RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Акб устройство и принцип работы


Автомобильный аккумулятор - устройство, схема, принцип работы и параметры АКБ

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.

Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.

Содержание статьи:

Что такое АКБ для автомобиля, предназначение

То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.

Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.

Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.

Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.

Читайте также: Что делать если при зарядке аккумулятор начинает кипеть?

При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.

Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.

Из чего сделан и что внутри аккумулятора

Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.

Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.

С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.

Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.

Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.

Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.

Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.

В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).

В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.

Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.

Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.

Читайте также: Что делать если разрядился аккумулятор в машине — проверенные способы как вернуть жизнь АКБ

Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.

Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.

Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (h3SO4) и дистиллированной воды.

Принцип работы АКБ

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Читайте также: Как правильно менять Антифриз в машине

Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.

Параметры и характеристики аккумуляторной батареи

Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.

Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.

Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.

Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.

Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.

Аккумуляторы будущего

Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.

Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.

Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.

Гелевая АКБ

Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Опытная графен-полимерная АКБ

Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.

В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.

принцип работы, из чего состоит, назначение и схема акб

Автор Aluarius На чтение 10 мин. Просмотров 2.5k. Опубликовано

Принципиально устройство аккумулятора больше чем за 150 лет с момента его изобретения не изменилось, хотя современность внесла серьёзные новшества в технологические процессы их изготовления и используемые материалы, из чего состоит аккумулятор.

Автономный источник энергии

 

Что такое аккумулятор

Аккумулятор – автономный источник электричества, который накапливает, сохраняет и отдает энергию. Аккумуляторная батарея – важный элемент электрооборудования транспортного средства. Назначение акб определяется в запуске двигателя и обеспечении подачи электричества в бортовую сеть. Все электроприборы, когда выключен мотор, и не работает генератор, работают от батареи. Накопитель помогает в пробке, когда энергии генератора не хватает.

 

Устройство и принцип работы аккумулятора

Для того, чтобы разобраться, как работает аккумулятор, необходимо знать устройство акб, что внутри аккумулятора обеспечивает работу прибора. Основной принцип работы аккумулятора заключается в разности потенциалов при погружении двух пластин в электролит. В 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, каждый из которых вырабатывает 2 вольта. Все они объединены совместным корпусом, который образует единое целое конструкции.

Аккумулятор в разрезе

При работе этой конструкции, пластинки из-за действия серной кислоты выделяют сульфат свинца, в результате чего образуется электрический ток. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным. Принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, который позволяет полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора зависит от качества используемых материалов, из чего состоит акб.

 

Схема строения

 

Схема строения

Виды аккумуляторов

Классификация акб по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Возникала необходимость по улучшению качества работы акб. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, потому что в них уже намного реже требовался долив воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт требовали постоянного долива, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов использовать герметичный, неразборной корпус.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными, щелочными. Щелочные растворы используются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости представляют собой сильные основания, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Такие составы можно приобрести в специализированных магазинах или же приготовить самостоятельно в домашних условиях. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке также возможно довольно точно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности смешать кислоту с дистиллированной водой.

Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.

 

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Емкость не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке, ведь именно по этому критерию большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Величину, характеризующую параметр тока, протекающего в стартере автомобиля в момент пуска силового узла, принято считать пусковым током. Пусковой ток или стартерный возникает в момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Он же ток холодной прокрутки является показателем, как аккумулятор поведет себя в морозную погоду и сможет запустить двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Полюса всего два – положительный и отрицательный, вариантов расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Чтобы ее определить, нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что акб с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая, обратная полярность

Исполнение корпуса

Корпус большинства аккумуляторов состоит из ударопрочного полипропилена, который характеризуется как материал легкий, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен довольно стоек к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Традиционно появились американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты. Например, у батарей емкостью 60 Ач общая высота от 17,5 до 19 сантиметров. У азиатских этот показатель немного выше, до 22 сантиметров за счет верхнего расположения электродов. Именно поэтому важно корректно анализировать возможности посадочного места под капотом, чтобы надежно закрепить АКБ прижимной планкой и избежать замыкания при случайном касании токоотводами металлических частей кузова.

У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы дополнительно защищены от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке, верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора. Какую клемму снимать с аккумулятора первой читайте здесь. 

Важно! При приобретении акб нужно знать, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу. На азиатских корпусах могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Российский стандарт акб

Обозначение Описание букв
А АКБ имеет общую крышку для всего корпуса
З Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
Э Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
Т Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
М В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
П В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты

 

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты

Тип и размер клемм

Распространены аккумуляторы с клеммами трех разных стандартов: тип Euro – Type 1, и Asia –Type 3, «под болт» – американский стандарт. В типе Euro плюсовая клемма имеет диаметр 19,5 мм, минусовая клемма – 17,9 мм. В типе Asia клемма плюс имеет диаметр 12,7 мм, клемма минусовая – 11,1 мм. Клеммы «под болт» находятся на боковой стенке аккумулятора и сверху. Болт, соединённый с проводом, продевается в отверстие клеммы и фиксируется гайкой.

Американский стандарт

Тип крепления

При выборе акб особое внимание следует обращать на тип крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. Вверху крепится элемент с помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления встречается на «азиатах»

 

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса акб находится выступ, за который аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Нижнее крепление

Назначение аккумуляторных батарей

Автомобильная аккумуляторная батарея выступает как источником электрического тока, необходимого для пуска двигателя, так и резервным источником питания, в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается мало для электроснабжения авто. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, так как она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки.

Важно! Перед проверкой системы электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и готова к эксплуатации.

В каких сферах используется

Аккумуляторные батареи используются как дополнительный или основной источник питания. Надежность, простота в использовании позволяет применять батареи в различных областях:

 

Применение батареи в игрушках

Роль акб в работе приборов не оспорима. Применение источника энергии практически во всех отраслях доказывает значимость и необходимость знаний о внутреннем содержимом батарей. С использованием в автомобилях широкого разнообразия электроприборов, кондиционеров, мультимедийных центров, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка энергией поступает от АКБ, который кроме этого выполняет основную функцию, обеспечивает электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор, чтобы выявить сбои в работе источника энергии, назначение аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю. О способах и рекомендациях как проверить аккумулятор читай тут.

устройство, принцип работы, характеристики автомобильного аккумулятора

Знаете ли вы, что первые автомобили были именно электрическими и использовали свинцово-кислотные аккумуляторы? То, что мы привыкли считать машинами будущего – электромобили – появились до изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С тех пор прошло больше 100 лет, но современный АКБ автомобильный изменился только качественно, оставшись принципиально таким же, как и столетие назад.

Сегодня аккумулятор в автомобиле считается расходником, требующим периодической замены. Сколько именно проработает АКБ – вопрос к качеству изготовления, режиму работы, даже к состоянию дорог, но рано или поздно его меняют на «свежий». Какие функции он выполняет, какие характеристики может иметь, как выбирать и как продлить жизнь аккумулятору – читайте в этой статье.

Что такое аккумулятор (АКБ) и для чего он нужен?

Современные автомобили всё больше становятся похожи на сложные электронные гаджеты: умное управление, всевозможные «помощники», автоматическая парковка и даже автопилот – это только небольшая часть той цифровой «начинки», которой богат автомобиль. И всё это счастье постоянно нуждается в электроэнергии, которую нужно постоянно откуда-то добывать. Именно хранилищем энергии, откуда ее можно взять в любой момент, и выступает АКБ. Да, он выполняет свою четкую функцию: накапливает заряд, затем отдает и дальше снова накапливает. Отличный вариант!

Само понятие аккумулятора нам уже настолько привычно, что глупо спрашивать, зачем он нужен. Однако на удивление мало людей могут точно сказать, для чего именно служит аккумуляторная батарея в автомобиле.

Ее назначение можно описать в трех пунктах.

  1. Аккумулятор обеспечивает энергию для запуска двигателя на старте.
  2. Аккумулятор служит резервным источником энергии, когда она требуется сверх того, что может дать генератор (например, при включении автомобильного кондиционера).
  3. Аккумулятор питает электроприборы, когда двигатель выключен и генератор не работает. Например, видеорегистратор, сигнализацию, свет и т.д.

Устройство и принцип работы АКБ

Устройство автомобильного аккумулятора

Тот, кто хоть раз держал в руках аккумулятор автомобиля, знает, как много весит это устройство. Причина в том, что корпус его плотно заполнен элементами, содержащими свинец.

Устройство аккумулятора.

Для легковых автомобилей, требующих 12-вольтных АКБ, используется стандартная схема компоновки.

  1. Шесть элементов по 2 вольта (их обычно называют банками) объединены в общий корпус.
  2. Каждый из элементов состоит из положительных и отрицательных электродов: свинцовых решеток, в которые «впечатано» активное вещество. Электроды разделены между собой сепараторами, так что не соприкасаются друг с другом.
  3. И всё это залито электролитом – смесью воды и серной кислоты.

Активное вещество на решетках отличается по составу: для анода (положительного электрода) используется диоксид свинца, для катода (это отрицательный электрод) – губчатый свинец. В обоих случаях к свинцовым компонентам добавлены вспомогательные вещества (лигатуры), улучшающие работу аккумулятора.

Принцип работы.

Принцип работы АКБ

В том виде, который описан выше, аккумулятор считается «заряженным». При подключении к выводам батареи любого устройства, требующего энергии, начинается реакция свинцовых компонентов с оксидом серы и водой. Сера и свинец вступают в реакцию и преобразуются в сульфат свинца и воду. Кислоты в электролите становится меньше, воды – больше, плотность электролита снижается и через некоторое время концентрации серы не хватает на то, чтобы реагировать со свинцовыми компонентами. Аккумулятор разряжается.

Процессы разряда и заряда АКБ

При подаче электроэнергии для зарядки АКБ происходит обратный процесс — сульфат свинца, осевший на пластинах, разлагается на оксид свинца и серную кислоту, которая выделяется обратно в электролит. Восстанавливается изначальная плотность электролита, а на пластинах остается активное вещество – батарея заряжена. Ниже представлен короткий и понятный видео-урок по устройству и принцип работы аккумуляторной батареи.

Виды аккумуляторов

В попытке улучшить характеристики автомобильных аккумуляторов инженеры перепробовали множество способов. В итоге сегодня мы имеем различные типы АКБ, которые различаются по химическому составу активных компонентов и конструкции.

Классификация по составу активного вещества

В первых аккумуляторах использовались свинцовые пластины, однако такая конструкция довольно быстро перестала устраивать инженеров и потребителей: тяжелая, малоэффективная, недолговечная.

  1. Первым улучшением стало добавление сурьмы к свинцу, что серьезно продлило срок службы батареи.
  2. Следующий этап – уменьшение процентного содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход позволил создать малообслуживаемые аккумуляторы: в них уже намного реже требовался долив воды.
  3. Затем для покрытия пластин начал использоваться металлический кальций – так появились кальциевые АКБ (они же Са-Са). Кальций серьезно изменил параметры эксплуатации батарей: в прежних моделях потери воды из-за электролиза на 12 В требовали постоянного долива, а кальциевые лигатуры позволили повысить этот порог до 16 В. Благодаря этому появилась возможность делать необслуживаемые аккумуляторы в полностью герметичном, неразборном корпусе.

Но кальциевые батареи имеют и огромный минус: чувствительность к полному разряду. Сульфат кальция, который оседает на электродах, не разлагается полностью при зарядке, а это значит, что один глубокий разряд батареи способен ее «убить».

Самым современным решением стали гибридные аккумуляторы (они же Са+): кальциевые добавки есть только на положительном электроде (поскольку именно на нём происходит разложение воды при электролизе), а отрицательный покрыт малосурьмянистым свинцом.

Классификация по типу электролита

Обычная жидкостная технология, при которой в аккумулятор заливался раствор кислоты и воды, вызывала много нареканий. Например, чувствительность к наклонам и вибрации. Необходимость обслуживать аккумулятор тоже не добавляла удовольствия от его эксплуатации. В общем, этой технологии было, куда расти.

На смену пришла AGM технология. В AGM аккумуляторе электролит «связывается» волокнистыми прослойками-сепараторами. Таким образом аккумулятор получает дополнительные преимущества: сепараторы сжимают активный слой и не дают ему отставать от пластин, имеют большую проводимость, чем жидкость и способствуют выдаче более мощного тока.

Технические (рабочие) характеристики автомобильных аккумуляторов

У АКБ для автомобиля довольно много рабочих параметров, которые важны при выборе батареи. Ошибешься хоть в одном из них – и аккумулятор нельзя будет использовать. Основные характеристики.

Номинальная емкость аккумулятора

Емкостью батареи называют количество электроэнергии, которую аккумулятор может отдавать в течение определенного времени. Измеряется в Ач (ампер в час). Это один из основных параметров не только автомобильного, а вообще любого аккумулятора. Чем выше этот показатель, тем дольше батарея сможет поддерживать работу электроприборов автомобиля во время стоянки.

Для обычного легкового автомобиля с двигателем до 2 л. обычно нужна батарея 60 Ач, и чем больше оборудования в машине, тем более емким должен быть аккумулятор. При выборе лучше ориентироваться на рекомендации автопроизводителя, и если хочется взять АКБ с большей емкостью, то превышать рекомендуемую не более, чем на 5 Ач.

Пусковой ток

Он же ток холодной прокрутки – показатель того, как аккумулятор справится с самой сложной задачей: запуском двигателя на морозе. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре «-18» градусов. Чем выше этот показатель, тем больше шансов завести свою машину зимним утром.

Например, для запуска бензинового двигателя понадобится минимум 255А, для дизельного – не менее 300А. Именно за увеличение мощности пускового тока сражаются конструкторы аккумуляторов, и именно за более высокую пусковую мощность автолюбители ценят AGM аккумуляторы. Можно даже сказать, что чем выше пусковой ток батареи – тем выше ее качество вообще.

Полярность

Полярность называют расположение клемм на корпусе аккумулятора. Это важная характеристика, поскольку неправильно выбранный АКБ просто невозможно будет подключить.

Чтобы определить полярность, нужно поставить аккумулятор так, чтобы нормально читались надписи на крышке («лицом» к себе), и посмотреть, с какой стороны находится плюсовая клемма.

Есть аккумуляторы с универсальной полярностью, то есть клеммы располагаются посредине коротких сторон корпуса или по диагонали. Однако такие модели встречаются редко. Чаще всего на автомобили российского производства нужны аккумуляторы с прямой полярностью, а на европейского и азиатского – с обратной.

Исполнение корпуса

Конструкторы, создавая автомобили, разрабатывали и все комплектующие к ним. В итоге традиционно появились два типа корпусов аккумуляторов: европейский и азиатский.

  1. У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, так что их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы даже прикрыты специальными крышечками, так что дополнительно защищены от внешних факторов.
  2. Азиатский тип корпуса – это коробка, у которой клеммы «растут» из верхней крышки. То есть, именно верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Важен ли этот фактор? Конечно, удобней использовать такой АКБ, который предусмотрен производителем. Но в крайнем случае исполнением корпуса можно пренебречь, если остальные характеристики совпадают.

Нужно только помнить, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу, а вот азиатские могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Тип и размер клемм

Еще одна характеристика, с которой нужно свериться при выборе аккумулятора – толщина клемм для подключения. Они бывают двух типов: стандартные и тонкие.

  1. Стандартные клеммы, они же европейские, более толстые: плюсовая 19,5 мм, минусовая 17,9 мм в диаметре;
  2. Тонкие клеммы, они же азиатские: плюсовая 12,7 мм, минусовая 11,1 мм в диаметре.

В обоих стандартах плюсовая клемма всегда толще, чтобы не перепутать полярность подключения.

Тип крепления

И, наконец, днищевое крепление, оно же «юбка» аккумулятора – это планки с отверстиями под крепеж, расположенные в нижней части корпуса.

Каким бы тяжелым ни был аккумулятор, крепить его надо. Поэтому тип крепления важен при выборе, ведь он влияет на общие габариты корпуса. Существует 3 типа крепления.

  1. Верхнее крепление специальной прижимной скобой, без фиксации за днище, маркируется В00.
  2. Крепление по двум сторонам, когда ланки есть только на широких сторонах корпуса, а на торцевых отсутствует, маркируется В01.
  3. Крепление по периметру, когда «юбка» идет по всем четырем сторонам, маркируется В13.

В принципе, если в автомобиле предусмотрено только верхнее крепление, поставить ему можно любую батарею, лишь бы вошла по размеру, если нет другого выхода. А вот в обратную сторону эта лазейка не работает, придется подбирать подходящее днищевое крепление.

Рейтинг ТОП аккумуляторов

Много брендов, много советов, трудный выбор – с такими проблемами сталкиваются покупатели. Предлагаем небольшой, наш, субъективный рейтинг торговых марок АКБ.

  1. Первое место по уровню качества и долговечности по праву занимают ОЕМ аккумуляторы. ОЕМ – это аналог детали, которая была установлена с завода. Конечно, за аккумулятор, на котором гордо красуется логотип Mercedes или Honda, придется выложить намного больше, чем за любой другой бренд, но результат того стоит. Самые популярные на рынке бренды аккумуляторов – Varta и Bosch. Они заслужили репутацию надежных безотказных батарей, добросовестно отрабатывающих каждую вложенную копейку.
  2. Среди любителей заплатить поменьше, а получить побольше особо ценится бренд Topla. Это, конечно, не Бош, но вполне может порадовать долгой службой.
  3. А замыкают наш хит-парад бюджетные бренды Sada, Styer, Bi-Power и Ista. Они хоть и не дорогие, но вполне способны порадовать стабильной работой. Можно вспомнить о них, когда аккумулятор нужен срочно, а денег мало.

Советы по эксплуатации и обслуживанию АКБ

Чтобы аккумулятор проработал как можно дольше, нужно уделять ему совсем немного внимания. Вот несколько советов по эксплуатации автомобильного АКБ.

  1. Глубокий разряд – враг батареи. Каждый раз, когда аккумулятор разряжается «в ноль», происходит необратимая сульфатация электродов, особенно от этого страдают кальциевые батареи. Периодически желательно полностью заряжать бат специальным зарядным устройством и ни в коем случае не допускать полной разрядки.
  2. Второй враг – вибрация. От сильной тряски и регулярных ударов с пластин осыпается активный слой. AGM аккумуляторы меньше от этого страдают, жидкостные – больше.
  3. Клеммы аккумулятора склонны к окислению, что ухудшает контакт. Периодически нужно обращать внимание на состояние клемм и при необходимости очищать их от окислов.
  4. Обращайте внимание на корпус батареи. Грязь, масло, влага способствуют утечке тока и саморазряду.
  5. Неполадки в электросети могут вывести из строя и батарею. Особенно проблемы со стартером и генератором – смежными элементами.
  6. Вздутый корпус со следами электролита говорит о том, что пора покупать новый АКБ. Поврежденным аккумулятором пользоваться нельзя!

Заключение

Нормально работающий автомобильный аккумулятор избавляет от множества проблем и нервотрёпки. Работоспособность батареи особенно важна зимой, когда нагрузки возрастают в несколько раз. Именно поэтому автовладельцы стараются менять «уставший» АКБ во время осеннего ТО: и спокойней, и дешевле, не придется лишний раз этим заниматься. А вы давно проверяли свой аккумулятор?

Как работает аккумулятор - принцип работы АКБ простыми словами

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), это основное и необходимое устройство в любом автомобиле. Каждый водитель знает, что серце его машины — это конечно же аккумулятор, и нет таких машин с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было. Как бы это устройство не менялось за 150 лет с момента его изобретения, принцип работы аккумуляторной батареи остался низменным. Однако, современность внесла серьёзные коррективы в технологические процессы их изготовления. В этой статье вы ознакомитесь с и используемыми материалами, из чего состоит аккумулятор и как он работает. Итак, как работает аккумулятор (АКБ)?

Как работает аккумулятор (АКБ)

Понятие аккумулятор и его устройство

В общем понимании этого слова в технике под термином «Аккумулятор» подразумевается устройство, позволяющие при разных условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, либо же — расходовать ее для человеческих нужд.

Хотите узнать, как построить энергосберегающий дом? Смотрите секреты строительства  дома , который сам экономит

Применимы в тех ситуациях, когда необходимо собрать энергию за определенное время, после чего использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Так — гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по такому же принципу: когда вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а после отдают его подключенным приборам для совершения дальнейшей работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

В процессе работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

На рисунке ниже изображена схема устройства аккумулятора. Изображен тот вид, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Устройство аккумулятора

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

В момент, когда к электродам подключена нагрузка в виде лампочки, создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Его формированию способствует движение электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Заряд и разряд аккумулятора

В данном примере в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Общее устройство и маркировка аккумуляторных батарей

Работа аккумулятора при заряде

Беря за основу отключенную нагрузку на клеммы пластин, подаем постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Таким образом мощность зарядного устройства всегда больше, чем та, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. Это приводит к изменениям внутренних химических процессов между электродами и электролитом. К примеру на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Способы соединения аккумуляторов (как работает аккумулятор)

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

Величина разряда тока, зависит от многих факторов, хотя в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Чтобы зарядить такую конструкцию потребуется поднять мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, в настоящее время куда проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. На самом деле этот диапазон гораздо шире. И многим электрическим приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, делают это зачастую в едином корпусе.

Примером подобной конструкции служит широко распространенная автомобильная разработка на основе серной кислоты и свинцовых пластин-электродов.

Часто среди водителей транспорта, под понятием «аккумулятор» принято понимать любое устройство, независящее от количества его составных элементов — банок. Это не является правильным. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция считается уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ». Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Устройство кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

Любая банка состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

При этом контактные пластины имеют дополнительную решетку и отдалены между собой разделительной пластиной — сепаратором.

Благодаря соединению пластин в блоки увеличивается их рабочая площадь. Это снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

Компоновка АКБ

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Компоновка кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами. Они обычно имеют конусную форму, для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». При этом есть одно правило: во избежании ошибок при подключении, диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки помещена заливная горловина, чтобы контролировать уровень электролита либо доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, предохраняющая внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Для того, чтобы предотвратить бурное выделение газов из электролита, который возможен при интенсивной езде, в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. И через эти отверстия выходят кислород и водород, а также пары электролита. Такие ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На том же рисунке выше показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, что сопровождается изменением химического состава активной массы электродов с выделением или поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим явлением можно объяснить повышение удельной плотности электролита при заряде, а так же снижение при разряде батареи. Иными словами, величина плотности дает возможность оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

В состав электролита кислотных батарей входит дистиллированная вода. Она же при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Таким образом, возникала необходимость по улучшению качества работы АКБ. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, характерной чертой которых является более редкий процесс долива воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт нуждались в постоянном доливе, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов и использовать герметичный, неразборной корпус.

Виды АКБ

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

Щелочные растворы применяются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости этот такие жидкости, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Составы этого типа легко можно приобрести в специализированных магазинах либо, при желании, приготовить самостоятельно на дому. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке его приготовление так же возможно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности. Для этого нужно смешать кислоту с дистиллированной водой.

Как работает аккумулятор — АКБ

Как работает аккумулятор (АКБ)

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, в то время, как на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. А при зарядке происходит обратный процесс.

Материалы АКБ

Пластины

На данный момент наиболее качественные батареи потерпели небольшие изменения. И связаны эти изменения с материалом пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом удалось снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Сепараторы

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Когда из пластин осыпается активная зона внизу банок происходит замыкание. Чтобы этого не случилось на помощь приходят сепараторы, которые делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи получили широкое распостранение благодаря мобильным телефонам и иным гаджетам. Сегодня же, существуют разработки и для автомобилей. Однако, невзирая на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

Литий-ионные аккумуляторы
  1. Они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
  2. Для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, а это требует переделки электронной части генераторов.
  3. И самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Электролит

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, известно, что вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но тем не менее она заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

Гелевые электролиты

Их по праву можно считать вершиной эволюции кислотных батарей. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. В итоге батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Графен-полимерные аккумуляторы

Принцип работы этих поистине чудесных аккумуляторов заключается в следующем: их ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом имеет меньшую стоимость, поскольку в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Основные технические характеристики аккумуляторов

Технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Полностью емкость не характеризует энергию аккумулятора, то есть энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке. Именно по этому критерию, большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Это величину, характеризующая параметр тока, который протекает в стартере автомобиля в момент пуска силового узла. Пусковой или стартерный ток возникает в тот момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Тот же ток холодной прокрутки является показателем поведения аккумулятора в морозную погоду и сможет запускать двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Имеет два полюса – положительный и отрицательный и варианты расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Дла ее определения нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что АКБ с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая и обратная полярность АКБ

Устройство корпуса

У большинства аккумуляторов корпус состоит из ударопрочного полипропилена. Он характеризуется как легкий материал, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен имеет весьма хорошую стойкость к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, где нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Известными типами аккумуляторов, обладающих спросом являются: американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейский тип корпуса характерен тем, что АКБ клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. В некоторых случаях клеммы дополнительно защищаются от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке. Верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Российский стандарт АКБ

ОбозначениеОписание букв
ААКБ имеет общую крышку для всего корпуса
ЗКорпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
ЭКорпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
ТКорпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
МВ корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
ПВ конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты
Аккумулятор (АКБ) ALPHALINE 60 Ач

Тип крепления аккумулятора

Особое внимание при выборе АКБ следует уделять типу крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. С помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор, элемент крепится вверху. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще всего такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления на АКБ

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса АКБ находится выступ. За этот выступ аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Выступ для фиксации АКБ

Заключение

Теперь вы знаете, как работает аккумулятор. Его роль в работе приборов трудно оспорить. Данный источник энергии применяться почти во всех отраслях. Что доказывает его значимость и необходимость знаний о принципе работы АКБ. А также ее внутреннем содержимом. Аккумуляторы широко используются в автомобилях, разнообразных электроприборах, кондиционерах, мультимедийных центрах. Там, где, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. И тогда в «игру» вступает АКБ, которая кроме подпитки энергией еще и выполняет основную функцию, обеспечивая электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор. Ведь в нужное время придется устранять сбои в работе источника энергии. К тому же, важно иметь представление о назначении и видах аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю.

Как работает аккумулятор (АКБ)

устройство, разновидности, назначение, принцип работы

Аккумулятор представляет собой устройство, которое накапливает энергию в химической форме при подключении к источнику постоянного тока, а затем отдает ее, преобразуя в электричество. Его используют многократно за счет способности к восстановлению и обратимости химических реакций. Разряжается – снова заряжают. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

Устройство аккумулятора

В автомобилях обычно применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. Рассмотрим их устройство.

Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

Пакеты пластин в ячейках погружены в электролит – раствор серной кислоты и воды плотностью 1,28 г/см3.

Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

Принцип действия аккумуляторов

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего напряжения ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

Химические реакции в одной ячейке вырабатывают напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

Читайте также, как правильно выбрать аккумулятор по емкости, особенности литий-ионных и никиль-кадмиевых аккмуляторов

принцип работы аккумуляторной батареи, устройство АКБ автомобиля, типы устройств

Независимые элементы питания сейчас стали одними из наиболее востребованных устройств, изобретённых людьми. Конструкция большинства гаджетов и их назначение часто предполагает отсутствие непрерывного доступа к электросети, поэтому и стали необходимыми такие устройства, как аккумуляторы. Они дают возможность пользоваться нужными приборами в любых требуемых условиях.

Что называют аккумулятором

Аккумулятором в самом общем значении этого понятия называется техническое приспособление, которое используется для накопления какого-либо вида энергии с целью её последующей равномерной отдачи в течение достаточно длительного периода времени (в отличие от конденсатора, который отдаёт накопленный заряд моментально). Конденсатор сохраняет непосредственно электрический заряд, в отличие от аккумулятора, который при зарядке преобразует электрическую энергию в энергию химической реакции, а когда будет работать под нагрузкой, превратит накопленную химическую энергию в электрическую.

Принцип работы аккумуляторной батареи заключается в том, что постоянно происходит химическая реакция между жидкостью-электролитом и металлическими пластинами-электродами. Единичные аккумуляторы очень слабы и не могут давать ток, достаточный для работы большинства устройств. Поэтому чаще всего они объединяются в аккумуляторные батареи, в которых используется последовательное или параллельное соединение отдельных элементов питания.

Разряд элемента питания

Конструкция подобных источников питания предполагает наличие двух клемм: плюса и минуса. Их работа происходит таким образом: при отсутствии нагрузки электрическая цепь разомкнута, а при подключении к полюсам какого-либо устройства цепь замыкается и начинается разрядка АКБ. Ток разряда, протекающий по батарее в таких условиях, возникает за счёт перемещения между электродами ионов: анионов и катионов.

Более подробно процесс разрядки батареи удобнее всего будет рассмотреть на конкретном примере. Катод (положительный электрод в источнике тока) состоит из гидрата закиси никеля, в который для улучшения проводимости добавляется графитовый порошок.

Для изготовления анода (отрицательного электрода) в батареях такого типа применяются железные сетки с губчатым кадмием. Электролитом в таком устройстве будет смесь гидроксидов калия и лития. Оксид-гидроксид никеля в таком щелочном источнике питания вступает в химическое взаимодействие с атомами кадмия и молекулами воды. В результате такой реакции образуются гидроксиды кадмия и лития, а также выделяется электроэнергия.

Цикл заряда батареи

Для начала зарядки от клемм аккумулятора необходимо отключить нагрузку. На свободные клеммы батареи подаётся постоянный ток со значением напряжения большим, чем выходное напряжение заряжаемого устройства.

При осуществлении зарядки следует строго соблюдать полярность, то есть должны совпадать положительные и отрицательные контакты батареи и зарядного устройства. Важно учитывать, что устройство для зарядки необходимо выбирать с большей мощностью, чем сам аккумулятор, для того, чтобы преодолевать сопротивление оставшейся в нём энергии и производить электрический ток с направлением, противоположным току разряда. В результате обратимые химические реакции, протекающие в АКБ, поменяют своё направление.

Для рассмотрения примера можно взять также никель-кадмиевую батарею. В реакцию вступают гидроксиды кадмия и никеля, образовавшиеся при цикле разряда. Продуктами этой реакции будут оксид-гидроксид никеля, вода и восстановленный кадмий.

Из всего вышесказанного следует, что во время рабочего цикла меняется только химический состав электродов. Электролит лишь создаёт требуемую для протекания реакций среду. С течением времени он может испаряться, что не самым лучшим образом скажется на продолжительности работы батареи. Рассмотренный принцип работы верен для любого типа аккумуляторов, будет изменяться только химический состав электродов и электролита.

Типы соединения аккумуляторов

Отдельные аккумулирующие элементы позволяют получать малые напряжение и силу тока. Например, чаще всего значение напряжения будет находиться в пределах 1−2 вольта. Для работы большинства устройств таких значений явно недостаточно. Чтобы повысить получаемое напряжение или силу тока, нужно устроить соединение аккумуляторов в батарею. Нужно подробнее остановиться на описании этих способов.

Параллельное соединение

Для соединения аккумулирующих элементов в батарею или нескольких АКБ требуется соединять их положительные клеммы с положительными, а отрицательные с отрицательными. К нагрузке присоединяются соединённые выводы всех элементов. При таком способе соединения напряжение в цепи будет таким же, как у каждой батареи по отдельности (если использовать батареи с одинаковым напряжением). А ёмкость станет равна сумме ёмкостей всех входящих в батарею элементов. Соответственно, вырастет и сила тока, которую такое устройство будет способно давать за определённый период до полной разрядки.

Последовательный способ

При использовании последовательного способа соединения АКБ следует связывать разнополярные контакты. Положительную клемму одного устройства соединяют с отрицательной клеммой другого, а электрическая схема подключается к свободным контактам первой и последней батарей. Итоговое выходное напряжение при применении такого вида соединения будет равняться сумме выходных напряжений всех задействованных источников электрического тока.

Например, чтобы получить АКБ с выходным напряжением двенадцать вольт, следует соединить последовательно четыре источника с напряжением три вольта или десяток аккумуляторов с выходным напряжением 1,2 вольта. Общая ёмкость собранных при помощи последовательного соединения АКБ будет равна ёмкости каждого аккумулятора по отдельности, то есть не изменится.

Типы источников тока

АКБ различаются по своему предназначению, характеристикам, тому как устроен аккумулятор и материалам, используемым при их изготовлении. На сегодняшний день в мире производится более трёх десятков типов различных аккумуляторов, основное различие между которыми заключается в химическом составе электродов, а также используемым видом электролита. Так, к примеру, в группу литий-ионных аккумуляторов входит двенадцать различных моделей. Наиболее популярными из всех производимых являются следующие типы:

На них приходится значительная часть рынка элементов питания. Для лучшего представления о том, из каких материалов могут изготавливаться современные аккумуляторы стоит привести их полный список:

Применение при производстве различных материалов оказывает значительное влияние на итоговые эксплуатационные показатели и, как следствие, на область возможного использования. Например, литий-ионные АКБ часто устанавливаются в мобильные компьютеры и другие гаджеты.

В то время как никель-кадмиевые аккумуляторы в основном используются как альтернатива простым одноразовым батарейкам. В теории аккумуляторные батареи любого типа могут сочетаться с любым устройством. Дело лишь в целесообразности и себестоимости производства.

Основные характеристики

Выше были рассмотрены материалы, применяющиеся при изготовлении перезаряжаемых элементов питания, основные принципы их работы и способы соединения. Теперь можно перейти к их эксплуатационным качествам. Важнейшими эксплуатационными характеристиками являются:

Все эти параметры аккумуляторных батарей предоставляют наибольший интерес для конечного пользователя.

Устройство электродов

В качестве примера можно использовать свинцово-кислотную батарею. Каждая ячейка такого аккумулятора содержит пару электродов и разделительные пластины, которые изготовляются из пористого материала, не вступающего в химическое взаимодействие с кислотой. Такие пластины призваны препятствовать короткому замыканию погруженных в электролит электродов, и называются сепараторами.

Электроды в таких аккумуляторах выполняются в виде плоских свинцовых решёток. В ячейки таких решёток запрессовывается порошкообразная двуокись свинца (в пластинах-анодах) и металлический свинец в порошковой форме (в пластинах-катодах). Применение порошков обусловлено стремлением увеличить площадь поверхности раздела на границе электролит — электрод, что значительно повышает ёмкость такого источника тока.

Имеются экспериментальные образцы аккумуляторов, в которых свинцовые решётки замешены электродами, состоящими из сплетённых нитей углеволокна, которые покрываются тончайшим свинцовым напылением. Такая технология позволяет использовать значительно меньше свинца за счёт распределения его по большой площади, что делает аккумуляторную батарею не только миниатюрнее и легче, но и повышает её эффективность. КПД выше, чем у традиционных, а время зарядки сильно снижено.

Проводящее вещество

Пластины электродов и сепараторов опущены в электролит, в качестве которого в свинцово-кислотных аккумуляторах используется серная кислота, разведённая дистиллированной водой. Такая вода применяется для приготовления раствора потому, что она не оказывает влияния на кислотность среды. Проводимость получаемого таким образом раствора зависит лишь от концентрации серной кислоты и комнатных условиях будет максимальной при значении плотности жидкости-электролита в 1,23 грамма на кубический сантиметр.

Проводимость электролита обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению источника питания, и, соответственно, повышение проводимости снижает потери энергии и увеличивает КПД. Стоит отметить, что в областях холодного климата часто используют повышенные до 1,29−1,31 грамма на кубический сантиметр концентрации серной кислоты. Это делается для предотвращения замерзания электролита. Ведь образующийся лёд может повредить корпус аккумулятора.

В батареях, которые устанавливаются в бытовые источники бесперебойного питания, системы сигнализации и другие бытовые приборы, жидкий электролит иногда сгущается до состояния пасты раствором силиката натрия. Но принцип работы АКБ остаётся тем же.

Области применения АКБ

Аккумуляторные батареи получили широчайшее распространение во всех видах технических устройств. Без них не обходится ни одно портативное электронное устройство: от наручных часов до ноутбуков. Даже в простых электрических фонарях производители предпочитают использовать встроенные АКБ вместо сменных элементов питания.

Не стали исключением и автомобили. В машинах привычных конструкций автомобильный аккумулятор используется для запуска двигателя и бесперебойного питания бортовой электрики и электроники. В набирающих всё большую популярность гибридных и электромобилях аккумуляторы играют ещё более важную роль. Причём в этом случае требования, предъявляемые к устройству АКБ автомобиля, ещё выше.

Крайне важны такие параметры: ток запуска, глубина разряда и максимальное количество циклов перезарядки, которое способен выдержать аккумулятор. Можно смело утверждать, что современный образ жизни был бы невозможен без аккумуляторных батарей.

Устройство и принцип работы трансформатора

Назначение и виды трансформатора.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, преобразующее преобразование переменного напряжения. Т.е. эта машина позволяет опускать или поднимать. Устанавливаемые на силовые трансформаторы осуществляют междугороднюю передачу электроэнергии высоким напряжением до 1150кВ. А непосредственно в местах потребления идет падающее напряжение в пределах 127-660В. При таких значениях обычно бывают различные электрические компоненты, которые устанавливаются на заводах, фабриках и в жилых домах.Электроизмерительные приборы, электросварка и другие элементы в цепи высокого напряжения также требуют применения трансформатора. Они бывают одно- и трехфазные, двух- и многообмоточные.

Существует несколько типов трансформаторов, каждый из которых определяется своими функциями и назначением. Силовой трансформатор преобразует электрическую энергию в сетях, которые предназначены для использования и приема этой энергии. Трансформатор тока предназначен для измерения больших токов в устройствах электрических систем.Трансформатор напряжения преобразует высокое напряжение в низкое. Автотрансформаторная электрическая и электромагнитная связь, за счет прямого соединения первичной и вторичной обмоток. Импульсный трансформатор преобразует импульсные сигналы. Изолирующий трансформатор отличается тем, что первичная и вторичная обмотки электрически не соединены друг с другом. Одним словом, во всех видах принцип работы трансформатора очень похож. Еще можно выбрать гидротрансформатор, принцип которого заключается в передаче крутящего момента на трансмиссию от двигателя.Это устройство позволяет плавно изменять скорость вращения и крутящий момент.

Рекомендовано

Происхождение славян. Влияние разных культур

Славяне (под этим названием), по мнению некоторых исследователей, появились в повести только в 6 веке нашей эры. Однако язык национальности несет в себе архаичные черты индоевропейского сообщества. Это, в свою очередь, говорит о том, что происхождение у славян ч ...

Устройство и принцип действия трансформатора.

Принцип работы трансформатора - это проявление электромагнитной индукции. Это устройство состоит из магнитопровода и двух расположенных на нем обмоток. Один - электричество, второй - подключение потребителей. Как упоминалось выше, эти обмотки называются первичной и вторичной соответственно. Магнитопровод из листовой электротехнической стали, элементы которого изолированы лаком. Часть, в которую входит катушка, называется сердечником. Причем такая конструкция получила более широкое распространение, поскольку имеет ряд преимуществ - простую изоляцию обмоток, простоту ремонта, хорошие условия охлаждения.Как видно, принцип работы трансформатора не так уж и сложен.

Трансформаторы имеют конструкцию брони, значительно уменьшающую их габариты. Чаще всего встречаются однофазные трансформаторы. Боковое ярмо в таком оборудовании играет роль защиты обмотки от механических повреждений. Это очень важный фактор, потому что небольшие трансформаторы не имеют корпуса и размещаются с другим оборудованием в общем пространстве. Трехфазные трансформаторы обычно изготавливаются с тремя стержнями.Конструкция банистерия также используется в трансформаторах большой мощности. Хоть это и увеличивает стоимость электроэнергии, но позволяет уменьшить высоту магнитопровода.

Трансформаторы различают по типу соединительных стержней: стыковые и ламинированные. В стыках шатуны и коромысла собраны отдельно и соединены опорными деталями. И ламинированные листы накладываются внахлест. Ламинированные трансформаторы находят большее применение, потому что они имеют гораздо более высокую механическую прочность.

Принцип работы трансформатора также зависит от цилиндрических, круглых и концентрических обмоток.Оборудование на большую и среднюю мощность имеет газовое реле.

.Принцип действия и устройство импульсного источника питания

Импульсный источник питания сильно отличается от линейного источника питания. Несмотря на свою сложность, более высокую стоимость материалов и большее количество деталей, импульсный источник питания по-прежнему является предпочтительной топологией источника питания на рынке. Основная причина - более высокий КПД и более высокая удельная мощность. Более высокий КПД просто означает, что только небольшая часть входной мощности тратится впустую, в то время как более высокая плотность мощности означает, что более высокая мощность возможна при меньшем форм-факторе или размере.

Обзор линейного источника питания AC-DC

  

Трансформатор 50/60 Гц

Это может быть ступень вверх или вниз в зависимости от использования. Обычно это понижающая версия, поскольку обычное требуемое выходное напряжение ниже входного уровня.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток. Чаще всего используется выпрямитель двухполупериодного мостового типа, как показано на схеме.

Фильтр

Простой фильтр - это электролитический конденсатор. Это увеличит среднеквадратичный или постоянный уровень выпрямленного сигнала.

Регулятор

Это будет поддерживать чистый постоянный ток на выходе, чтобы не создавать проблем для чувствительных нагрузок или системы.

Общие проблемы

Эффективность и размер - общая проблема, связанная с линейным источником питания переменного и постоянного тока. Он также ограничен только для приложений с низким энергопотреблением.Для работы с высокой мощностью трансформатор 50/60 Гц будет очень большим и дорогим. Отфильтрованное вторичное выпрямленное напряжение всегда должно быть выше выходного со значительным запасом, чтобы регулятор мог работать правильно. По этой причине избыточное напряжение будет поглощаться регулятором, что приведет к огромным потерям мощности при умножении на ток нагрузки. Вот почему эффективность очень низкая. Линейный источник питания AC-DC также не может обеспечить широкий диапазон входных сигналов. Например, трансформатор рассчитан на 220–20 В переменного тока, вы больше не можете использовать его для 110 В переменного тока, так как вы больше не можете получить 20 В переменного тока на вторичной обмотке.

Обзор линейного источника питания постоянного и постоянного тока

  

Схема выше представляет собой основной линейный источник питания постоянного и переменного тока. Это просто и очень просто, поскольку в нем всего несколько компонентов. Однако его основным недостатком остается эффективность, ограниченная только для приложений с низким энергопотреблением. Чтобы линейный регулятор мог правильно регулировать, его входное напряжение должно быть выше, чем выходное напряжение. Разница во входном и выходном напряжениях называется падением напряжения.В настоящее время на рынке уже есть линейные стабилизаторы с малым падением напряжения. Низкое падение напряжения все равно приведет к огромным потерям мощности при работе с более высоким током.

Блок-схема импульсного источника питания AC-DC

Ниже представлена ​​блок-схема двухступенчатого импульсного источника питания постоянного и переменного тока. Первый блок - это мостовой выпрямитель, предназначенный для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. В отличие от линейного источника питания переменного и постоянного тока, этот мостовой выпрямитель требует высокого напряжения, поскольку он напрямую видит входное напряжение.Импульсный преобразователь первой ступени в большинстве случаев является повышающим преобразователем, который функционирует как схема коррекции коэффициента мощности или PFC. Повышающий преобразователь имеет выходную мощность выше входной. Коррекция коэффициента мощности необходима для переключения силовой цепи, чтобы скорректировать форму тока и минимизировать гармоники. Повышающий преобразователь - лучшая схема активной коррекции коэффициента мощности из-за его способности потреблять ток от входа в обоих состояниях Q1 (включен или выключен). Импульсный преобразователь второй ступени обычно называют секцией DC-DC производителями или разработчиками источников питания.Для DC-DC доступно множество топологий, таких как резонанс (LLC, последовательный, параллельный), прямой (ITTF, TTF, одиночный транзистор), мост и полный мост и многие другие. На приведенной ниже схеме секция DC-DC представляет собой резонансный преобразователь LLC. Последний блок - это выходной выпрямитель и фильтр. В приложениях с высокой мощностью вместо диодов используются NMOS.

  

Схема ниже обычно используется для автономных адаптеров и зарядных устройств с низким энергопотреблением. В секции DC-DC используется только один переключающий преобразователь, который является обратным преобразователем.Обратный преобразователь эффективен при номинальной мощности до 100 Вт. В некоторых случаях Flyback используется до 200 Вт, если соблюдаются требования, особенно по эффективности. Каскад PFC больше не используется, поскольку типичная или номинальная мощность этой конфигурации составляет около 80-120 Вт, а требования к коэффициенту мощности для этого диапазона мощности не такие строгие. Обратный преобразователь очень популярен для маломощных импульсных источников питания в автономном режиме из-за своей простоты и меньшего количества деталей.

  

Импульсный источник питания постоянного и постоянного тока

Существует несколько топологий, которые можно использовать для создания импульсного источника питания DC-DC.Схема ниже представляет собой понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный или обычно известный как понижающий преобразователь. Понижающий преобразователь имеет выходное напряжение ниже входного.

  

Еще одно решение для импульсного источника питания постоянного и постоянного тока - это повышающий преобразователь, показанный на схеме ниже. Повышающий преобразователь имеет выходную мощность выше, чем входную.

  

Комбинация понижающего и повышающего преобразователя также возможна в повышенно-понижающей топологии.Ниже приведено инвертирующее решение для повышения и понижения. Его можно настроить для работы, когда его входной сигнал ниже, чем выход, или наоборот. Неинвертирующий понижающий-повышающий также является вариантом, но он имеет несколько компонентов, чем инвертирующий понижающий-повышающий.

  

Принцип работы импульсных источников питания

Мы показываем в корпусе выше некоторые разновидности импульсного источника питания как в AC-DC, так и в DC-DC формах. Что именно делает SMPS? Чем он отличается от обычного линейного блока питания?

Импульсный источник питания - это источник питания, в котором в качестве силовой части используется импульсный преобразователь.Это может быть несколько переключающих преобразователей, работающих в каскаде или параллельно, или один. Импульсные преобразователи - это сердце импульсных источников питания.

Импульсный преобразователь работает по принципу непрерывного включения и выключения полупроводникового переключателя. Включение означает работу полупроводникового переключателя, такого как MOSFET, в режиме насыщения, а выключение означает работу MOSFET в режиме отсечки. При насыщении на канале MOSFET не будет падения напряжения (в идеале), следовательно, не будет потерь мощности.С другой стороны, при отключении тока не будет, поэтому потери мощности все равно не будет. Благодаря этому принципу достигается очень высокая эффективность.

На самом деле, есть небольшие потери мощности из-за сопротивления открытого МОП-транзистора и задержки выключения, которая вызывает небольшое пересечение между напряжением и током.

Приведение полупроводникового переключателя в режим насыщения и отсечки возможно с помощью ШИМ-контроллера. Контроллер PWM может быть аналоговой ИС для конкретного приложения (ASIC) или цифровым решением, таким как MCU, DSC и DSP.Контроллер также устанавливает регулирование и другие защиты цепи.

Постановление о получении продукции

Чтобы хорошо это обсудить, давайте рассмотрим понижающий преобразователь, показанный на схеме ниже. Принцип одинаков для всех импульсных преобразователей.

  

Может быть, вы уже слышали о системе разомкнутого и замкнутого контура. Система разомкнутого контура не имеет возможности настраиваться на основе поведения выхода, но замкнутая система имеет.Например, в приведенной выше схеме (понижающий переключающий преобразователь) регулирование без обратной связи возможно за счет обеспечения фиксированного входного напряжения, фиксированной нагрузки и фиксированного рабочего цикла. Для понижающего преобразователя идеальное соотношение входного и выходного напряжения определяется рабочим циклом. Для понижающего преобразователя уравнение рабочего цикла равно

.

 

Подробное объяснение того, как определяется рабочий цикл понижающего преобразователя, см. В статье «Расчет рабочего цикла понижающего преобразователя».

Например, входное напряжение составляет 20 В, а желаемое выходное напряжение - 10 В, рабочий цикл можно установить фиксированным на 50%. Таким образом, сигнал ШИМ в приведенной выше схеме должен иметь 50% времени включения. Это может быть нормально, если вход фиксирован, а нагрузка также постоянна. Однако, когда есть небольшое возмущение, выход легко станет сумасшедшим, поэтому рекомендуется использовать управление с обратной связью.

Для управления замкнутым контуром необходим хороший контроллер (стандартный контроллер), или, если вы хорошо разбираетесь в системе управления, вы можете разработать собственное аналоговое или цифровое управление.

Замкнутый цикл для получения Положения

Ниже схема представляет собой понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный, который может работать от входных напряжений 30-60 В и выходных напряжений 24 В, 75 Вт. В силовую часть входят NMOS Si7852, диод SS3H9 и катушка индуктивности 47uH. Резисторы делителя 93,1 кОм и 4,99 кОм составляют цепь обратной связи для управления с обратной связью. Напряжение на резисторе 4,99 кОм сравнивается с внутренним опорным сигналом на выводе V FB контроллера.

  

Выходной сигнал не может отклоняться от заданного уровня из-за замкнутого контура.Выше представлено простое решение, благодаря контроллерам, доступным на рынке в настоящее время. Принцип, лежащий в основе управления с обратной связью, очень технический, но о нем забывают, поскольку на рынке доступно множество простых решений.

Чтобы сделать ответ петли быстрым, необходима компенсационная сеть. В приведенной выше схеме компоненты, подключенные к выводу V C , составляют компенсационную схему.

Немного подробнее об эксплуатации SMPS

Цепи, из которых состоят импульсные блоки питания, представляют собой импульсные преобразователи.Понимание работы импульсного преобразователя также прояснит работу импульсного источника питания. Позвольте мне рассмотреть схему повышающего преобразователя ниже. Когда ШИМ высокий (MOSFET Q1 насыщается), переключатель Q1 включается, и на этот раз индуктор L1 заряжается. Диод D1 будет смещен в обратном направлении, и нагрузка будет зависеть только от заряда конденсатора C1.

  

Когда сигнал PWM низкий, Q1 отключается. Катушка индуктивности будет сопротивляться внезапному изменению тока, поэтому она изменит свою полярность, чтобы поддерживать то же направление тока.В результате D1 будет смещен в прямом направлении, а C1 восполнит свой заряд, а нагрузка будет получать свою мощность от входа. Изменение полярности катушки индуктивности создает уровень напряжения выше входного (эффект усиления). На диаграмме ниже показаны формы колебаний тока катушки индуктивности, диода и полевого МОП-транзистора в зависимости от состояния ШИМ.

  

КПД импульсного источника питания

Основная причина, по которой этот тип источника питания так популярен, - это способность обеспечивать более высокий КПД.Ниже приведена таблица КПД, достижимого для импульсного источника питания, стандартизованного на 80+.

  

Эффективность вычисляется как

 

Ploss - общие потери источника питания. Ранее я упоминал о нулевом рассеянии мощности, когда переключатель находится в состоянии насыщения или при отключении. В идеале, но такой идеальной системы нет. Потери импульсного источника питания возникают из-за RDSon полевого МОП-транзистора, потерь переключения, потерь в диодах, потерь смещения и потерь, связанных с индуктором.

Руководство по проектированию ИИП

1.Знакомство с приложением

Определите приложение. Например. в каком приложении используется источник питания, каковы окружающие условия, рабочие температуры и определить, будет ли принудительное воздушное охлаждение или естественная конвекция. Принудительный воздух и естественная конвекция имеют разный дизайнерский подход.

2. Определить мощность

Если вашему приложению требуется 100 Вт, не создавайте блок питания на 100 Вт.Всегда включайте минимум 40% запаса на случай внезапных перегрузок. Если позволяет бюджет, вы можете спроектировать блок питания мощностью 200 Вт так, чтобы ваша нагрузка всегда была вдвое меньше, чем мощность блока питания. По результатам испытаний импульсный источник питания имеет наибольший КПД при нагрузке 50-60%.

3. Выберите топологию

Когда у вас будет целевая мощность, выберите топологию для использования. Для номинальной мощности ниже 150 Вт Flyback является экономичным решением. Однако для более высоких требований к эффективности Flyback - не лучший вариант.Вы можете рассмотреть резонансное решение. Для приложений с высокой мощностью, скажем, в диапазоне киловатт, вы можете рассмотреть полный мост в секции DC-DC. Для приложения DC-DC используйте понижающий режим, если вы стремитесь к более низкому выходному напряжению, повышающий режим для более высокого выходного напряжения или понижающий-повышающий режим, если необходимо комбинировать их.

4. Решите, нужно ли включать схему коэффициента мощности

Это зависит от технических характеристик и приложений. Для зарядных устройств и адаптера малой мощности нет необходимости в дополнительном каскаде PFC.Для высокой мощности или если вы хотите конкурировать на рынке и иметь сертифицированный источник питания, вам необходимо включить схему PFC, такую ​​как повышающий преобразователь.

5. Вы хотите, чтобы продукт был сертифицирован органами EMC?

Если да, то включите в проект фильтр электромагнитных помех.

6. Используйте синхронные выпрямители, параллельные МОП-транзисторы

Если вам требуется очень высокий КПД, подумайте об использовании синхронного выпрямителя. Вы также можете подключить полевые МОП-транзисторы параллельно, чтобы дополнительно снизить потери проводимости, связанные с RDSon.

7. Выберите Control

Вы можете использовать аналоговые контроллеры для конкретных приложений или выбрать цифровое решение, такое как MCU, DSC или DSP. Аналоговые контроллеры просты. Что ж, если вы хорошо разбираетесь в системах управления, почему бы не подумать о цифровом решении. Цифровое решение очень гибкое, так как вы можете включать в себя ведение домашнего хозяйства или мониторинг.

8. Прочее

Правильный выбор устройств, обратите внимание на номинальное напряжение, номинальный ток, а также номинальную мощность.Остерегайтесь допусков. Учитывайте срок службы конденсаторов, вентиляторов и оптоизоляторов.

Связанные

.

Принцип работы

.

Принципы операционной системы

Участие

Ожидается, что учащиеся будут регулярно посещать занятия и участвовать в них. Этот означает отвечать на вопросы в классе, участвовать в обсуждениях и помощь другим студентам.

Прогнозируемые отлучки следует заранее обсудить с инструктором.

Академическая честность

Любой академический проступок в рамках этого курса считается серьезным нарушение, и будут применяться самые строгие академические штрафы. преследовали за такое поведение.Студенты могут обсудить на высоком уровне идеи с другими студентами, но на момент реализации (т.е. программирование), каждый человек должен делать свою работу. Использовать Интернета в качестве ссылки разрешено, но прямое копирование код или другая информация является обманом. Копирование - обман, чтобы позволить другому человеку полностью или частично скопировать экзамен или присвоение, или ложный вывод программы. Это тоже нарушение бакалавриата Академический кодекс чести соблюдать, а затем не сообщать академическая нечестность.Вы несете ответственность за безопасность и целостность собственной работы.

Поздняя работа

В случае серьезной болезни или другого уважительного отсутствия, как это определено политики университета, курсовые работы будут приниматься поздно столько же дней, сколько и при отсутствии по уважительной причине.

В противном случае взимается штраф в размере 25% за каждый день опоздания (за исключением случаев, когда это указано).Вы может сдать часть задания вовремя, а часть - с опозданием. Каждый в заявке должно быть четко указано, какие части она содержит; никакая часть не может быть отправлено более одного раза.

Студенты-инвалиды

Любой студент, имеющий документально подтвержденную инвалидность и зарегистрированный в Служба поддержки инвалидов должна как можно скорее поговорить с профессором. относительно жилья.Студенты, которые не зарегистрированы, должны связаться с Управление по делам инвалидов.

.

6.4. Инверторы: принцип работы и параметры

6.4. Инверторы: принцип работы и параметры

Теперь давайте увеличим масштаб и подробнее рассмотрим один из ключевых компонентов цепи стабилизации мощности - инвертор . Практически любая солнечная система любого масштаба включает инвертор того или иного типа, позволяющий использовать электроэнергию на месте для устройств с питанием от переменного тока или от сети. Различные типы инверторов показаны на Рисунке 11.1 в качестве примеров. Доступные модели инверторов теперь очень эффективны (КПД преобразования энергии более 95%), надежны и экономичны.В масштабах энергосистемы основные проблемы связаны с конфигурацией системы, чтобы обеспечить безопасную работу и снизить потери преобразования до минимума.

Рисунок 11.1. Инверторы: малогабаритный инверторный блок для бытового использования (слева) и инверторы Satcon для коммунальных служб (справа)

Три наиболее распространенных типа инверторов, предназначенных для питания нагрузок переменного тока, включают: (1) синусоидальный инвертор (для общих приложений), (2) модифицированный прямоугольный инвертор (для резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок) и (3) прямоугольный преобразователь (для некоторых резистивных нагрузок) (MPP Solar, 2015).Эти типы волн были кратко представлены в Уроке 6 (рис. 11.2). Здесь мы более подробно рассмотрим физические принципы, используемые инверторами для создания этих сигналов.

Рисунок 11.2. Различные типы сигналов переменного тока, создаваемые инверторами.

Кредит: Марк Федькин

Процесс преобразования постоянного тока в переменный основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция - это создание разности электрических потенциалов в проводнике, когда он подвергается воздействию переменного магнитного поля.Например, если вы поместите катушку (катушку с проволокой) рядом с вращающимся магнитом, в катушке будет индуцироваться электрический ток (рисунок 11.3).

Рисунок 11.3. Схематическое изображение электромагнитной индукции

Кредит: Марк Федькин

Далее, если мы рассмотрим систему с двумя катушками (рисунок 11.4) и пропустим постоянный ток через одну из них (первичную катушку), эта катушка с постоянным током может действовать аналогично магниту (поскольку электрический ток создает магнитное поле). Если направление тока часто меняется на противоположное (например,g., через переключающее устройство), переменное магнитное поле будет индуцировать переменный ток во вторичной катушке.

Рисунок 11.4. Инверторные циклы. Во время 1-го полупериода (вверху) постоянный ток от источника постоянного тока - солнечного модуля или батареи - включается через верхнюю часть первичной катушки. Во 2-м полупериоде (внизу) через нижнюю часть катушки включается постоянный ток.

Кредит: Марк Федькин

Простая двухцикловая схема, показанная на рисунке 11.4, выдает прямоугольный сигнал переменного тока.Это простейший случай, и если инвертор выполняет только этот шаг, это прямоугольный инвертор. Этот тип вывода не очень эффективен и может даже нанести вред некоторым нагрузкам. Таким образом, прямоугольная волна может быть дополнительно модифицирована с использованием более сложных инверторов для получения модифицированной прямоугольной волны или синусоидальной волны (Dunlop, 2010).

Для получения модифицированного выходного сигнала прямоугольной формы, такого как показанный в центре рисунка 11.2, в инверторе можно использовать управление формой волны низкой частоты. Эта функция позволяет регулировать длительность чередующихся прямоугольных импульсов.Также здесь используются трансформаторы для изменения выходного напряжения. Комбинация импульсов разной длины и напряжения приводит к многоступенчатой ​​модифицированной прямоугольной волне, которая близко соответствует форме синусоидальной волны. Низкочастотные инверторы обычно работают с частотой ~ 60 Гц.

Для получения синусоидального выходного сигнала используются высокочастотные инверторы. В этих инверторах используется метод изменения ширины импульса: коммутируемые токи с высокой частотой и в течение переменных периодов времени. Например, очень узкие (короткие) импульсы имитируют ситуацию низкого напряжения, а широкие (длинные импульсы) моделируют высокое напряжение.Кроме того, этот метод позволяет изменять интервалы между импульсами: расстояние между узкими импульсами моделирует низкое напряжение (рисунок 11.5).

Рисунок 11.5. Широтно-импульсная модуляция для аппроксимации истинной синусоидальной волны высокочастотным инвертором.

Кредит: Марк Федкин, модифицированный после Данлопа, 2010 г.

На изображении выше синяя линия показывает прямоугольную волну, изменяемую в зависимости от длительности импульса и времени между импульсами; красная кривая показывает, как эти переменные сигналы моделируются синусоидальной волной.Использование очень высокой частоты помогает создавать очень плавные изменения ширины импульса и, таким образом, моделировать истинный синусоидальный сигнал. Метод широтно-импульсной модуляции и новые цифровые контроллеры привели к появлению очень эффективных инверторов (Dunlop, 2010).

.

Смотрите также