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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Компьютер напишет любую курсовую 05.03.2021 Американские исследователи обнаружили, что искусственный интеллект может написать курсовую работу для студентов всего за 20 минут. Качество такой работы будет достаточным, чтобы закрыть предмет. Во время эксперимента исследователи попросили студентов написать работы на разные темы: истории США, права, научных исследований и творчества. Кроме студентов, такие же работы писал и алгоритм. В среднем ИИ под названием GPT-3 получил за все эссе оценку "удовлетворительно". Лучше всего алгоритм справился с работами по истории США и праву - на более высокий балл юридический текст смог написать лишь один студент. А вот о вакцине против COVID-19 искусственный интеллект написал хуже всего. В выводах исследователей говорится, что алгоритм писал неглубокие, менее описательные по сравнению с человеческими тексты. Но людям понадобилось гораздо больше времени для выполнения работ, чем GPT-3. В среднем студенты справились с задачей за 3 дня. В целом же отзывы преподавателей о работах алгоритма и студентов были очень похожими.

Другие интересные новости:

▪ Принята новая космическая стратегия НАТО

▪ Нейроморфный компьютер Hala Point

▪ Лекарства из дрожжей

▪ Носимое устройство для экстренного вызова спасателей

▪ 5,5" Android-смартфон XOLO Q2000

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Биографии великих ученых. Подборка статей

▪ статья Санитарно-технические требования к производственным помещениям и рабочим местам. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что такое плазма? Подробный ответ

▪ статья Продавец продовольственных товаров. Должностная инструкция

▪ статья Блок электронного зажигания для автомобиля на тиристоре. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Марганцовка окрашивает раствор. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025