Бесплатная техническая библиотека

Подвесной лодочный мотор с питанием от литиевого аккумулятора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

Комментарии к статье

На водоемах все чаще можно встретить рыболовов, использующих на своих лодках подвесные электромоторы. По сравнению с бензиновыми двигателями они имеют ряд преимуществ: конструкция их очень проста, включение- выключение происходят мгновенно, практически полностью отсутствуют шум и выброс в воду побочных продуктов. Самый большой недостаток электромоторов - это необходимость иметь источник питания - аккумуляторную батарею, масса которой (обычно свинцово-кислотной) в несколько раз превышает массу самого мотора. Особенно это неудобно при ловле рыбы с резиновой лодки, в которой где-то нужно размещать тяжелую аккумуляторную батарею. Не создают удобств и соединительные провода.

В то же время существуют аккумуляторы, имеющие при сравнимой энергоемкости значительно меньшую массу, чем свинцово-кислотные. К ним относятся различного типа литиевые аккумуляторы. Ниже описывается малогабаритный подвесной электромотор, питаемый от литиевого источника, размещенного непосредственно на нем самом. Приведена схема необходимого для работы электромотора и источника питания электронного устройства. Измерены также различные параметры подвесного мотора в целом.

Для этой цели был использован 12-вольтный двухскоростной подвесной мотор Sevylor SBM18, масса которого (без аккумулятора) - около 2,5 кг (такой же мотор выпускается и под маркой Aqua Marina T 18). При большей скорости питание от аккумулятора подается непосредственно на электродвигатель, а при меньшей - через дополнительный резистор. В последнем случае, как показали измерения, треть энергии, потребляемой от аккумуляторной батареи, идет на нагрев резистора, т. е. расходуется впустую. По паспорту мотора потребляемый ток на большей скорости достигает 14,7 А, а на меньшей - 7 А. При этом в первом случае мотор должен развивать усилие на швартовах 8,1 кгс, а во втором - 3,6 кгс. По проведенным измерениям, при напряжении питания 11 В мотор развивал на меньшей скорости усилие около 2,5 кгс, что близко к заявленному значению.

В первоначальном варианте источником питания служила батарея, составленная из трех соединенных последовательно батарей, каждая из которых, в свою очередь, состояла из двух соединенных параллельно литий-ионных аккумуляторов IMR 26650 (KeepPower) емкостью 5200 мА·ч.

Как известно, литиевые аккумуляторы - весьма "нежные" источники питания: для каждого типа установлены максимальное напряжение, до которого может быть заряжен аккумулятор, и минимальное напряжение при его разрядке. Для литий-ионных аккумуляторов эти значения в расчете на один элемент равны соответственно 4,1 и 2,9...3,2 В. Кроме того, нужно следить, чтобы температура аккумулятора не превышала 50...60 ^оС.

Все аккумуляторы помещались в кассету, масса подвесного мотора с установленным в его корпус таким источником питания составила 3,9 кг. При испытаниях электромотор устанавливался в наполненную водой ванну и работал с оригинальным винтом на меньшей скорости. Для автоматического отключения аккумуляторной батареи при уменьшении напряжения до нижнего допустимого уровня использовалось электронное устройство, собранное по приведенной далее схеме. До отключения мотор проработал непрерывно полтора часа. При этом потребляемый ток снизился с 7,5 до 5,3 А.

Испытания выявили следующую проблему. Измерения показали, что внутреннее сопротивление всего заряженного источника питания составляет 210 мОм. При токе 7,5 А рассеиваемая в батарее мощность составляет примерно 12 Вт. Находясь в закрытом корпусе, она довольно сильно нагревается: примерно через час непрерывной работы ее температура достигает 50 ^оС и продолжает повышаться. Для ее охлаждения были применены два миниатюрных одноваттных вентилятора, которые устранили эту проблему. При этом пришлось несколько усложнить конструкцию корпуса, чтобы аккумуляторная батарея и электронное устройство были защищены от попадания воды, но в то же время обеспечивался приток воздуха.

В окончательном варианте использован литий-полимерный аккумулятор. У него на порядок меньшее внутреннее сопротивление, так что даже при долговременной непрерывной работе в герметичном корпусе принудительное охлаждение не требуется. Кроме того, для исключения энергетических потерь, имеющих место в оригинальном моторе при работе на меньшей скорости, был применен импульсный режим питания. Помимо прочего, это позволяет плавно регулировать мощность подвесного мотора и, соответственно, скорость движения лодки.

Источником питания служила батарея Turnigy Multistar 14,8V. Ее емкость - 16 А·ч, масса - 1,3 кг. Для литий-полимерной батареи максимальное напряжение при зарядке составляет 4,2 В на элемент и минимальное напряжение при разрядке - 3...3,3 В. Батарея состоит из четырех аккумуляторов, и суммарное напряжение в заряженном состоянии составляет 16,8 В. Измерения показали, что внутреннее сопротивление при этом составляет 8 мОм, так что даже при токе 10 А рассеиваемая в аккумуляторах мощность составит менее одного ватта.

Схема управления электродвигателем подвесного мотора приведена на рис. 1. Автоматическое отключение аккумуляторной батареи при снижении ее напряжения до минимально допустимого уровня осуществляется триггером Шмитта, собранным на транзисторах VT1 и VT2. Этот уровень (в нашем случае он равен 13 В) устанавливают подстроечным резистором R2. Отметим, что для точной установки желательно использовать так называемый многооборотный подстроечный резистор (с червячной передачей).

Рис. 1. Схема управления электродвигателем подвесного мотора (нажмите для увеличения)

При кратковременном нажатии на кнопку SB2 транзистор VT1 открывается, а VT2 закрывается. Это приводит к открыванию транзистора VT3. В результате срабатывает включенное в коллекторную цепь этого транзистора реле K1. Его контакты работают на замыкание и допускают коммутацию постоянного тока силой до 16 А при напряжении до 24 В.

На генератор прямоугольных импульсов, собранный на элементах микросхемы DD1, напряжение питания поступает с небольшой задержкой из-за наличия конденсатора относительно большой емкости С2 и резистора R14. Задержка позволяет применить для пуска электродвигателя маломощную кнопку. Импульсы напряжения c выхода элемента DD1.3 периодически открывают транзистор V74, в цепь стока которого включен электродвигатель M1. Его реверс производится переключателем SA1. При снижении напряжения питания до нижнего установленного уровня (по мере разрядки аккумуляторной батареи) транзистор W1 закрывается и все устройство срабатывает в обратном направлении: контакты реле размыкаются, и источник питания отсоединяется. Для выключения работающего при более высоком напряжении двигателя используют кнопку SB1.

При номиналах деталей, указанных на схеме, частота следования импульсов - около 50 Гц. Длительность импульсов напряжения, подаваемых на электродвигатель, регулируют переменным резистором R6. Номиналы резисторов R8 и R9 выбраны так, чтобы при полностью заряженной батарее средний ток, протекающий через электродвигатель, можно было плавно изменять примерно от 5 до 9 А.

Детали устройства смонтированы на плате из стеклотекстолита размерами 138x47 мм. Транзистор V74 установлен на небольшом теплоотводе. Мощность, рассеиваемая им, не превышает одного ватта.

На рис. 2 приведены зависимости напряжения аккумуляторной батареи и ее температуры от времени непрерывной работы при максимальной мощности электродвигателя. Приведен также график зависимости потребляемого им тока от времени. Сам мотор с оригинальным винтом был при этом закреплен в ванне с водой. Из рисунка видно, что напряжение батареи по мере ее разрядки довольно плавно снижается до значения примерно 14,3 В, после чего резко уменьшается. Быстрое падение напряжения при приближении его к нижнему допустимому уровню характерно для литий-полимерных аккумуляторов. Максимальная же температура источника питания в закрытом корпусе после двух часов непрерывной работы не превышала 45...46 ^оС. При этом, как показали исследования, значительный вклад в нагревание вносят расположенные рядом с аккумуляторной батареей теплоотвод транзистора VT4 и реле K1.

Рис. 2. Зависимости напряжения аккумуляторной батареи и ее температуры от времени непрерывной работы

Аккумуляторная батарея вместе с платой устройства управления двигателем располагаются в герметичной коробке из дюралюминия на подвесном моторе. Крышка коробки сделана открывающейся, и аккумулятор можно легко извлечь. Общий вид мотора показан на рис. 3 (по нему можно судить и о его размерах). Масса мотора вместе с аккумуляторной батареей - примерно 4,4 кг.

Рис. 3. Общий вид мотора

Испытания мотора на лодке проводились на озере при отсутствии волнения. Суммарная нагрузка двухместной резиновой лодки JAM 220 T составляла примерно 100 кг. Ее скорость при полностью заряженной аккумуляторной батарее и максимальной мощности двигателя равнялась 4,5 км/ч. Мотор до остановки непрерывно проработал 2 ч 20 мин. При минимальной мощности эти показатели составили соответственно 3,6 км/ч и 3 ч 45 мин.

Таким образом, из приведенных данных видно, что литий-полимерная аккумуляторная батарея с успехом может быть применена для создания удобных в эксплуатации и обладающих малой массой подвесных лодочных электромоторов с источником питания, размещенным непосредственно на моторе.

Автор: А. Гаврилов

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Понедельник тяжел не только психологически 21.07.2025 Многие воспринимают понедельник как день, с которого начинается череда обязательств, встреч и дедлайнов. Однако новейшие научные данные говорят о том, что наше физическое состояние в этот день недели может ухудшаться вовсе не из-за субъективной неохоты идти на работу. Как выяснилось, реакция организма на понедельник заложена в нашей биологии и срабатывает вне зависимости от текущего образа жизни и даже от трудовой активности. Исследование, проведенное в Гонконгском университете, позволило по-новому взглянуть на феномен тревожного начала недели. Участие в проекте приняли более трех с половиной тысяч пожилых людей, значительная часть которых уже не вела активную профессиональную деятельность. Именно это обстоятельство помогло исключить фактор работы как основной источник понедельничного стресса. Тем не менее, данные показали заметные биологические изменения у испытуемых именно в начале недели. Уже в понедельник утром уровень кортизола в организме поднимался в среднем на 23% по сравнению с другими днями. Это гормон стресса, связанный с целым рядом физиологических процессов - от регулирования давления и уровня сахара в крови до общего иммунного ответа. Одновременно наблюдалось увеличение риска сердечных приступов почти на 20%, что свидетельствует о реальном воздействии на сердечно-сосудистую систему. При этом лишь четверть всех зарегистрированных физиологических реакций могла быть объяснена субъективным чувством тревоги. Остальные три четверти представляли собой автономный, неосознанный отклик организма - своего рода внутреннюю тревожную волну, запускаемую понедельником, вне зависимости от внешних обстоятельств. Исследователи описали это как проявление "невидимого" компонента биостресса. Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось (так называемая HPA-ось), играющая ключевую роль в стресс-реакции, особенно уязвима в этот день. Именно она управляет высвобождением кортизола и координирует работу гормональной, нервной и иммунной систем. Воздействие на нее может приводить не только к скачкам давления, но и к общему упадку сил, проблемам со сном, раздражительности и эмоциональному истощению. Даже те, кто провели расслабленные выходные, ощущают в понедельник непропорциональное напряжение - и это не признак плохого настроения, а отражение глубинных процессов, закладывающихся в нас с эволюционной точки зрения. Понедельник, по сути, стал культурным и физиологическим маркером, сигналом тревоги, встроенным в биологические ритмы. Авторы работы делают практический вывод: с понедельником стоит обходиться бережно. Утренняя рутина в этот день особенно важна. Исследователи советуют замедлиться, добавить в начало дня элементы комфорта и предсказуемости - прогулку, чашку кофе, медитацию. И главное - не перегружать себя сложными задачами сразу после пробуждения.

Другие интересные новости:

▪ Умные колонки помогут спасать жизни

▪ Искусственный интеллект создал новый материал

▪ Термоядерный реактор KSTAR разогревает плазму до 100 миллионов градусов

▪ Разработан стабильный нанографеновый магнит

▪ Сетевые карты Aquantia AQtion для сетей 2,5/5G

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Чудеса природы. Подборка статей

▪ статья Подгузник. История изобретения и производства

▪ статья Почему Марк Твен выбрал такой псевдоним? Подробный ответ

▪ статья Рабочий на лесоскладских работах. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Простой термометр для дома с двумя датчиками DS18B20. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Радиотелефон из радиостанции. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026