  • Энергетика:
    ГС-ПС3-5. Разработайте и используйте модель двух объектов, взаимодействующих через электрические или магнитные поля, чтобы проиллюстрировать силы между объектами и изменения энергии объектов из-за взаимодействия.
  • Энергия:
    ГС-ПС3-3. Спроектируйте, создайте и усовершенствуйте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую форму энергии.
  • Инженерный проект:
    МС-ETS1-4. Разработайте модель для генерации данных для итеративного тестирования и модификации предлагаемого объекта, инструмента или процесса, чтобы можно было достичь оптимального дизайна.
  • Инженерный проект:
    МС-ЭТС1-1. Определить критерии и ограничения проблемы проектирования с достаточной точностью, чтобы гарантировать успешное решение, принимая во внимание соответствующие научные принципы и потенциальное воздействие на людей и природную среду, которое может ограничить возможные решения.
  • Инженерный проект:
    МС-ETS1-2. Оцените конкурирующие проектные решения, используя систематический процесс, чтобы определить, насколько хорошо они соответствуют критериям и ограничениям проблемы.
  • Инженерный проект:
    МС-ETS1-3. Проанализируйте данные тестов, чтобы определить сходства и различия между несколькими проектными решениями, чтобы определить лучшие характеристики каждого из них, которые можно объединить в новое решение, чтобы лучше соответствовать критериям успеха.
  • Движение и устойчивость: силы и взаимодействия:
    МС-ПС2-5. Проведите исследование и оцените план эксперимента, чтобы получить доказательства существования полей между объектами, воздействующими друг на друга, даже если объекты не находятся в контакте.
  • Движение и устойчивость: силы и взаимодействия:
    МС-ПС2-3. Задайте вопросы о данных, чтобы определить факторы, влияющие на силу электрических и магнитных сил.
  • Движение и устойчивость: силы и взаимодействия:
    ГС-ПС2-5. Спланируйте и проведите исследование, чтобы предоставить доказательства того, что электрический ток может создавать магнитное поле и что изменяющееся магнитное поле может создавать электрический ток.

Что вам понадобится

Материалы, которые вы предоставите
  • 1 1 магнит в виде пончика ¼ дюйма на группу
  • 1 держатель батареи типа D на группу
  • 1 батарея типа D на группу
  • 1 карандаш на группу
  • 1 резинка на группу
  • 1 лист наждачной бумаги на группу
  • 1 маленькая игрушечная машинка
  • 2 булавки на группу
  • 45–60 см (18–24 дюйма) изолированного магнитопровода 20-го калибра (медный эмалированный провод 20-го калибра) на группу
  • Карандаши
  • Малярная лента
  • Гвозди
  • Бумага
  • Пластиковая ложка
Требуемая технология
  • Доступ в Интернет: Требуется
Физическое пространство
  • Класс
Настройка

Комната должна быть оборудована таким образом, чтобы учащиеся могли легко работать в группах.

Соберите и испытайте электромагнит перед уроком. Намотайте 40 см (15 дюймов) изолированного магнитного провода на стальной гвоздь, оставив два конца по 10 см (4 дюйма) отходящими от гвоздя с обоих концов. Используя наждачную бумагу, удалите 2,5 см (1 дюйм) изоляции с каждого конца провода, отходящего от гвоздя. Гвоздь должен легко входить и выходить из катушки, сохраняя при этом хороший контакт с проволокой. Проверьте электромагнит. Поместите батарею типа D в держатель батареи. Прикрепите один конец провода к каждой из клемм, создав цепь. Попробуйте использовать гвоздь, чтобы подобрать маленькие скрепки. По окончании проверки отсоедините провода от аккумулятора и вытащите гвоздь из катушки. Бросьте гвоздь на землю, чтобы размагнитить его перед демонстрацией в классе.

Группировка
  • Инструкция для большой группы

Исходная информация

Двигатели преобразуют электрическую энергию во вращательное движение, называемое крутящим моментом. Многие роботы используют крутящий момент, обеспечиваемый двигателями, для вращения колес или для перемещения шарнирных частей рук или ног. Эти двигатели известны как исполнительные механизмы. В простом двигателе, построенном в классе, используется катушка, которая является временным электромагнитом. Эта катушка получает силу, чтобы помочь создать крутящий момент от электрического тока, подаваемого аккумулятором. Магнит-бублик, используемый в двигателе, является постоянным магнитом, что означает, что у него есть северный и южный полюса, которые постоянно находятся на месте. Силы магнетизма и электричества работают вместе, заставляя катушку двигателя вращаться. Полюса постоянного магнита отталкивают одноименные полюса временного магнита, заставляя катушку совершать половинный оборот. После этого первого полуоборота изолированная часть провода (часть, которая не была отшлифована) входит в контакт с предохранительными булавками, и поток электричества прекращается и позволяет гравитации тянуть катушку до тех пор, пока не отшлифуется часть провода. проволока снова соприкасается с предохранительными штифтами. Электричество снова течет, и процесс начинается снова. Мощность двигателя или величина крутящего момента определяется напряжением аккумулятора и длиной провода в катушке; чем больше катушек, тем сильнее магнитное поле, тем больше крутящий момент.

 

Предварительные знания

  • Знание основных схем
  • Знание основных свойств магнитов

Рекомендованные предыдущие виды деятельности

  • Строительные схемы
  • Схемы с друзьями

Словарь

инерция

Существительное

свойство материи, благодаря которому она остается в покое или в равномерном движении, если на нее не действует какая-либо внешняя сила.

изоляция

Существительное

любое из различных веществ, блокирующих или замедляющих прохождение электрических или тепловых токов.

магнит

Существительное

материал, обладающий способностью физически притягивать другие вещества.

магнитное поле

Существительное

область вокруг и под действием магнита или заряженной частицы.

магнетизм

Существительное

сила, благодаря которой объекты притягиваются или отталкиваются друг от друга.

двигатель

Существительное

двигатель, используемый для создания движения.

полярность

Существительное

свойство иметь полюса или притягиваться к ним, такие как положительные и отрицательные электрические заряды.

вращение

Существительное

полный оборот объекта вокруг своей оси.

крутящий момент

Существительное

момент силы или системы сил, стремящихся вызвать вращение.

Интерактивы

  • Интерактивная магнитная игра

Наконечники и модификации

Наконечник

Ознакомьтесь с действием, выполнив его самостоятельно заранее, так как может потребоваться немного проб и ошибок, чтобы заставить двигатель работать.

Наконечник

В некоторых случаях было бы лучше предложить учащимся гипотезу для проверки. Хороший пример гипотезы: чем больше петель в катушке, тем быстрее будет вращаться катушка.

Наконечник

Проецируйте фотогалерею «Собери простой мотор», пока учащиеся собирают свои моторы. Эти фотографии отражают каждый этап процесса.

Модификация

Учащиеся могут использовать iPad/iPhone, чтобы документировать в цифровом виде этапы сборки двигателя и этапы проверки своей гипотезы. Затем фотографии можно аннотировать с помощью приложения для рисования, такого как Skitch. Готовые проекты можно опубликовать в блоге или использовать в качестве мультимедийной презентации при сравнении результатов занятий.

Модификация

Это задание можно выполнить с младшими школьниками, сместив акцент на магнитные свойства и то, как их можно использовать для создания движения. Выполните только шаги 1–3 задания и дайте учащимся время поэкспериментировать с магнитами после этого.

Модификация

Чтобы выполнить шаги 5–7 с младшими учащимися, покажите классу предварительно собранный простой двигатель и то, как он работает. Дайте им упрощенное объяснение: катушка вращается, потому что противоположные полюса электромагнита и постоянного магнита притягиваются друг к другу. Сравните это движение с тем, как двигалась машина, когда противоположные стороны магнитов находились близко друг к другу. Работайте всем классом, чтобы выполнить Шаги 5-7.

Модификация

Чтобы выполнить это задание за 45 минут, предложите учащимся следующую гипотезу для разработки эксперимента: Чем больше петель в катушке, тем быстрее будет вращаться катушка.

Выбор правильной комбинации двигатель-аккумулятор для коммерческого оборудования с батарейным питанием

Применения двигателей с батарейным питанием требуют тщательной проработки, чтобы согласовать рабочие характеристики двигателя и профили энергопотребления с типом батареи. Оптимальное сочетание двигателя и аккумулятора зависит от выбора эффективного двигателя, а также аккумулятора с соответствующей емкостью, стоимостью, размером, ремонтопригодностью, а также продолжительностью и характеристикой разряда.

Скотт Макмиллан • Старший инженер по приложениям | Power Electric
Трэвис Лейк • Вице-президент по продажам и маркетингу | Power Electric

AGV с батарейным питанием для автоматизированного складского хранения требуют бесщеточных двигателей постоянного тока, спроектированных для максимальной эффективности.

Новые конструкции коммерческого оборудования продолжают создавать компактные, легкие и мобильные решения. Это стимулировало ускоренный переход от традиционных проводных конструкций к оборудованию с батарейным питанием. Конечно, правильный выбор двигателя является ключом к оптимизации производительности любого автоматизированного оборудования. Однако приложения с батарейным питанием требуют учета дополнительного фактора — взаимодействия двигателя и батареи.

В этой статье рассматривается процесс выбора комбинации мотор-аккумулятор, подходящей для коммерческого оборудования.

.

Здесь показаны некоторые типичные кривые работы двигателя постоянного тока.

Аккумуляторы

 и требования к мощности электродвигателя

При любом применении электродвигателя требуемая мощность двигателя определяется целевыми характеристиками оборудования. Номинальная мощность двигателя рассчитывается на основе комбинации скорости, крутящего момента и рабочего цикла приложения, что, в свою очередь, определяет критические требования к напряжению, току и емкости батареи.

Напряжение питания и ток напрямую связаны со скоростью и крутящим моментом двигателя. В дополнение к напряжению и току емкость является третьим критическим фактором при выборе подходящей батареи для конкретного применения. Емкость аккумулятора зависит от желаемого времени работы оборудования между циклами перезарядки и представляет собой просто количество заряда, которое может удерживать аккумулятор.

Стандартной мерой емкости батареи являются миллиампер-часы (мАч) или ампер-часы (Ач), что указывает на то, как долго батарея будет работать в зависимости от выходного тока. Расчет срока службы батареи при определенном потреблении тока представляет собой деление емкости батареи (Ач) на выходной ток (А) = срок службы батареи (часы). Например, батарея типа АА емкостью 2500 мАч с выходной мощностью 100 мАч будет работать примерно 25 часов.

Вопросы производительности батареи

Одним из параметров двигателя, который влияет на производительность приложений с питанием от батареи, является КПД. Максимальный КПД двигателя помогает свести к минимуму требуемую мощность, что, в свою очередь, позволяет использовать меньшие по размеру и менее дорогие батареи. По этой причине бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) предпочтительнее щеточных двигателей постоянного тока, несмотря на их более высокую начальную цену. Коллекторные двигатели постоянного тока имеют меньшие первоначальные затраты и их проще интегрировать. Однако их относительно низкая эффективность может потребовать более дорогого решения для батарей или сокращения времени работы между циклами перезарядки батарей.

Здесь показан пример щеточного двигателя постоянного тока от Power Electric.

Типичные процессы разрядки аккумуляторов требуют учета нескольких факторов производительности, в том числе скорости двигателя. У большинства типов батарей напряжение на клеммах уменьшается по мере разрядки батареи. Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению батареи, поэтому скорость двигателя фактически будет уменьшаться с уменьшением напряжения на клеммах. Кроме того, напряжение на клеммах аккумуляторов снижается по мере увеличения выходного тока (нагрузки), что снижает скорость двигателя при более высоких нагрузках по крутящему моменту.

Разные типы аккумуляторов имеют разные кривые разряда.

Эти коэффициенты не учитывают характеристики самой обмотки двигателя, для которой выходная скорость уменьшается по мере увеличения нагрузки на двигатель — даже при постоянном напряжении батареи.

Одним из способов решения этой потенциальной проблемы колебаний скорости является включение в систему электронного управления скоростью. Такие элементы управления могут помочь двигателю поддерживать заданную скорость по мере того, как батарея разряжается с течением времени… или при изменении нагрузки на двигатель.

Выходной крутящий момент двигателя также необходимо учитывать, поскольку ток разряда батареи ограничен. Поскольку выходной крутящий момент двигателя прямо пропорционален потребляемому току, максимальный выходной крутящий момент двигателя может быть ограничен номинальным током разряда аккумулятора. Аккумулятор надлежащего размера должен иметь номинальный ток разряда, соответствующий или превышающий требования к потребляемому току двигателя.

Другие рекомендации по батареям для двигателей с приводом

Одним из важных критериев при выборе батареи является обеспечение того, чтобы батарея удовлетворяла требованиям по напряжению и току двигателя при полной зарядке, а также продолжала соответствовать этим требованиям, когда батарея приближается к полной разрядке. Следующим шагом в этом процессе является взвешивание компромиссов между типом батареи, размером и стоимостью при соблюдении критических требований к производительности.

Все перезаряжаемые и неперезаряжаемые батареи основаны на преобразовании химической энергии в электрическую. Сегодня большинство небольших и перезаряжаемых аккумуляторов изготавливаются с использованием литий-ионной (Li-ion) технологии из-за ее высокой плотности энергии. Эти перезаряжаемые и не требующие особого ухода батареи стоят дороже, чем традиционные технологии, такие как никель-кадмиевые элементы. Батареи большего размера традиционно были свинцово-кислотными, хотя литий-ионные стали все более популярными из-за более длительного срока службы, меньшего размера и веса, а также общей простоты обслуживания и перезарядки по сравнению со свинцово-кислотными батареями.

ТИПЫ АККУМУЛЯТОРОВ ПРЕИМУЩЕСТВА НЕДОСТАТКИ
Литий-ионный (Li-ion) Маленький и тонкий
Очень высокая удельная мощность
Более короткие циклы зарядки
Эффективный • Экологичный
Требуется схема защиты для предотвращения перегрева
Общая емкость снижается со временем
Зарядное устройство соответствует аккумулятору
Никель Кадмий (NiCd) Недорогой
Работает на полную мощность до почти полной разрядки
Сокращенный срок хранения • Используются токсичные металлы
Перед зарядкой требуется полная разрядка • Зарядное устройство должно соответствовать аккумулятору
Никель-металлогидрид (NiMH) Высокое соотношение энергии к объему
Экологичность
Работает на полной мощности до почти полной разрядки
Требуется полная зарядка перед использованием
Чрезмерная зарядка сокращает срок службы батареи
Разряжается с высокой скоростью
Свинцово-кислотный Выдерживает более широкий диапазон температур
Низкая скорость саморазряда
Высокая устойчивость к перезарядке • Широкая доступность • Низкая стоимость
Громоздкий • низкая удельная мощность
Длительное время зарядки
Очень токсичный

 

Размер батареи напрямую связан с энергоемкостью данной батареи. Для продуктов с минимальным пространством для аккумуляторов, таких как медицинские ручные инструменты, использование аккумуляторов с высокой плотностью энергии является выгодным, несмотря на потенциальные недостатки стоимости и емкости.

Различные способы разрядки батарей с течением времени — еще один важный фактор правильного выбора. В то время как многие из современных технологий аккумуляторов с высокой плотностью энергии поддерживают относительно стабильное выходное напряжение до тех пор, пока они не приближаются к полной разрядке, традиционные технологии аккумуляторов предлагают постепенно снижающуюся кривую зависимости напряжения от времени, пока они не достигнут полного разряда.

Как уже упоминалось, кривая разряда батареи важна, поскольку выходное напряжение напрямую влияет на выходную скорость двигателя… и понимание того, насколько батарея близка к полной разрядке, может предотвратить повреждение батареи и, возможно, всей системы. Полная разрядка аккумулятора во время работы может привести к его повреждению, в результате чего его больше нельзя будет перезаряжать.