Селекция элементов для ходовой батареи
Батарея для питания ходового двигателя обычно собирается из элементов, имеющих электрическую емкость не менее 1.5-2.0 А/час. Разумеется, речь идет не о моделях типа slow-fly ("медленный полет"), оснащаемых самыми маломощными двигателями класса 200-300, которые потребляют токи не более 5-7 А, и вполне нормально могут работать от батареи существенно меньшей емкости (300-600 мА/час). Но даже для таких батарей следует очень тщательно подбирать элементы по методике, описанной ниже.
Отбор элементов для ходовой батареи производится также, как описано выше, но последние 1-2 тренировочных цикла проводятся на повышенных токах заряда и разряда (Iзар~= 2-3C, Iраз~= 5-10C). Это вызвано тем, что ходовые батареи собираются из так называемых сильноточных и быстрозаряжаемых (рапидных) элементов, рассчитанных для работы на повышенных токах.
Именно поэтому к тренировочным циклам добавляется еще один тест - измерение внутреннего сопротивления (Rвн) элементов, т.к. от этого параметра и зависит, какой максимальный ток может отдать в нагрузку батарея.
Эквивалентная схема элемента питания
Эквивалентная схема одного элемента состоит из последовательной цепи, состоящей из генератора (источника) ЭДС, внутреннего сопротивления Rвн и внутренней индуктивности Lвн (об этом параметре чуть позже). Если закоротить выводы этой цепи, то в ней возникнет постоянный электрический ток короткого замыкания, величина которого, в соответствии с законом Ома, будет равна: Iкз=Uэдс/Rвн. Очевидно, что при неизменной ЭДС, величина тока будет зависеть только от Rвн, и чем меньше будет эта величина, тем больший ток потечет в цепи.
Работа источника тока в режиме короткого замыкания
Простой расчет показывает, что для элемента с Uэдс=1.2В, и внутренним сопротивлением (допустим) Rвн=0.1Ом, максимальный ток короткого замыкания не может превышать Iкз<=12А. При этом вся энергия будет расходоваться на внутренний разогрев источника тока. Такой "самоэлектронагреватель" будет отдавать/потреблять мощность
Pвн = Uэдс * Iкз = 1.2 * 12 = 14,4 Вт
Работа источника тока на активную нагрузку
Если же такую батарею нагрузить на внешнюю нагрузку, с Rнагр=0,2 Ом, то в цепи потечет ток, величина которого будет равна:
Iнагр = Uэдс / (Rвн + Rнагр) = 1,2 / (0,1 + 0,2) = 4 А,
напряжение на нагрузке будет равно:
Uнагр = Iнагр * Rнагр = 4 * 0.2 = 0,8 В,
а КПД "по току" этой цепи будет равен всего лишь 66,6%, т.е. треть энергии, расходуемой элементом, будет заведомо теряться на разогрев самой батареи и окружающего воздуха.
У реальной нагрузки (ходовой электродвигатель среднего класса), рассчитанной на потребление Iнагр=10-15 А от семибаночной батареи с Uраб = 8,4 В, сопротивление будет равно Rнагр = 0,82-0,55 Ом. Эта величина очень близка к внутреннему сопротивлению батареи, состоящей из 7-ми "пробных" элементов (Rбат=0.7 Ом), которые мы взяли в качестве примера. Разумеется, что подобная батарея не только не обеспечит требуемый для нагрузки ток, но и не позволит нормально работать другим, даже маломощным потребителям, включенным в эту же цепь параллельно основной нагрузке (Rдоп << Rнагр, за его малостью в расчет не принимаем), т.к. напряжение на нагрузке (Uнагр) не превысит величины ~Uэдс/2.
Именно поэтому для ходовых батарей следует использовать только элементы, имеющие Rвн<
К сожалению, Rвн не может быть равно нулю. У любой батареи этот параметр имеет определенную величину, зависящую от многих причин, прежде всего - технологических. Кроме того, по мере старения батареи происходит увеличение ее Rвн.
Как же определить, какой должна быть величина Rвн для конкретного применения (мощности двигателя), и каким образом измерить внутреннее сопротивление реальной батареи?
Начнем с измерения Rвн отдельного элемента. Достаточно просто это можно сделать, зная две величины - Uэдс элемента, и Rнагр. Оба этих параметра должны быть измерены с точностью до третьего знака после запятой. Измерение Uэдс следует провести непосредственно перед тестированием его Rвн. Элемент должен быть предварительно полностью заряжен, и после зарядки пролежать (отдохнуть) без нагрузки минут 15-20.
Допустим, что проверяемый элемент имеет в данный момент имеет Uэдс = 1,325 В, а тестовая нагрузка (резистор) имеет сопротивление, равное 0,127 Ом. Тестовый резистор должен иметь достаточную мощность рассеяния, и желательно быть керамическим. Можно просто спаять параллельно несколько сопротивлений типа МЛТ (ОМЛТ), номиналом 1 - 1,5 Ома. Выводы этой нагрузки следует сделать толстым медным многожильным проводом сечением не менее 3-5 кв. мм. При дальнейших измерениях сопротивление выводных проводников также является нагрузкой, поэтому измерение сопротивления этого тестового резистора следует производить на концах проводников, а не в месте их припайки к "магазину" параллельных сопротивлений. Боюсь, что обычным "цифровиком" точно измерить такое маленькое сопротивление не удастся, поэтому вам придется для его тарирования обратиться в какую-нибудь производственную электролабораторию, имеющую специальный мост для измерения миллиомных сопротивлений.
Заранее присоединяем к выводам нагрузочного резистора цифровой вольтметр, установив его в режим измерения напряжения до 2 вольт (2000 мВ). подключаем резистор к элементу питания, и через 5-10 секунд, необходимых для выхода элемента в рабочий режим, фиксируем показания прибора.
Предположим, что прибор показал величину напряжения на нагрузочном резисторе Uнагр = 1,146 В.
Расчет Rвн элемента производим по формуле:
Rвн = ((Uэдс / Uнагр) - 1) * Rнагр,
тогда для нашего случая:
Rвн = ((1,325 / 1,146) - 1) * 0.127 = 0,0198 Ом.
Полученная в нашем примере величина Rвн=0,0198 Ом близка к реальной, и батарея, собранная, допустим, из 7-ми подобных элементов будет иметь Rвн(бат)=0,0198*7=0,1386 Ом, что при реальной Rнагр=0,6 Ом (мотор класса 400) обеспечит максимальный ток в нагрузке:
Iнагр = 7 * 1,325 / (0.1386 + 0,6) = 12,56 А,
при достаточно приемлемом КПД энергоустановки.
Тем не менее, для более мощных, спортивных двигателей, рассчитанных на потребляемые токи 30-40 А эта батарея будет уже не очень хороша, и вам придется собрать новую батарею, с элементами, имеющими еще меньшие Rвн.
И.В. Карпунин (aka Glider)
Обсудить на форуме
|
