|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Güneş pilleri için pil şarj regülatörü. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Alternatif enerji kaynakları Çeşitli cihazlara doğrudan güneş pillerinden güç sağlanabilir. Bununla birlikte, güneş pillerinin bu kadar basit bir şekilde bağlanması ancak güneş ışığının olmaması ve dolayısıyla güç kaynağının pratikte istenmeyen sonuçlara yol açmaması durumunda mümkündür. Çoğu durumda elektrikli cihaz ve ekipmanların güneş ışığının olmadığı durumlarda bile çalışması gerekir. Bunun için gün içerisinde üretilen güneş enerjisinin daha sonra kullanılmak üzere akülerde depolanması gerekmektedir. Kurşun-asit aküler bu amaçlar için en uygun olanlardır. Kurşun asit piller Kurşun-asit aküler aslında seri olarak bağlanmış birkaç ayrı hücreden oluşur. 2 V'a kadar voltaj geliştiren her element, zayıf bir sülfürik asit çözeltisine yerleştirilmiş iki kurşun plaka içerir. Elektrik akımı elemandan aktığında, tersinir bir elektrokimyasal reaksiyon meydana gelir ve elemanda daha sonra gerektiğinde kullanılabilecek elektrik enerjisi depolanır. Görünüşte basit olmasına rağmen, gerçekte pili şarj etme işlemi oldukça karmaşıktır. Kurşun-asit akü, özellikle şarj olurken dikkatli kullanım gerektiren hassas bir elektrikli cihazdır. Bunu kanıtlamak için tipik bir şarj döngüsünün çeşitli aşamalarına bakalım. Pilin şarj edilmesi, hücrenin plakalarına voltaj uygulandığında başlar ve bunun sonucunda elektrik akımı içinden akmaya başlar. Pil hücresinin plakalarının ve elektrolitinin kimyasal bileşimini değiştiren bir elektrokimyasal reaksiyona yol açar. Bu reaksiyonun hızı, şarj akımının büyüklüğüne bağlıdır. Akım ne kadar büyük olursa reaksiyon o kadar hızlı gerçekleşir. Sonuçta hücrede daha sonra kullanılmak üzere depolanan şey bu akımla ilişkili yüktür. Pil giderek daha fazla şarj biriktirir ve sonunda doygunluk meydana gelir. Temel olarak kimyasal reaksiyon stabilize edilir veya dengelenir ve daha fazla yük birikmesi sona erer. Denge, akünün deşarj döngüsü sırasında kurşun plakalar tarafından sülfürik asit çözeltisinden emilen sülfat iyonlarının çoğunun plakalardan çözeltiye geri dönmesiyle oluşur. Bu durumda plakalar yeniden metalik özellikler kazanır ve sulu bir çözeltiye (elektroliz için mükemmel bir ortam) yerleştirilen elektrotlar gibi davranmaya başlar. Şarj akımı, elektrolitteki suyu temel bileşenlerine (hidrojen ve oksijen) ayırmaya başlar. Bu süreç, pilin sözde "kaynamasını" gözlemleyerek, varlığını bilmeden bile fark edilebilir. Bu terim, elektroliz sırasında gaz kabarcıklarının köpürmesi ile kaynama arasındaki dış benzerlik nedeniyle yanlışlıkla kullanılmaktadır. Bu etkiyi gaz evrimi olarak adlandırmak daha doğrudur. Pil tam şarjının yaklaşık %70-80'ine ulaştığında gaz çıkışı başlar. Akü aynı hızda şarj edilirse gaz çıkışı akü hücrelerine zarar verecektir. Ancak gaz oluşumuna neden olan elektrolizin hızı, hücreden geçen akımla orantılıdır. Akım ne kadar düşük olursa, su o kadar yavaş ayrışır ve gaz çıkışı o kadar zayıf olur. Gaz çıkışı meydana geldiğinde şarj akımını azaltarak, gaz çıkışının zararlı etkilerini önemli ölçüde azaltabilirsiniz. Her ne kadar ancak akım olmadığında tamamen dursa da şarj akımı miktarı, şarj biriktikçe pilin kalitesini bozmayacak seviyeye kadar azaltılabiliyor. Son şarj aşamasında pil, genellikle ilk şarj akımının küçük bir kısmı olan bir akımla şarj edilir. Bu akım aküyü yavaş yavaş şarj eder ve böylece yoğun gaz salınımını engeller. Pil tamamen şarj edildikten sonra güç kaynağıyla bağlantısı kesilebilir. Elektrolitteki yabancı maddelerin varlığı ve plakaların kimyasal bileşimindeki değişiklikler nedeniyle akü hücrelerinde iç akımlar ortaya çıkar ve zamanla biriken şarj azalır. Pil sonunda kendi kendine deşarj olacaktır. Akü şarj regülatörleri Açıkçası, pili şarj etmek için gereken akım, pil hücrelerinin şarj durumuna bağlıdır. Bu, pilin deşarj durumunu değerlendiren ve buna bağlı olarak şarj akımını kontrol eden bir şarj regülatörü oluşturma ihtiyacını ima eder. Kurşun-asit aküleri şarj etmenin bilinen üç yolu vardır. Güneş pillerinden şarj yaparken en uygun yöntem iki aşamalı şarj döngüsüdür (Şekil 1).
Öncelikle pilin tamamen boşaldığını varsayalım. Elementlerden akım geçirmeye başlayalım. Pilin şarj döngüsünün, güneş pilleri tarafından faydalı elektrik enerjisi üretme periyoduna karşılık gelmesi gerektiğinden, pilin mümkün olan en kısa sürede şarj edilmesi arzu edilir. En uygun şarj modu, pilin şarj olmaya başlamasından yaklaşık 4 saat sonra gaz çıkışının başladığı mod olacaktır. Bu süre, genellikle 10-14 saat aralığında, gündüz saatlerinde güneş ışınımının en yüksek yoğunluğuna karşılık gelir.Mevsimsel değişiklikler ve hava koşulları ne olursa olsun, güneş pillerinden maksimum verim günün bu saatlerinde elde edilebilir. Bu şarj süresi, sayısal olarak her 20 Ah akü kapasitesi için 100 A'lık bir şarj akımına karşılık gelir; tabii ki güneş pilleri böyle bir akımın alınmasına izin veriyorsa. Örneğin 75 Ah'lik bir akü 15 A'da şarj edilmelidir. Gaz çıkışı başlayana kadar sabit hızda 4 saat şarj edildikten sonra pil, tam şarjının %80'ini depolayacaktır. Bir sonraki adım şarj akımını daha düşük bir seviyeye düşürmektir. Bu akımın büyüklüğü genellikle pil kapasitesinin %2-5'i kadardır. Örnek olarak alınan 75 Ah'lik bir akü için son şarj aşamasındaki şarj akımı 1,5-3,75 A olabilir. Seçilen akıma bağlı olarak akünün son olarak şarj edilmesi 4-10 saat daha sürecektir. Bu hızda pilin tamamen şarj olması bir günden fazla zaman alıyor. Bununla birlikte, gelişmiş enerji cihazlarında piller genellikle çalışma süresinin büyük bir bölümünde tam şarjlı durumdadır ve tamamen boşalmaları son derece nadirdir. Pillerin yedek (telafi edici) şarj edilmesi Pilin son şarjından sonra ek olarak yedek (telafi edici) şarj akımı sağlanması önerilir. Bu akımın büyüklüğü genellikle pilin tam kapasitesinin %1-2'si kadardır. Pil şarjının bu ek üçüncü aşaması, şarj regülatörü tasarımına karmaşıklık katar. Değeri akü kapasitesinin %2'si olan son akımla aynı akımı veya yedek şarj akımını kullanarak şarjın ikinci ve üçüncü aşamalarını birleştirerek bu durumdan çıkabilirsiniz. Sonuç olarak regülatörün tasarımı basitleştirilmiş ve güvenilirliği arttırılmıştır. Regülatör tasarımı Yukarıda listelenen şarj akımı gereksinimlerini karşılayan bir şarj regülatörünün normal çalışması için, akünün şarj durumu hakkında herhangi bir zamanda bilgi sahibi olmak gerekir. Neyse ki pilin kendisi bu sorunu çözmenin anahtarını sağlıyor: Pilde depolanan şarj miktarı ile üzerindeki voltaj arasında güvenilir bir şekilde kurulmuş bir ilişki var. Olarak Şekil l'de görülebilir. 2, bu ilişki neredeyse her zaman doğrusaldır.
İlgilendiğimiz şarj alanı tam pil şarjının %70-80'i dahilindedir. Bu şarj derecesine ulaşıldığında gaz çıkışı başlar ve şarj akımını değiştirmek gerekir. 12 voltluk bir akü için bu noktadaki voltaj 12,6 V'tur. Tam olarak şarj edilmiş bir akü 13,2 V'luk bir voltaj geliştirir. Akü üzerindeki voltajı belirleyerek şarj akımını düzenleyebilirsiniz. Voltaj 12,6 V'un altındaysa akü hücreleri %80'den az şarj içerir ve regülatör tam şarj akımı sağlar. Akü üzerindeki voltaj 12,6 V'un üzerine çıktığında şarj akımını besleme akımı seviyesine düşürmek gerekir. Aküdeki voltaj, çok yüksek kazançlı sıradan bir amplifikatörden başka bir şey olmayan özel bir cihaz (karşılaştırıcı) tarafından izlenir. Aslında, Şekil 3'de gösterilen devreye dahil olan karşılaştırıcı. XNUMX, işlemsel yükselteç olarak kullanılabilir.
Karşılaştırıcı, girişlerine sağlanan iki voltajı (ölçülen ve referans) karşılaştırır. Zener diyot D2'den gelen referans voltajı, karşılaştırıcının (-) evirici girişine beslenir. Bu voltaj cihazın tepki seviyesini ayarlar. Akü voltajı, R1 ve R2 dirençleri tarafından bölünür, böylece D2 diyotunun stabilizasyon voltajına yaklaşık olarak eşit olur. Dirençlere bölünen voltaj, anahtarlama eşiğinin ince ayarının yapılması için potansiyometre sürgüsünden karşılaştırıcının evirmeyen girişine (+) beslenir. Akü voltajı, evirmeyen girişteki sinyal D2 diyotu tarafından belirlenen sınırın altına düşecek kadar düşerse, karşılaştırıcı çıkışı negatif voltaja ayarlanacaktır. Akü voltajı referans voltajının üzerine çıkarsa karşılaştırıcının çıkışında pozitif voltaj oluşacaktır. Karşılaştırıcının çıkışındaki voltajın işaretinin değiştirilmesi, şarj akımının gerekli düzenlenmesini sağlayacaktır. Şarj regülatörünün çalışma prensibi Şarj akımı bir elektromanyetik röle kullanılarak düzenlenir. Röle, karşılaştırıcının çıkış voltajı tarafından transistör QI aracılığıyla kontrol edilir. Karşılaştırıcı çıkışındaki negatif voltaj, pilin boşaldığı ve tam şarj akımı gerektirdiği anlamına gelir (Q1 transistörü kapalıdır). Bu nedenle kollektör akımı sıfırdır ve röle kapalıdır. Normalde kapalı röle kontakları akım sınırlama direncini (Rs) atlar. Röle kapatıldığında direnç devreden çıkarılır ve güneş pillerinden gelen akımın tamamı aküye akar. Şarj durumu arttıkça akü üzerindeki voltaj da artar. Gerilim 12,6 V'a ulaştığında gaz üretimi başlar. Bu seviyeye ayarlanan karşılaştırıcı anahtarlanır (karşılaştırıcının çıkışı pozitiftir). Transistör açılır ve kolektör akımı röleyi açar. Rs direncini bypass eden röle kontakları açık.
Artık güneş pillerinden gelen şarj akımının sınırlayıcı direncin direncini aşması gerekiyor. Bu direncin değeri, şarj akımı akü kapasitesinin %2'si olacak şekilde seçilir. Şekil 4'deki tabloda. Şekil XNUMX'te pil kapasitesine bağlı olarak Rs değerleri gösterilmektedir. Karşılaştırıcı anahtarlama voltajıyla ilgili bazı belirsizlikler vardır. Örneğin, aküdeki voltajın yanıt eşiğini aşarak 12,6 V'a yükselmesine izin verin. Normal şartlarda karşılaştırıcının çıkış voltajı değişecek, röle çalışacak ve şarj akımı azalacaktır. Bununla birlikte, pilin çıkış voltajı yalnızca şarj durumuna değil, aynı zamanda diğer faktörlere de bağlıdır ve bu nedenle, büyük şarj akımını kapattıktan sonra voltajda hafif bir düşüş gözlemlemek o kadar da nadir değildir. Örneğin voltajın voltun birkaç yüzde biri kadar (12,55 V'a kadar) azalması oldukça muhtemeldir. Bu durumda plan nasıl işleyecek? Açıkçası, karşılaştırıcı geri dönecek ve yüksek şarj akımı modu geri yüklenecektir. Akü voltajı 12,6 V'a çok yakın olduğundan akımdaki ani bir artış mutlaka voltajın 12,6 V'un üzerine çıkmasına neden olacaktır. Bu da rölenin tekrar kapanmasına neden olacaktır. Bu koşullar altında karşılaştırıcı, tetikleme voltajının yakınında ileri geri geçiş yapacaktır. "Yaw" olarak adlandırılan bu istenmeyen etkiyi ortadan kaldırmak için, bir direnç kullanılarak amplifikatöre küçük bir pozitif geri besleme uygulanır ve histeretik bir ölü bant oluşturulur. Histerezis mevcut olduğunda, karşılaştırıcının çalışması için eskisinden daha büyük bir voltaj değişikliği gerekir. Daha önce olduğu gibi karşılaştırıcı 12,6 V'ta geçiş yapacaktır ancak orijinal durumuna dönmesi için akü üzerindeki voltajın 12,5 V'a düşmesi gerekir. Bu, salınım etkisini ortadan kaldırır. D1 diyotunun şarj devresine sırayla dahil edilmesi, akünün karanlıkta (gece) güneş pilleri aracılığıyla boşalmasını önler. Bu diyot aynı zamanda şarj regülatörünün aküden güç çekmesini de engeller. Regülatör tamamen güneş pilleri tarafından desteklenmektedir. gösterge cihazı Şarj regülatöründe, regülatörün çalışma modunu herhangi bir zamanda görüntülemek için tasarlanmış bir gösterge cihazı bulunmaktadır. Gösterge cihazın gerekli bir parçası olmasa da (regülatör onsuz çalışacaktır), varlığı yine de regülatörle çalışmanın rahatlığını arttırır. Gösterge cihazı (Şekil 3) iki karşılaştırıcı ve iki ışık yayan diyottan (LED) oluşur. Bir karşılaştırıcının evirici girişi ve diğerinin evirici olmayan girişi, referans voltajı üreten bir zener diyotuna bağlanır. Karşılaştırıcıların geri kalan girişleri, şarj akımını kontrol eden karşılaştırıcının çıkışına bağlanır. Regülatör yüksek şarj akımı modunda çalıştığında üst karşılaştırıcı tetiklenir ve LED LED1'i açar. Regülatör besleme akımı moduna geçerse üst karşılaştırıcı kapanır, alt karşılaştırıcı tetiklenir ve LED LED2 yanar. Şarj regülatörü tasarımı Şarj regülatörü, devre bileşenlerinin yerleşimi Şekil 5'de gösterilen baskılı devre kartı (Şekil 6) üzerine monte edilmiştir. XNUMX. Yarı iletken elemanların yerleştirilmesine özellikle dikkat edilmelidir (pimlerin hatalı bağlanmasını önlemek için). Tamamlanan devre herhangi bir (tercihen su geçirmez) muhafazaya yerleştirilir. Küçük bir plastik kutu bu amaçlar için oldukça uygundur. Kasa opaksa, çalışma modlarını belirtmek için kapağında LED'ler için bir delik açılmalıdır. Bağlantı iletkenlerinin çıkmasına izin vermek için mahfazanın yan tarafında bir delik açmak da gereklidir.
Güçlü düzenleyiciler Açıklanan regülatör, yaklaşık 5 A'lık bir şarj akımını kontrol edebilir. Değeri, kullanılan elektromanyetik rölenin kontaktörünün özellikleriyle sınırlıdır. Röle kontakları 3 A'ya kadar akımlar için tasarlanmıştır ve neden 5 A'ya kadar kullanılması önerildiğini sormak oldukça doğaldır. Bu şu şekilde açıklanabilir. Kontaklar bir devreyi açtığında genellikle aralarında küçük bir elektrik arkı oluşur. Ark, elektrik kaynağına benzer bir olaya yol açar ve kontakların yüzeyinde oluklar belirir. Akan akım ne kadar büyük olursa, elektrik arkının etkisi de o kadar güçlü olur. Açıklanan regülatörün devresinde böyle bir işlemi önlemek için röle kontakları küçük bir dirençle köprülenir. Bu nedenle enerjinin önemli bir kısmı elektrik arkında dağılmak yerine direnç tarafından emilir. Böylece kontaklar tahrip edilmeden nominal değeri aşan akımları düzenleyebilir. Düzenlenen akımın arttırılması gerekiyorsa, devrede, Şekil 7'de gösterildiği gibi düşük akımlı bir rölenin kontakları tarafından çalıştırılan daha güçlü bir rölenin kullanılması gerekir. XNUMX.
İkinci bir röle kurmak için baskılı devre kartı tasarımında uygun değişikliklerin yapılması gerekir. Röle kontaklarına giden atlama tellerini çıkararak başlayın. Bu, kontakların akım sınırlayıcı dirençten bağlantısını keser. Şimdi bu kontakları daha güçlü bir röleyi kontrol etmek için kullanın. Ayrıca D1 diyotunun ve akım sınırlama direnci Rs'nin yüksek akımlara dayanabilecek bir diyot ve dirençle değiştirilmesi de gereklidir. Önceki devre elemanlarına göre daha fazla ısı dağıttıklarından, bu elemanların her ikisini de rölenin yanına yerleştirmek daha mantıklıdır. Aküyü ve güneş pillerini kalın kablolar kullanarak doğrudan güçlü röleye bağlayın ve güneş pillerinin pozitif terminalinden regülatör devresine güç sağlamak için ince kablolar kullanın. Düşük güç regülatörü Küçük bir güneş pilinin elektrik enerjisinin röleye güç sağlamak için bile yeterli olmaması mümkündür. Daha sonra röle basitçe bir transistörle değiştirilebilir. Bu amaçla, RL1 rölesini ve onu kontrol eden transistör Q1'i çıkarabilir ve bir pnp transistörünü Rs direncine ve tabanını R5 direncine bağlayabilirsiniz. İncirde. Şekil 8, tam modifikasyondan sonraki elektrik şemasını göstermektedir.
Karşılaştırıcının çıkışındaki voltaj pozitif olduğunda transistör açılır ve aküye tam şarj akımı akar. Regülatör hızlı şarj moduna geçtiğinde, karşılaştırıcının çıkışındaki voltaj negatif olur, transistör kapatılır ve şarj akımı artık transistörü atlayarak yalnızca Ra direnci üzerinden akar. Bu devrenin röle devresine göre avantajı, çalışmasının 12 V voltajla sınırlı olmamasıdır. Cihaz, 3-30 V voltajlar için tasarlanmış pillerin şarjını düzenleyebilmektedir. Elbette değerlerin değiştirilmesi gerekmektedir. VR2 potansiyometresindeki voltaj düşüşü değerlerini ve zener diyottaki referans değerini yakınlaştırmak için dirençlerin ve R2'nin ve D1 diyot tipinin ayarlanması. Akım yaklaşık 250 mA ile sınırlıdır. Baskılı devre kartının kendisi, kullanım sırasında fazla ısının transistörden uzaklaştırılmasını sağlayan bir soğutucu görevi görür. Isı emici panelin arka tarafında oluşturulmuştur ve herhangi bir izolasyon gerektirmez. ayarlama Regülatörü bağlamak için yalnızca dört bağlantı yapılması gerekir. İki - güneş pilinin pozitif ve negatif terminallerine ve sırasıyla iki, pilin pozitif ve negatif terminallerine. Regülatörü şarj cihazına taktıktan sonra devreyi kalibre etmek ve özellikle voltaj değişikliklerine duyarlılığını ayarlamak, böylece akımın doğru anda değişmesi gerekir.Bunu yapmak için önce akünün biraz boşalmasını sağlayın. Daha sonra potansiyometre VR1 kaydırıcısı durana kadar saat yönünde döndürülür (üst konumdaki şemaya göre). Bu durumda röle kontakları kapanacaktır. Yeniden şarj olurken aküdeki voltaj bir voltmetre kullanılarak izlenir. 12,6 V'a ulaştığında VR1 potansiyometresi röle kapanana kadar ters yönde döner. Bu "besleme" ücretine karşılık gelecektir. Ne yazık ki akü şarj voltajı aynı zamanda sıcaklığına da bağlıdır. Pil ne kadar soğuksa, şarj etmek için o kadar fazla voltaj gerekir. Bu, regülatörün çalışması gereken eşik voltajını değiştirir. Şekil 9'deki grafik. Şekil XNUMX, çalıştırma voltajının sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir.
Tepki voltajının ayarlanmasındaki bir hata prensipte ihmal edilebilir. Pilin şarj sırasındaki sıcaklığı nispeten sabit ve pozitifse, bu şu veya bu şekilde, örneğin iyice kapatılarak sağlanabilirse, o zaman küçük sıcaklık değişikliklerinin regülatörün çalışması üzerinde neredeyse hiçbir etkisi olmayacaktır.
Yazar: Byers T.
Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu
05.05.2024 Primium Seneca klavye
05.05.2024 Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi açıldı
04.05.2024
▪ Bütçe akıllı telefon Nokia 2.3 ▪ Rekor mesafeden senkronize ultra hassas saat ▪ Phobos Mars tarafından yok edilecek
▪ sitenin Güç kaynağı bölümü. Makale seçimi ▪ makale Söylenen düşünce bir yalandır. Popüler ifade ▪ makale Hangi işler Magdeburg Belediye Başkanı Otto von Guericke'yi ölümsüzleştirdi? ayrıntılı cevap ▪ makale SEGA joystick'in iyileştirilmesi. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri