Назад

Содержание

Вперед

Номинальная разрядная емкость источника тока - это электрический заряд, который должен отдать источник тока непосредственно при его изготовлении при номинальном режиме разряда (задается либо ток разрядки, либо сопротивление внешней цепи).

Саморазряд источника тока - это потеря разрядной емкости при разомкнутой внешней цепи (при повышении температуры окружающей среды саморазряд увеличивается).

Сохранность источника тока - это время, в течение которого элемент сохраняет определенную часть  номинальной емкости.

Удельная емкость источника тока по массе - это отношение разрядной емкости источника тока к его массе.

Удельная емкость источника тока по объему - это отношение разрядной емкости источника тока к его объему.

Рассмотрим основные параметры аккумуляторов.

Зарядная емкость аккумулятора - это электрический заряд, проходящий через аккумулятор при его полной зарядке.

Разрядная емкость аккумулятора - это электрический заряд, отдаваемый аккумулятором при его полной разрядке.

Коэффициент отдачи по емкости - это отношение разрядной емкости к зарядной.

Срок службы аккумулятора - это время работы, по истечении которого разрядная емкость аккумулятора станет меньше определенной нормированной величины.

2. Зарядка малогабаритных аккумуляторов и восстановление гальванических элементов

Зарядка малогабаритных аккумуляторов и восстановление гальванических элементов и батарей обычно производится током, численно равным 0,1 емкости аккумулятора или гальванического элемента, выраженной в А×ч. Имеются различные способы зарядки аккумуляторов:

·       зарядка фиксированным током в течение определенного времени (обычно током, численно равным 0,1 емкости, в течение 16 часов);

·       зарядка уменьшающимся по величине током до определенного напряжения;

·       зарядка несимметричным током;

·       поочередная зарядка и  разрядка в течение определенных промежутков времени (например, в течение 0,01 с зарядка и 0,01 с разрядка, но меньшим током, или зарядка и разрядка одним током, но в течение разного времени).

Рассмотрим по упрощенной схеме (рис. 4.5) принцип работы устройства для зарядки аккумуляторов карманного фонарика. В положительный полупериод сетевого напряжения через конденсатор С₁, диод VD­1 и аккумуляторы протекает ток зарядки. Конденсатор заряжается до напряжения чуть более 300В (амплитуда сетевого напряжения равна 220 В×=311 В, напряжение на аккумуляторах на более 4,5 В, а напряжение на конденсаторе равно разности напряжения сети и напряжения на диоде VD1 и аккумуляторах). Если бы не было диода VD2, ток зарядки аккумулятора прекратился бы, поскольку конденсатор зарядился бы и не смог разрядиться в отрицательный полупериод сетевого напряжения.

В отрицательный полупериод конденсатор перезаряжается через диод VD2 (до напряжения 310 В). Тогда в следующий положительный полупериод он получает возможность заряжаться через диод VD1 и аккумуляторы.

Импульсы токов, протекающих через диоды при перезарядках конденсатора, оказываются большими. Для их ограничения в практическую схему (рис. 4.6) включают резистор R₁ сопротивлением 100-200 Ом при емкости аккумулятора менее 0,55 А×ч (при большей емкости заряжаемого аккумулятора сопротивление резистора R₁ необходимо уменьшить).

Собранное по данной схеме зарядное устройство имеет следующий недостаток. После отключения устройства от сети конденсатор может оказаться заряженным и разрядится  через тело человека, коснувшегося вилки устройства. Чтобы обеспечить разрядку конденсатора С₁ после отключения устройства от сети необходим резистор R₂ (рис. 4.7).

Сопротивление резистора R₂ выбирают в диапазоне 110-510 кОм (указанный диапазон может быт изменен) независимо от емкости заряжаемого аккумулятора. Возьмем карманный фонарик, в котором используются три последовательно соединенных аккумулятора Д-0,26Д (зарядное  устройство вмонтировано в корпус фонарика).  Зарядный ток для каждого из этих аккумуляторов выбирают 26 мА, т.е. зарядный ток берут численно равным 0,1 от емкости аккумулятора, выраженной в А×ч. Выберем полупроводниковые диоды VD1 и VD2 с учетом среднего значения выпрямленного тока и максимально допустимого обратного напряжения. Через диод VD1 должен протекать средний ток 26 мА. Ток, протекающий через VD2, будет примерно таким же (доказать самостоятельно).

Рассчитаем обратные напряжения, приложенные к диодам. При подключенном аккумуляторе к каждому из диодов приложено обратное напряжение не более 5 В. Если зарядное устройство включено в сеть при отключенных аккумуляторах, то к диоду VD1 напряжение ни в прямом, ни в обратном направлении не прикладывается, а к диоду VD2 прикладывается достаточно большое обратное напряжение, зависящее от соотношения сопротивления резистора R₁ и сопротивления обратно смещенного р-n перехода диода. При большом обратном сопротивлении диода к диоду окажется приложенным практически двойное значение сетевого напряжения (сетевое напряжение плюс напряжение на конденсаторе), т.е. напряжение порядка 600 В.

Возьмем резисторы R₁=200 Ом, а R₂=220 кОм. При токе 26 мА к резистору R₁ будет приложено напряжение 5,2 В (по закону Ома для участка цепи). Можно считать примерно, что к резистору R₂ приложено напряжение 210-215В (амплитуды переменного напряжения на резисторе для положительного и отрицательного полупериодов сетевого напряжения немного отличаются). Рассчитаем мощности, которые рассеиваются на резисторах R₁ и R₂:

 P_R2=0,2 Вт,  P_R1=0,14 Вт.

Следовательно, выбираем резисторы мощностью рассеяния 0,25 Вт или с запасом по мощности 0,5 Вт.

Определим емкость и рабочее напряжение конденсатора С₁. Через резистор R₂ будет протекать ток 1 мА (220 В:220 кОм), а зарядный ток аккумуляторов должен быть 26 мА. Следовательно, через конденсатор должен протекать ток 25 мА. Из закона Ома для участка цепи определим сопротивление конденсатора переменному току X_C, а затем из формулы Xc=1/(2pfC) определим емкость конденсатора С₁, зная частоту напряжения питающей сети.

Конденсатор может заряжаться до амплитудного напряжения и поэтому его рабочее напряжение необходимо выбирать не менее 300 В.

Ответим на вопрос, почему в зарядном устройстве карманного фонарика применен конденсатор, а не использована более простая схема только с одним резистором R₁ (рис. 4.8). Для этого рассчитаем сопротивление резистора R₁ и выделяющуюся на нем мощность: U_R1=215 В, I=26мА, тогда R₁=8,2 кОм, а Р»5 Вт.

Величина мощности рассеяния 5 Вт является достаточно большой для резистора и разместить резистор такой мощности в миниатюрном закрытом корпусе фонарика нельзя, так как будет перегрев зарядного устройства. Собранное по этой схеме зарядное устройство можно использовать, если взять напряжение питания не 220 В, а существенно меньшее, например, 12 В. В этом случае на резисторе R₁ выделяется меньшая мощность, так как ток зарядки определяется емкостью аккумулятора, а сопротивление резистора R₁ существенно меньше.

В случае однополупериодного выпрямителя (рис. 4.9 а) использовать вместо ограничительного резистора  конденсатор (рис. 4.9 б) нельзя, т.к. устройство, собранное по схеме рисунка 4.9б, работать не будет.

На рисунке 4.10 приведена схема зарядного устройства, в котором за счет применения стабилитрона VD2 исключается перезарядка аккумулятора. При зарядке трех никелево-кадмиевых аккумуляторов, соединенных последовательно, в качестве стабилитрона VD2 можно выбрать КС147А. Стабилитроны даже одной партии имеют некоторый разброс по напряжению стабилизации. Поэтому необходимо подобрать такой стабилитрон, чтобы он открывался при напряжении на аккумуляторах 4,05 В.

Перед началом работы с малогабаритными аккумуляторами и гальваническими элементами необходимо проверить их пригодность к эксплуатации. С этой целью измеряют напряжение на зажимах аккумулятора или гальванического элемента при подключенной нагрузке. Для каждого аккумулятора и гальванического элемента в справочнике указывается либо номинальный ток нагрузки, либо номинальное сопротивление нагрузки. Так, например, ЭДС полностью заряженного никелево-кадмиевого аккумулятора равна 1,35 В, номинальный ток разряда - численно равен 0,1 емкости аккумулятора, выраженной в А×ч, номинальное напряжение в начале разряда – 1,25В, а в конце - 1В. Разряд аккумулятора до напряжения менее 1 В приводит к резкому сокращению срока службы.

Многочисленные исследования последних лет показали, что заряжать можно не только аккумуляторы, но и гальванические элементы. Однако, гальванические элементы при зарядке не восстанавливают свою первоначальную емкость, а их подзарядка, как правило, может быть осуществлена только один раз. Заряжают гальванические элементы так же, как и малогабаритные аккумуляторы. Продлить срок службы некоторых гальванических элементов можно также введением в элемент с помощью шприца электролита, после этого производится зарядка элемента.

 

 

Назад

Содержание

Вперед