Суперконденсаторы вместо аккумулятора в автомобиле
Понадобится
Этого хватит для первого опытного образца.
Первое испытание с запуском двигателя
Я купил 6 суперконденсаторов и плату балансовой защиты, бывают они продаются индивидуально под каждый ионистор, а бывает и цельная линейка под шесть штук.
Собрал все воедино.
Плата защиты исключает перезаряд суперконденсаторов напряжением выше 2,7В, поэтому использовать ее практически обязательно нужно, если включение элементов производится последовательно.
Далее я припаял клеммы и установил эту батарею на авто. Но предварительно ее необходимо зарядить небольшим током 5-7 А до рабочего напряжения. На это ушло 10-15 минут времени.
После подключения автомобиль завелся без лишних сложностей, двигатель работал стабильно, напряжение в бортовой сети держалось на должном уровне.
В ходе этого эксперимента выяснились следующие плюсы и минут: батарея из ионисторов быстро разряжалась при выключенном зажигании, а именно где-то через 5-6 часов напряжение падало до 10 В. Это был минус, а плюс был в том, что даже при этом напряжении автомобиль все ещё заводился, так как для ионистора любое напряжение рабочее, в отличии от аккумулятора.
В итоге запустить двигатель по прошествии одних суток уже не представлялось возможным. И я решил исправить данный недостаток в следующей конструкции.
Схема
Вот схема второго прототипа батареи.
Оговорюсь сразу: солнечной панели и второго аккумулятора в ней нет. Тут также используется линейка из суперконденсаторов с балансной платой. Также добавлен контроллер заряда аккумулятора, пара переключателей, вольтметр и сам небольшой аккумулятор емкостью 7,5АЧ.
Работа устройства такова: перед запуском авто открываем капот и счелкаем верхний по схеме переключатель. Через мощный 50 Ваттный резистор сопротивлением 1 Ом, ионистор начинает заряжаться от аккумулятора. Заряжать напрямую без этого резистора нельзя, так как для аккумулятора это будет равносильно короткому замыканию.
На все про все уходит 15 минут времени. Для меня это не критично. После этого можно заводить авто и ехать. Также парально резистору воткнут диод Шоттки. Он служит для зарядки аккумулятора после того как двигатель запущен.
А заряжается аккумуляторная батарея через контроллер зарядки.
Он нужен для того, чтобы каждый раз не щелкать переключатель включения, а один раз включить и ехать: встать у магазина и уйти на пару часов. И если ионистор начнет тянуть из аккумулятора ток, и разряжать его ниже 11,4 В, то контроллер зарядки тут же его отключит. Тем самым защитит батарею от полного разряда, что может ее погубить раньше срока.
Нижний по схеме переключатель служит для подключения вольтметра либо к ионисторам, либо к батарее.
Полностью рабочий экземпляр батареи на суперконденсаторах
Собрал всю схему в пластиковой коробке. Временно естественно, чисто покататься и испробовать новшество.
Пусковое устройство для автомобиля: 6 лучших моделей
Автономное пусковое устройство для автомобиля может сослужить хорошую службу не только в лютый мороз, но и в тех случаях, когда аккумулятор нагружен сигнализацией и видеорегистратором во время длительной стоянки. Мы выбрали для вашего авто 6 лучших моделей.
фото: компании-производители, smartelectronics.com
Пусковое устройство для аккумулятора автомобиля с автономным источником питания имеет компактные размеры, большую емкость и очень высокую мощность. Все эти весомые плюсы делают портативный аккумулятор незаменимым не только в зимнее время, когда емкость автомобильной батареи существенно падает в минусовые температуры, но и во время путешествий на природу и в дальних походах. Прежде, чем мы представим наш рейтинг 2020, стоит коротко рассказать, что из себя представляют такие аппараты, а именно пусковое устройство для автомобиля портативное, их разновидности и какие у них возможности.
Как устроено автономное пусковое устройство для автомобиля
Как выбрать портативное пусковое устройство для автомобиля? Пусковые устройства различаются по типам и, соответственно, от этого зависят и их возможности. В нашем случае, мы исключаем импульстные и трансформаторные пуско-зарядные устройства, работающие от сети 220В, т.к. они ориентированы на «домашнее» или «гаражное» использование, а также предполагают отключение аккумулятора от бортовой сети автомобиля.
Также в нашу подборку не вошли конденсаторные пусковые устройства. Это автономные агрегаты, которые можно поднести к автомобилю на стоянку и быстро подзарядить севший аккумулятор. Запуск двигателя и зарядка аккумулятора производится по достаточно сложной схеме, основная часть которой — мощные конденсаторы. Они заряжаются в домашних условиях от сети 220В, а затем отдают свой заряд для пуска двигателя. Такие аппарата не очень популярны у автолюбителей ввиду их большой стоимости и их негативному влиянию аккумулятор автомобиля.
Самым оптимальным вариантом, в том числе и в качестве мощного автономного источника питания 12В являются т. н. бустеры — пусковые устройства аккумуляторного типа. Они работают по принципу уже знакомого всем пауэрбанка для смартфонов, планшетов и даже ноутбуков. Здесь все работает по такому же принципу: сначала заряжается батарея, а уже от батареи запускается автомобиль, у которого разрядился собственный аккумулятор.
Бустеры бывают двух типов — бытовые и профессиональные. Вторые имеют большую емкость батареи, ее размеры и вес. Бытовые пусковые устройства обладают емкостью ровно такой, какой достаточно для того, что бы осуществить надежный запуск одного автомобиля.
Благодаря чрезвычайно большой емкости (и мощности) таких портативных аккумуляторов они могут быть использованы не только для реанимации аккумулятора автомобиля, но и длительного питания различных приборов, рассчитанных на 12В. Это могут быть различные вентиляторы, воздушные насосы, например, для ПВХ лодок, портативные холодильники, радиостанции и пр.
Как выбрать подходящий бустер для вашего авто
Выбор портативного пускового устройства можно ускорить, просто ориентируясь на тип и объем двигателя вашего автомобиля. Большинство пуско-зарядных устройств, предназначено для 12В автомобильного аккумулятора. Большинство имеющихся на рынке устройств имеют клеммы с защитой от перегрева, переплюсовки и обратных пусковых токов. Важным является и то, что на корпусе таких портативных аккумуляторов имеются USB выходы на 5В для зарядки телефонов и планшетов.
Нюансы при пересчете мощности и емкости
При выборе портативного пускового устройства многие покупатели ориентируются на указанные производителем энергетические характеристики. Как правило, они даются в ампер-часах или ватт-часах. Чтобы перевести одно в другое нужно умножить ампер-часы на 3,7В. В результате получаются ватт-часы. А значение 3,7В — это напряжение одиночного литиевого аккумулятора, используемого в таких изделиях. В реальных образцах несколько аккумуляторов установлены последовательно.
Параметр, измеренный в ампер-часах для Li-Ion, Li-Pol и даже Li-Fe (специальный тип батареи для длительных нагрузок) аккумуляторов обычно называют емкостью. Но на самом деле произведение тока на время дает вовсе не емкость, а заряд. Это касается и другого заявляемого производителями параметра — мощности, которая измеряется в ваттах. Ведь емкость не является для химического источника тока абсолютным измеряемым значением запасенной энергии. Эти показатели зависят от величины разрядного тока, при котором были проведены замеры.
Например, если производитель измерял показания при малом токе разряда, то пересчитать мощность или емкость применительно к тяжелым стартерным токам во время пуска автомобильного двигателя почти невозможно, т.к. зависимость нелинейная. Так вот зачастую указанную в описаниях портативным аккумуляторам энергоемкость от 14 до 18А·ч получают в режиме разряда по слаботочному выходу, например, при токе нагрузки 1А по USB-выходу, напряжение на котором составляет 5В. В пересчете на стартерные токи ампер-часов и ватт-часов станет намного меньше. При этом стоит учесть и низкие зимние температуры воздуха. Ниже мы подготовили рейтинг в категории пускозарядное устройство портативное для автомобиля.
Рейтинг: 6 лучших моделей портативных пусковых устройств
Самым распространенным двигателем среди автомашин отечественного рынка является бензиновый с объемом цилиндра до 2 л и дизельный до 6 л. Мы подобрали пусковые портативные аккумуляторы с хорошим запасом, и к тому же, имеющие дополнительные функции для питания различных приборов.
Carku E-Power-21
Этот портативный аккумулятор имеет симпатичный глянцевый корпус, который многие пользователи сравнивают с флагманскими смартфонами. Аппарат хоть и рассчитан на стартовый ток 600А, но требует при операциях завода двигателя аккуратных действий, в частности, не допускать пуска при уровне заряда менее 60%. Устройство оснащено складной ручкой для подвешивания его на капоте, а также встроенным фонариком. Помимо USB портов есть два выхода — на 12В (10А) и на 19 В (3,5А).
Конденсатор в электродвигателе: что это такое и для чего он нужен
Отправим материал на почту
Асинхронные моторы активно используются в быту и на производстве. При запуске в некоторых случаях для них может не хватить крутящего момента. Чтобы решить эту проблему, используется пусковая цепь с особым образом подобранным конденсатором. Чтобы правильно его выбрать и использовать, нужно знать, зачем нужен конденсатор в электродвигателе и как правильно определить его характеристики.
Что такое пусковой конденсатор
Когда электродвигатель находится в рабочем режиме, его движение обеспечивается обмотками. Однако, когда в момент старта нужно начать вращение, обычных усилий двигателя недостаточно. Без использования дополнительных средств он только начнёт слегка подрагивать.
Обычно одним из элементов двигателя является рабочий конденсатор. Он накапливает заряд, который способен превышать рабочее напряжение, а затем отдаёт его в нужный момент. Однако для пуска его работы недостаточно. Для этого необходимо параллельно подключить ещё один конденсатор, который называют пусковым.
Его запускают на короткое время, которое не превышает нескольких секунд. Иногда это делают при помощи кратковременного нажатия пусковой кнопки, а иногда выключение производят автоматически после того, как двигатель стал набирать обороты.
Использование пускового конденсатора особенно важно в тех случаях, когда двигатель нужно запустить под нагрузкой. В этом случае потребуется увеличить стартовый момент в течение первых секунд работы.
В некоторых случаях двигатель запускают с незначительной нагрузкой. В таком случае пусковой конденсатор может не потребоваться. Это применяется для двигателей, мощность которых не превышает 1 квт. Отказ от его использования позволит упростить схему и снизить затраты. Иногда нагрузка может быть связана с особенностями конструкции. В таком случае можно принять меры для её снижения, что облегчит запуск двигателя в дальнейшем.
Что такое конденсатор
Эта деталь содержит две металлических пластины, между которыми находится слой диэлектрика. Когда к пластинам подключают напряжение, на них накапливается заряд. Электрическое находится внутри конденсатора. Оно тем сильнее, чем больший заряд находится на пластинах.
Если отсоединить напряжение от пластин, то конденсатор начинает отдавать заряд. Если используется переменный ток, то полярность напряжения будет периодически меняться. При этом на пластинах будет попеременно то положительный, то отрицательный заряд.
Ёмкость конденсатора является его важнейшей характеристикой. Она характеризует то, сколько энергии он способен пропустить через себя. Её измеряют в фарадах. Поскольку речь идёт об очень большой величине, обычно применяются приставки, которые обозначают, насколько небольшая часть используется. Чаще всего используются микрофарады (такая единицы равны 0,000001 фарады).
Для каждого конденсатора существует номинальное напряжение. При нём эта деталь способна долго и надёжно работать. Обязательно указывается предельная величина наработки, которая выражается в количестве часов.
Существуют различные типы конденсаторов:
Для использования в качестве пускового конденсатора лучше всего подходят электролитические. Их часто используют при частоте переменного тока 50 Гц и напряжении 220-600 вольт. Конденсаторы могут иметь достаточно высокую ёмкость она может составлять сотни тысяч микрофарад.
Эти детали имеют высокую уязвимость к действию перегрева. При нарушении теплового режима они быстро выходят из строя. Неполярные конденсаторы не имеют этого недостатка, однако стоят в несколько раз дороже.
При параллельном подключении ёмкости складываются. В том случае, когда её не хватает, для увеличения можно параллельно подключить дополнительную деталь. В этой ситуации нет необходимости заново собирать пусковую цепь.
Применяются также другие типы конденсаторов. Например, это могут быть вакуумные, жидкостные, газовые и другие. Однако в качестве пусковых конденсаторов их не используют.
Иногда тот конденсатор, который имеется в конструкции, не справляется с запуском. В таком случае его рекомендуется удалить, а вместо него поставить тот, который имеет большую ёмкость. Для маломощных двигателей допустимо, чтобы один конденсатор выполнял функции рабочего и пускового.
Использование полярных конденсаторов в условиях переменного напряжения возможно тогда, когда подключение выполнено через диод. Теперь полярность контактов изменяться не будет. Однако если диод будет неисправен, то деталь выйдет из строя.
Использование асинхронных двигателей
Трёхфазные и однофазные двигатели асинхронного типа активно используются в различных отраслях хозяйства. Для этого имеется несколько причин:
По внешнему виду можно легко отличить трёхфазные двигатели от однофазных. У первых всегда имеется 6 клемм, а у вторых их количество равно двум или четырём.
У трёхфазных моторов обмотки подключаются двумя способами: звездой или треугольником. Они предполагают использование напряжения, составляющего 380 вольт. Однако в быту оно применяется редко. Чтобы использовать такой мотор, нужно знать, как его правильно подключать.
Это делают с использованием фазосдвигающего конденсатора. Это позволит использовать трёхфазные двигатели при подключении к однофазной сети. В этом случае мощность мотора будет равна 50%-60% от номинальной.
Оптимальность работы трёхфазного двигателя обеспечивается при условии применения переменной ёмкости. Чтобы так сделать, на первом этапе применяют рабочий и пусковой конденсаторы, а на втором — только первый из них.
В быту часто применяются асинхронные однофазные двигатели. Для запуска обычно требуется дополнительная обмотка.
При выборе ёмкости конденсатора необходимо учитывать то, как зависит от неё величина пускового момента. При увеличении этой характеристики, происходит увеличение усилия. При определённом значении оно становится максимальным. После дальнейшего увеличения пусковой момент станет падать.
Какие характеристики учитывают при выборе
Установка конденсатора должна быть сделана строго по соответствующим правилам. Его выбор производится на основе следующей информации:
Эти данные можно получить из инструкции по эксплуатации электродвигателя. Данные электросети должны быть доступны из других источников. Для вычислений можно воспользоваться онлайн калькулятором или сделать расчёты самостоятельно.
Существуют дополнительные параметры, которые также необходимо принять во внимание:
Эти параметры не имеют решающего значения. Поэтому о них часто забывают. Однако, чем тщательнее подобран пусковой конденсатор, тем надёжнее и долговечнее будет происходить работа мотора.
Дополнительно нужно обратить внимание на размер и расположение детали. Обычно с увеличением ёмкости увеличиваются размеры детали. Иногда может быть выбор между марками различных производителей. Нужно выбирать те, которые выпускают более качественные и надёжные детали.
Как выбрать пусковой конденсатор
Чтобы он работал наиболее эффективно, нужно правильно подобрать ёмкость. Для её вычисления используются различные формулы, в зависимости от способа соединения обмоток. Вычисления выполняются следующим образом:
Если соединение обмоток выполнено треугольником, используется K = 4800, а при соединении звездой должно быть K = 2800. Результат вычислений представляет собой ёмкость, выраженную в микрофарадах.
При расчётах нужно учитывать номинальный ток. Речь идёт о максимально допустимом рабочем токе в условиях, когда работа двигателя происходит в нормальном режиме. Практически его величина зависит от имеющейся нагрузки. Если её нет, то значение будет минимальным.
Это значение называют током холостого хода. Оно фактически является компенсацией потерь, связанных с потерями энергии в обмотках, диэлектриками, трением и другими аналогичными причинами.
Если постепенно увеличивать нагрузку, то ток будет расти. Затем он достигнет номинального значения. При последующем росте ток будет расти по-прежнему, но обороты начнут падать. Длительное пребывание в этом режиме приведёт к повышенному износу оборудования и к вероятной поломке.
Определить номинальный ток можно не только из инструкции по эксплуатации, но и измерить самостоятельно. В последнем случае его величина будет определена более точно. Такое измерение можно провести следующим образом:
На основе полученного значения определяют требуемую ёмкость. Затем приобретают нужную деталь и устанавливают её. При этом допускается отклонение от расчётной величины не более, чем на 15%.
При подключении однофазного мотора ёмкость рабочего конденсатора определяют следующим образом. Нужно на каждые 100 ватт номинальной мощности взять по 7 микрофарад. Для пускового ёмкость выбирают в 2-3 раза больше. Однофазные асинхронные моторы часто используются в домашней бытовой технике.
Для этой цели обычно выбирают конденсаторы следующих конструкций:
Если необходимо обеспечить вращение двигателя в обратном направлении, то потребуется изменить подсоединение к конденсатору. Для этого будет достаточно просто поменять местами клеммы. Если речь идёт о замене уже существующей детали, то удобней всего выбрать её с теми же характеристиками, что и раньше.
В качестве рабочего необходимо использовать неполярный конденсатор, предназначенный для использования с переменным током. Это связано с тем, что в процессе работы будет постоянно меняться полярность. Однако в качестве пускового допустимо использования полярного. Для того, чтобы предотвратить изменение знака напряжения, необходимо подключить эту деталь через диод.
Проверка при установке
После того, как был выбран подходящий пусковой конденсатор, его необходимо проверить. Для этого необходимо выполнить следующие действия:
При использовании мультиметра предварительно нужно установить главный переключатель в режим измерения ёмкости.
При проведении расчётов можно использовать упрощённый вариант. Известно, что пусковой ток может превышать номинальный в 3-8 раз. Поэтому можно просто использовать ёмкость в 2-3 раза большую, чем у рабочего конденсатора. Если ёмкости для запуска недостаточно, достаточно просто взять более подходящий конденсатор.
Разница между пусковым и рабочим конденсаторами
Чтобы лучше понимать, для чего нужен пусковой конденсатор, каковы особенности их применения, нужно знать об их различиях. Основными являются следующие:
В обоих случаях чаще всего используют конденсаторы типов МБГО, МБГЧ.
Как влияет величина нагрузки на выбор конденсаторов
Если деталь выбрана в соответствии с приведёнными здесь расчётами, то она хорошо подойдёт при равномерной нагрузке. Примером такой ситуации является работа вентилятора.
Если нагрузка меняется, то в этом случае можно воспользоваться следующей хитростью. Например, можно рассматривать циркулярную пилу, с помощью которой распиливают доски и брёвна. В первом случае очевидно, что нагрузка меньше, а во втором — больше.
Например, если были произведены расчёты по номинальному току и получена ёмкость, равная 10 мкф, то нужно использовать такой рабочий конденсатор при распиливании досок. Для работы с брёвнами его скорее всего будет недостаточно. В этом случае при выполнении работы подключают две таких детали параллельно.
Если этого не сделать, двигатель потеряет мощность. В результате он станет перегреваться и для работы на нём потребуется делать перерывы, чтобы дать мотору остыть.
Наиболее распространённые в России модели
Чаще всего можно встретить в продаже следующие марки:
Существует также ряд других моделей, но они распространены в меньшей степени.
Советы по использованию
Определение необходимых характеристик и выбор модели требуют обычно значительных усилий. В связи с этим имеет смысл принять во внимание несколько советов:
Выполняя подключение пусковой цепи нужно тщательно выполнять все необходимые правила. Ошибка может привести к возникновению поломки или аварийной ситуации.
Заключение
Конденсаторное пусковое подключение полезно использовать в тех случаях, когда мотор находится под нагрузкой и для его запуска требуется значительное усилие. Пусковой конденсатор также полезен при подключении трёхфазного мотора к однофазной электросети. Его ёмкость должна быть рассчитана на основе номинального тока и напряжения сети. Если величина недостаточно, нужно поменять конденсатор тот, который имеет большую мощность.
