Kā akumulatoru lādētāji ir sakārtoti un darbojas?

Elektrotehnikas akumulatorus parasti sauc par ķīmiskiem strāvas avotiem, kas ārējā elektriskā lauka pielietošanas dēļ var papildināt, atjaunot patērēto enerģiju.

Ierīces, kas piegādā elektrību akumulatora plāksnēm, tiek sauktas par lādētājām: tās nogādā strāvas avotu darba stāvoklī, uzlādē to. Lai pareizi darbinātu akumulatoru, ir jāprecizē viņu darba principi un lādētājs.

Kā darbojas akumulators?

Ķīmiski pārstrādāts strāvas avots darbības laikā var:

1. barot pievienoto kravu, piemēram, spuldzi, motoru, mobilo tālruni un citas ierīces, iztērējot elektroenerģijas piegādi;

2. patērē tam pievienoto ārējo elektrību, tērējot to jaudas rezerves atjaunošanai.

Pirmajā gadījumā akumulators ir izlādējies, bet otrajā - tas saņem uzlādi. Ir daudz bateriju dizainu, taču to darbības principi ir kopīgi. Ļaujiet mums izskatīt šo jautājumu ar niķeļa-kadmija plākšņu piemēru, kas ievietots elektrolīta šķīdumā.

Zems akumulatora līmenis

Divas elektriskās ķēdes darbojas vienlaicīgi:

1. ārējs, pielietots izejas spailēm;

2. iekšējais.

Izlādējoties spuldzē ārējā pielietotā shēmā, strāva plūst no vadiem un kvēldiega, ko veido metālu elektronu kustība, un anjoni un katjoni pārvietojas caur elektrolītu iekšējā daļā.

Grafīta pievienotie niķeļa oksīdi veido pozitīvi lādētas plāksnes pamatu, un uz negatīvā elektrodu izmanto kadmija sūkli.

Kad akumulators ir izlādējies, daļa niķeļa oksīdu aktīvā skābekļa tiek pārnests uz elektrolītu un pāriet uz kadmija plāksni, kur tas to oksidē, samazinot kopējo ietilpību.

Akumulatora uzlāde

Slodze no uzlādes izejas spailēm visbiežāk tiek noņemta, lai gan praksē šo metodi izmanto, kad slodze ir savienota, piemēram, uz braucošas automašīnas akumulatora vai uzlādēta mobilā tālruņa, par kuru tiek runāts.

Akumulatora spailes tiek piegādātas ar spriegumu no ārēja lielākas enerģijas avota. Tam ir nemainīga vai izlīdzināta, pulsējoša forma, kas pārsniedz potenciālo starpību starp elektrodiem, tiek virzīts vienpolāri ar tiem.

Šī enerģija izraisa strāvas plūsmu akumulatora iekšējā kontūrā pretējā virzienā kā izlāde, kad aktīvā skābekļa daļiņas tiek “izspiestas” no sūkļa kadmija un caur elektrolītu nonāk sākotnējā vietā. Sakarā ar to tiek atjaunota patērētā jauda.

Uzlādes un izlādes laikā plākšņu ķīmiskais sastāvs mainās, un elektrolīts kalpo kā pārraides līdzeklis anjonu un katjonu caurbraukšanai. Elektriskās strāvas intensitāte, kas iet iekšējā ķēdē, ietekmē plākšņu īpašību atjaunošanas ātrumu uzlādes laikā un izlādes ātrumu.

Procesu paātrināta plūsma noved pie straujas gāzu izdalīšanās, pārmērīgas sildīšanas, kas var deformēt plākšņu dizainu, izjaukt to mehānisko stāvokli.

Pārāk mazas strāvas lādēšanas laikā ievērojami paildzina patērētās jaudas atjaunošanās laiku. Bieži izmantojot aizkavētu lādiņu, plātņu sulfācija palielinās, un jauda samazinās. Tāpēc, lai izveidotu optimālu režīmu, vienmēr tiek ņemta vērā akumulatoram uzliktā slodze un lādētāja jauda.

Šeit apskatīti litija jonu akumulatoru darbības principi:Ķīmisko strāvu avoti

Kā darbojas lādētājs?

Pašreizējais bateriju klāsts ir plašs.Katram modelim tiek izvēlētas optimālās tehnoloģijas, kas var nebūt piemērotas, kaitēt citiem. Elektronisko un elektrisko iekārtu ražotāji eksperimentāli pēta ķīmisko strāvas avotu darba apstākļus un zem tiem izveido savus izstrādājumus, kuriem ir atšķirīgs izskats, dizains un elektriskās jaudas raksturlielumi.

Mobilo elektronisko ierīču uzlādes struktūras

Dažādas ietilpības mobilo produktu lādētāju izmēri ievērojami atšķiras viens no otra. Viņi katram modelim rada īpašus darba apstākļus.

Pat tāda paša veida AA vai AAA akumulatoriem ar dažādu ietilpību ieteicams izmantot savu uzlādes laiku, atkarībā no strāvas avota ietilpības un īpašībām. Tās vērtības ir norādītas pievienotajā tehniskajā dokumentācijā.

Noteikta mobilo tālruņu lādētāju un akumulatoru daļa ir aprīkota ar automātisko aizsardzību, kas procesa beigās izslēdz strāvu. Bet viņu darba kontrole joprojām jāveic vizuāli.

Automobiļu akumulatoru lādēšanas struktūras

Lādēšanas tehnoloģija ir jāievēro īpaši precīzi, darbinot automobiļu akumulatorus, kas paredzēti darbam sarežģītos apstākļos. Piemēram, ziemā, aukstā laikā, ar viņu palīdzību ir nepieciešams ar vidēja elektromotora - startera palīdzību atskrūvēt iekšdedzes dzinēja auksto rotoru ar sabiezinātu smērvielu.

Izlādētas vai nepareizi sagatavotas baterijas parasti netiek galā ar šo uzdevumu.

Empīriskās metodes ir atklājušas svina skābes un sārma akumulatoru lādēšanas strāvas saistību. To uzskata par optimālo uzlādes vērtību (ampēros), kas ir 0,1 tilpuma vērtība (ampēru stundas) pirmajam tipam un 0,25 - otrajam.

Piemēram, akumulatora jauda ir 25 amp stundas. Ja tas ir skābs, tad tam jābūt uzlādētam ar strāvu 0,1 ∙ 25 = 2,5 A, bet sārmainam - 0,25 ∙ 25 = 6,25 A. Lai izveidotu šādus apstākļus, jums būs jāizmanto dažādas ierīces vai jāizmanto viens universāls ar lielu daudzumu funkcijas.

Mūsdienu akumulatora lādētājam skābās svina akumulatoriem būtu jāatbalsta vairāki uzdevumi:

• kontrolēt un stabilizēt uzlādes strāvu;

• ņemiet vērā elektrolīta temperatūru un neļaujiet tam sakarst vairāk nekā 45 grādus, pārtraucot barošanu.

Iespēja veikt automašīnas skābes akumulatora vadības un apmācības ciklu, izmantojot lādētāju, ir nepieciešama funkcija, kas ietver trīs posmus:

1. pilna akumulatora uzlāde līdz maksimālajai ietilpībai;

2. desmit stundu izlāde ar strāvu 9 ÷ 10% no nominālās jaudas (empīriskā atkarība);

3. Uzlādējiet izlādētu akumulatoru.

Veicot CTC, tiek novērotas elektrolīta blīvuma izmaiņas un otrā posma pabeigšanas laiks. Pēc tā vērtības viņi spriež par plākšņu nodiluma pakāpi, atlikušā resursa ilgumu.

Sārmu akumulatoru lādētājus var izmantot mazāk sarežģītos dizainos, jo šādi strāvas avoti nav tik jutīgi pret zemu un pārāk lielu uzlādi.

Skābju-sārmu akumulatoru optimālās uzlādes diagramma automašīnām parāda kapacitātes komplekta atkarību no iekšējās ķēdes strāvas izmaiņu formas.

Uzlādes procesa sākumā strāvu ieteicams uzturēt pie maksimāli pieļaujamās vērtības un pēc tam samazināt to līdz minimumam, lai pabeigtu fizikāli ķīmiskās reakcijas, kas atjauno kapacitāti.

Pat šajā gadījumā ir nepieciešams kontrolēt elektrolīta temperatūru un ieviest vides uzlabojumus.

Svina skābju akumulatoru pilnīgu uzlādes cikla pabeigšanu kontrolē:

• sprieguma atjaunošana katrā krastā 2,5 ÷ 2,6 volti;

• maksimālā elektrolīta blīvuma sasniegšana, kas pārstāj mainīties;

• vardarbīgas gāzes evolūcijas veidošanās, kad elektrolīts sāk "vārīties";

• akumulatora jaudas sasniegšana, pārsniedzot 15 ÷ 20% no vērtības, kas norādīta izlādes laikā.

Akumulatora lādētāja strāvas formas

Akumulatora uzlādes nosacījums ir tāds, ka tā plāksnēm jāpieliek spriegums, kas noteiktā virzienā rada strāvu iekšējā ķēdē. Viņš var:

1. ir nemainīga vērtība;

2. vai mainās laikā saskaņā ar noteiktu likumu.

Pirmajā gadījumā iekšējās ķēdes fizikāli ķīmiskie procesi norisinās nemainīgi, bet otrajā - saskaņā ar piedāvātajiem algoritmiem ar ciklisku augšanu un vājināšanos, kas rada oscilējošu iedarbību uz anjoniem un katjoniem. Lai apkarotu plātņu sulfāciju, tiek izmantota jaunākā tehnoloģija.

Daļa no uzlādes strāvas laika atkarībām ir parādīta grafikos.

Apakšējā labajā stūrī redzama skaidra lādētāja izejas strāvas formas atšķirība, izmantojot tiristora vadību, lai ierobežotu sinusoīda pusviļņa atvēršanas momentu. Sakarā ar to tiek regulēta elektriskās ķēdes slodze.

Protams, daudzi mūsdienu lādētāji var radīt citas strāvas formas, kas šajā diagrammā nav parādītas.

Lādētāju ķēžu veidošanas principi

Lādētāju aprīkojuma barošanai parasti tiek izmantots vienfāzes 220 voltu tīkls. Šis spriegums tiek pārveidots par drošu zemspriegumu, kas caur dažādiem elektroniskajiem un pusvadītāju komponentiem tiek pielikts akumulatora ieejas spailēm.

Ir trīs shēmas rūpnieciskā sinusoidālā sprieguma pārveidošanai lādētājos:

1. elektromehānisko sprieguma transformatoru izmantošanu, kas darbojas pēc elektromagnētiskās indukcijas principa;

2. elektronisko transformatoru pielietošana;

3. neizmantojot transformatoru ierīces, kuru pamatā ir sprieguma dalītāji.

Tehniski iespējams ir invertora sprieguma pārveidošana, kuru plaši izmanto invertora metināšanas iekārtasfrekvences pārveidotāji, kas kontrolē motorus. Bet akumulatoru uzlādēšanai tas ir diezgan dārgs aprīkojums.

Lādētāja ķēdes ar transformatora atdalīšanu

Elektromagnētiskais princips elektriskās enerģijas pārnešanai no 220 voltu primārā tinuma uz sekundāro pilnībā atdala barošanas ķēdes potenciālus no patērētā, novērš tā kontaktu ar akumulatoru un bojājumus izolācijas kļūmju gadījumā. Šī metode ir visdrošākā.

Ierīču ar transformatoru strāvas ķēdes diagrammām ir daudz dažādu dizainu. Zemāk redzamajā attēlā parādīti trīs principi, kā, izmantojot lādētājus, radīt dažādas strāvas sekcijas strāvas:

1. diožu tilts ar izlīdzinošu pulsācijas kondensatoru;

2. diožu tilts bez izlīdzināšanas pulsācijas;

3. Viena diode, kas nogriež negatīvo pusviļņu.

Katru no šīm shēmām var izmantot neatkarīgi, taču parasti viena no tām ir pamats, pamats, lai izveidotu citu, ērtāku darbībai un kontrolei pēc izejas strāvas lieluma.

Strāvas tranzistoru komplektu izmantošana ar vadības ķēdēm attēla augšējā daļā diagrammā ļauj samazināt izejas spriegumu lādētāja izejas ķēdes spailēs, kas nodrošina tiešu strāvu vērtību pielāgošanu, kas iziet caur pievienotajām baterijām.

Viena no šī lādētāja dizaina iespējām ar strāvas vadību ir parādīta zemāk redzamajā attēlā.

Tie paši savienojumi otrajā ķēdē ļauj pielāgot pulsācijas amplitūdu, lai to ierobežotu dažādos uzlādes posmos.

Tā pati vidējā ķēde darbojas efektīvi, aizstājot divas pretējas diodes diožu tiltā ar tiristoriem, kas vienādi regulē strāvas stiprumu katrā mainīgajā pusciklā. Un negatīvo pusharmoniju novēršana tiek piešķirta atlikušajām jaudas diodēm.

Atsevišķas diodes aizstāšana apakšējā attēlā ar pusvadītāju tiristoru ar atsevišķu vadības elektrodu elektronisko shēmu ļauj samazināt strāvas impulsus to vēlākas atvēršanas dēļ, ko izmanto arī dažādām bateriju uzlādes metodēm.

Viena no šādas shēmas ieviešanas iespējām ir parādīta attēlā zemāk.

Salikt to ar savām rokām nav grūti. To var izgatavot neatkarīgi no pieejamajām detaļām, tas ļauj uzlādēt akumulatorus ar strāvu līdz 10 ampēriem.

Transformatoru lādētāja shēmas Electron-6 rūpnieciskā versija ir balstīta uz diviem KU-202N tiristoriem. Lai regulētu pusharmoniku atvēršanas ciklus, katram vadības elektrodam ir sava vairāku tranzistoru ķēde.

Automašīnu entuziastu vidū populāras ir ierīces, kas ļauj ne tikai uzlādēt akumulatorus, bet arī izmantot 220 voltu tīkla enerģiju, lai to paralēli savienotu ar automašīnas dzinēja iedarbināšanu. Tos sauc par nesējraķetēm vai nesējraķetēm. Viņiem ir vēl sarežģītāka elektroniskā un strāvas ķēde.

Elektronisko transformatoru shēmas

Šādas ierīces ražo ražotāji, lai piegādātu halogēna lampas ar 24 vai 12 voltu spriegumu. Tie ir salīdzinoši lēti. Daži entuziasti mēģina tos savienot, lai uzlādētu mazjaudas akumulatorus. Tomēr šī tehnoloģija nav plaši attīstīta, tai ir ievērojami trūkumi.

Lādētāja ķēdes bez transformatora atdalīšanas

Ja vairākas slodzes ir virknē savienotas ar strāvas avotu, kopējais ieejas spriegums tiek sadalīts komponentu sekcijās. Šīs metodes dēļ sadalītāji darbojas, radot sprieguma samazinājumu līdz noteiktai vērtībai darba elementā.

Pēc šī principa tiek izveidoti daudzi lādētāji ar mazjaudas akumulatoru pretestību-kapacitīvo pretestību. Sastāvdaļu mazo izmēru dēļ tās ir iebūvētas tieši lukturītī.

Iekšējā elektriskā ķēde ir pilnībā noslēgta rūpnīcā izolētā apvalkā, kas lādēšanas laikā izslēdz cilvēka kontaktu ar tīkla potenciālu.

Daudzi eksperimenti mēģina ieviest to pašu automašīnu akumulatoru uzlādes principu, piedāvājot savienojuma shēmu no sadzīves tīkla caur kondensatora komplektu vai kvēlspuldzi ar jaudu 150 vati un strāvas diodepārraida tādas pašas polaritātes strāvas impulsus.

Līdzīgi dizainparaugi ir atrodami “do-it-yourselfers” vietnēs, kas slavē ķēdes vienkāršību, detaļu zemās izmaksas un spēju atjaunot izlādēta akumulatora ietilpību.

Bet viņi klusē par to, ka:

• atvērtā vadu 220 attēlo briesmas cilvēka dzīvībai;

• sprieguma spuldzes kvēldiegs uzkarst, mainās tā pretestība saskaņā ar likumu, kas ir nelabvēlīgs optimālu strāvu izlaišanai caur akumulatoru.

Ieslēdzot slodzi, ļoti lielas strāvas iziet cauri aukstajam pavedienam un visai ar virkni savienotajai ķēdei. Turklāt uzlāde jāpabeidz ar nelielu strāvu, kas arī nedarbojas. Tāpēc akumulators, kurš ir izturējis vairākas šādu ciklu sērijas, ātri zaudē jaudu un veiktspēju.

Mūsu padoms: nelietojiet šo metodi!

Lādētāji ir izstrādāti darbam ar noteikta veida akumulatoriem, ņemot vērā to īpašības un apstākļus jaudas atjaunošanai. Izmantojot universālas, daudzfunkcionālas ierīces, jums jāizvēlas uzlādes režīms, kas ir optimāls konkrētam akumulatoram.