Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Асимметричный переменный ток в наиболее простом случае можно получить путем наложения обычного синусоидального тока на постоянный. С этой целью в электролитическую ячейку обычно помещают, кроме катода и анода, еще вспомогательный электрод для наложения переменного тока. [2]
Асимметричный переменный ток на структуру кадмиевых осадков существенного влияния не-оказывает. [4]
Применение асимметричного переменного тока для восстановления деталей позволяет улучшить сцепление осадка железа с основой, что резко сокращает потери от брака. Твердость покрытия можно регулировать в широких пределах; это позволяет получать осадки с заранее заданными свойствами. Поскольку скорость изнашивания восстановленных поверхностей значительно ниже, чем у исходного материала, срок работы деталей существенно увеличивается. [5]
Для получения асимметричного переменного тока разработаны различные электрические устройства. Наиболее удобными и экономичными являются тиристорные установки, которые в отличие от реостатных позволяют плавно изменять катодный и анодный ток во всем диапазоне. [6]
При указанных характеристиках асимметричного переменного тока были изучены выходы по току металла, структура катодных осадков, изменение катодного потенциала во время электролиза, а также были получены поляризационные кривые как обычным компенсационным методом, так и методом быстрого измерения, разработанным А. Т. Ваграмяном ( электродом сравнения служил насыщ. [7]
Холодное железнение при асимметричном переменном токе дает возможность вести электролиз при повышенных плотностях тока и таким образом увеличить производительность процесса по сравнению с железне-нием: на постоянном токе более чем в 4 раза. После осталивания детали промывают горячей водой и нейтрализуют в 10 % — ном растворе каустической соды при 80 — 90 С в течение 30 мин. Для удаления водорода детали нагревают в масляной ванне при температуре 100 — 150 С в течение 10 — 15 мин. [8]
Было проверено также действие асимметричного переменного тока , полученного шунтированием диода сопротивлением. Как показали эксперименты, электролиз цинкатных растворов в этом случае идет без образования дендритов цинка, если применяется асимметричный ток, имеющий сравнительно небольшую переменную составляющую. При больших переменных составляющих ( при малых величинах шунтирующих сопротивлений) наблюдается рост дендритов цинка по периферии катода и укрупнение структуры осадка. [10]
Поскольку выяснилось влияние параметров асимметричного переменного тока на эффект регенерации элементов, интересно было установить оптимальные значения параметров. По форме такой ток напоминает пульсирующий однополупериодный ток с небольшой отрицательной составляющей. [11]
Таким образом, применение асимметричного переменного тока в значительной степени решает проблему регенерации стаканчиковых элементов. [13]
При пропускании через систему асимметричного переменного тока электрохимические процессы будут протекать, поскольку через границу раздела будет проходить количество электричества, равное разности количеств электричества, прошедших в катодный и анодный полуперноды. [14]
Источник питания асимметричного тока или напряжения
Источник питания асимметричного тока или напряжения относится к области преобразовательной техники и может быть применен в электрохимических технологиях, основанных на нестационарных электрохимических процессах. Источник может быть использован при зарядке аккумуляторных батарей; а также в гальванике и в технологиях, связанных с электрообработкой растворов, преимущественно там, где аноды электрохимических ячеек объединены. Источник питания содержит источник напряжения, три параллельно включенные транзисторные стойки ключей, соединенные с положительной и отрицательной шинами источника напряжения. Каждая транзисторная стойка ключей выполнена, например, в виде двух последовательно соединенных транзисторов имеющих среднюю точку. Встречно-параллельно каждому из транзисторных ключей включен соответствующий диод. Каждая из двух электрохимических ячеек имеет катод и анод, при этом их аноды объединены. Средняя точка третьей транзисторной стойки соединена с объединенными анодами электрохимических ячеек. Катод каждой из электрохимических ячеек через соответствующий дроссель L-С фильтра подключен к общей точке транзисторных ключей первой и второй транзисторных стоек соответственно. Соответствующие конденсаторы L-C фильтров подключены параллельно соответствующей электрохимической ячейке. Управляющие цепи транзисторных ключей каждой из трех стоек подключены к соответствующим выходам системы управления. Система управления имеет три входа для изменения коэффициента асимметрии и частоты выходного напряжения. Технический результат заключается в одновременном регулировании частоты, амплитуды и коэффициента асимметрии источника питания при одновременном упрощении его схемы и улучшении массогабаритных характеристик при работе на низких частотах. 1 н.э. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к области преобразовательной техники и может быть применена в электрохимических технологиях, основанных на нестационарных электрохимических процессах, где требуется регулирование, как частоты выходного напряжения, так и его асимметрии, определяемой соотношением величин положительной и отрицательной (большой и малой) полуволн тока или напряжения. Источник может быть использован при зарядке аккумуляторных батарей; а также в гальванике и в технологиях, связанных с электрообработкой растворов, преимущественно там, где аноды электрохимических ячеек объединены.
Известен преобразователь постоянного напряжения в переменный асимметричный ток [1. Патент РФ 19232 на полезную модель, опубликован 10.08.2001, 7МПК Н02М 9/02]. Схема такого преобразователя содержит четыре силовых транзистора, коллектор первого транзистора подключен к первому входному выводу, а эмиттер подключен к началу обмотки дросселя и через второй транзистор соединен со вторым входным выводом. Эмиттер третьего транзистора соединен со вторым выходным выводом и через четвертый транзистор соединен со вторым входным выводом. Кроме того, схема преобразователя содержит вентильный мост из четырех диодов, диагональ постоянного тока которого подключена к входным выводам, а диагональ переменного тока к эмиттеру третьего транзистора и к началу обмотки дросселя, конец которой соединен с первым выходным выводом. Схема преобразователя имеет дополнительные входные выводы, первый из которых подключен через дополнительный диод к коллектору третьего транзистора, а второй — ко второму входному выводу. Этот преобразователь позволяет формировать на нагрузке синусоидальный асимметричный ток в широком диапазоне частот, без увеличения массы и габаритов на нижних частотах. Однако это обеспечивается путем введения в схему преобразователя второго дополнительного источника питания, что приводит к его усложнению. При этом оба источника питания потребляют несимметричный ток, что требует установки входных фильтров и увеличивает их габаритную мощность. Кроме того, такой преобразователь не может работать на электрохимический аппарат, состоящий из двух электрохимических ячеек, аноды которых объединены.
Известен также источник асимметричного синусоидального тока или напряжения [2. Патент РФ 79357 на полезную модель, опубликован 27.12.2008, МПК Н02М 9/00, Н02М 9/02 (2006.01)], который является наиболее близким по технической сути к заявляемой полезной модели и взят за прототип. Этот источник [2] содержит два регулируемых блока питания (источника напряжения), соединенных между собой согласно, последовательно и образующих положительную шину, отрицательную шину и общую точку источника асимметричного синусоидального тока или напряжения (источника питания). Каждый из блоков питания выполнен в виде управляемого выпрямителя УВ1 и УВ2 соответственно и фильтров L1-C1 и L2-C2 соответственно. Каждый из управляемых выпрямителей подключен соответственно к вторичным обмоткам W12 и W13 трансформатора ТV1, первичная обмотка которого подключена к сети. К положительной и отрицательной шинам источника питания подключены две параллельные стойки транзисторных ключей VT1, VT3 и VT2, VT4 соответственно. Причем к общей точке соединения ключей VT2, VT4 подключен катод К1 первой электрохимической ячейки Rн1, а к общей точке соединения ключей VT1, VT3 подключен катод К2 второй электрохимической ячейки Rн2. Аноды Al, A2 обеих электрохимических ячеек Rн1, Rн2 объединены и подключены к средней точке источника питания. Управляющие цепи всех транзисторных ключей подключены к выходам 4-11 системы управления СУ соответственно. Система управления источника питания содержит генератор пилообразного напряжения, два компаратора, генератор прямоугольных импульсов, логический инвертор и четыре логических элемента «ИЛИ». Система управления имеет три входа для изменения коэффициента асимметрии и частоты выходного напряжения. Эта схема [2] источника асимметричного синусоидального тока или напряжения обеспечивает независимое одновременное регулирование величины амплитуды положительной и отрицательной полуволн тока или напряжения, что расширяет возможности регулирования коэффициента асимметрии и уменьшает габаритную мощность трансформатора. Этот источник питания позволяет изменять частоту выходного напряжения путем изменения входной частоты трансформатора, и позволяет работать на электрохимические ячейки с объединенными анодами.
Однако из-за наличия входного трансформатора масса и габариты такого источника питания будут увеличиваться с уменьшением рабочей частоты, а на высоких рабочих частотах будет сказываться индуктивность рассеивания трансформатора, которая будет уменьшать полезную мощность источника питания. Кроме того в этом источнике питания функции регулирования частоты, выходного напряжения и смены полярности напряжения на катодах электрохимических ячеек разделены, что приводит к большому количеству управляемых транзисторных ключей, и усложняет схему.
Задачей полезной модели является расширение рабочего частотного диапазона напряжения на нагрузке с объединенными анодами, при одновременном улучшении массогабаритных характеристик источника при работе на низких частотах и упрощении его схемы.
При решении поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в одновременном регулировании частоты, амплитуды и коэффициента асимметрии источника питания асимметричного тока или напряжения.
Для достижения технического результата полезная модель, как и прототип, содержит источник напряжения, две параллельно включенные транзисторные стойки ключей, соединенные с положительной и отрицательной шинами источника напряжения, два L-C фильтра, две электрохимические ячейки, каждая из которых имеет катод и анод, при этом их аноды объединены, систему управления, выходы которой подключены к управляющим входам транзисторных ключей. Система управления имеет три входа для изменения коэффициента асимметрии и частоты выходного напряжения.
В отличие от прототипа полезная модель дополнительно содержит третью транзисторную стойку ключей, так же как и первые две стойки, подключенную к положительной и отрицательной шинам источника питания, шесть диодов, включенных встречно-параллельно каждому из транзисторных ключей соответственно. Причем средняя точка третьей транзисторной стойки соединена с объединенными анодами электрохимических ячеек, а каждый их катодов этих ячеек через соответствующий дроссель L-C фильтра подключен к общей точке транзисторных ключей первой и второй транзисторных стоек соответственно. Соответствующие конденсаторы L-C фильтров подключены параллельно соответствующей электрохимической ячейке. Причем управляющие цепи транзисторных ключей третьей стойки также подключены к соответствующим выходам системы управления.
В частном случае система управления источником асимметричного тока или напряжения содержит три широтно-импульсных модулятора ШИМ, генератор пилообразного напряжения ГПН, два перемножителя X, генератор синусоидального напряжения ГСН и выпрямитель В. Выход ГПН подключен к первым входам ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3, выходы которых образуют прямые 2, 4, 5 и инверсные 1, 3, 6 выходы системы управления СУ. Ко второму входу ШИМ1 подключен инверсный выход перемножителя X1, а его прямой выход подключен ко второму входу ШИМ2. Первый вход перемножителя X1 образует управляющий вход U1 системы управления СУ для регулирования величины положительной полуволны выходного напряжения. Первый вход второго перемножителя Х2 образует управляющий вход U2 системы управления СУ для регулирования отрицательной полуволны выходного напряжения. Вход ГСН образует управляющий вход f системы управления СУ для регулирования частоты выходного напряжения. Выход ГСН соединен со вторыми входами перемножителей X1, Х2, причем выход перемножителя Х2 через выпрямитель В подключен ко второму входу ШИМ3.
В частном случае транзисторные стойки ключей выполнены в виде двух последовательно соединенных транзисторов, имеющих среднюю точку.
Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна заявителям из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» полезной модели.
Отличительные признаки полезной модели в совокупности с известными признаками обеспечивают указанный выше технический результат. Это достигается путем объединения функций модуляции выходного напряжения и смены полярности напряжения на катодах электрохимических ячеек, за счет введения в схему источника питания третьей стойки транзисторных ключей и управления ими за счет выпрямленного напряжения ГСН, а так же управления транзисторными ключами первой и второй транзисторных стоек за счет прямого и инверсного напряжения ГСН. Это подробно показано ниже при описании работы источника питания асимметричного тока или напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема источника питания асимметричного тока или напряжения. На фиг.2 приведен пример выполнения системы управления. На фиг.3 приведены временные диаграммы токов, напряжений и управляющих сигналов транзисторов, поясняющих работу источника.
Источник питания асимметричного тока или напряжения фиг.1 содержит источник постоянного напряжения Е, два L-C фильтра: L1C1 и L2C2, две электрохимические ячейки с объединенными анодами A1, A2 и двумя катодами K1, K2, обозначенные как Rн1, Rн2; шесть диодов VD1-VD6, включенных встречно-параллельно транзисторным ключам VT1-VT6, соответственно. Управляющие входы транзисторных ключей соединены с соответствующими выходами 1-6 системы управления СУ. Последовательно соединенные транзисторные ключи VT2, VT4, включенные между положительной и отрицательной шинами источника напряжения Е, образуют первую транзисторную стойку ключей; последовательно соединенные транзисторные ключи VT1, VT3 образуют соответственно вторую транзисторную стойку ключей; последовательно соединенные транзисторные ключи VT5, VT6 образуют соответственно третью транзисторную стойку ключей. Вторая и третья транзисторные стойки ключей включены также между положительной и отрицательной шинами источника питания Е. Катод К1 первой электрохимической ячейки Rн1 через дроссель L1 подключен к средней точке первой транзисторной стойки ключей VT2, VT4. Катод К2 второй электрохимической ячейки Rн2 через дроссель L2 подключен к средней точке второй транзисторной стойки ключей VT1, VT3. Аноды А1, А2 электрохимических ячеек Rн1, Rн2 объединены и подключены к средней точке третьей транзисторной стойки ключей VT5, VT6. Система управления СУ имеет три входа U1, f, U2, обозначенные соответственно 9, 8, 7. Вход 9 системы управления СУ служит для задания амплитуды положительной полуволны выходного синусоидального напряжения. Вход 7 системы управления СУ служит для задания амплитуды отрицательной полуволны выходного синусоидального напряжения. Отношение амплитуд этих полуволн будет определять коэффициент асимметрии. Вход 8 системы управления СУ служит для задания частоты выходного сигнала.
Система управления СУ (фиг.2) содержит: генератор пилообразного напряжения ГПН, генератор синусоидального напряжения ГСН, выпрямитель В, три широтно-импульсных модулятора ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3, два умножителя X1, Х2. Выход генератора пилообразного напряжения ГПН соединен с первыми входами широтно-импульсных модуляторов ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3. Инверсные выводы широтно-импульсных модуляторов ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3 подключены соответственно к 1, 3 и 6 выходам системы управления СУ, а прямые выводы — соответственно к 2, 4 и 5 выходам системы управления СУ. Ко второму входу широтно-импульсного модулятора ШИМ2 подключен прямой выход умножителя X1, а к второму входу широтно-импульсного модулятора ШИМ1 подключен инверсный выход умножителя X1. Ко второму входу широтно-импульсного модулятора ШИМ3 через выпрямитель В подключен выход умножителя Х2. К первым входам умножителей X1 и Х2 подключен выход генератора синусоидального напряжения ГСН. Вход умножителя X1 является входом 9 системы управления СУ и служит для задания амплитуды положительной полуволны выходного напряжения синусоидальной формы. Вход умножителя Х2 является входом 7 системы управления СУ и служит для задания амплитуды отрицательной полуволны выходного напряжения синусоидальной формы. Вход генератора синусоидального напряжения ГСН является входом 8 системы управления СУ и служит для задания частоты выходного напряжения.
На фиг.3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу источника питания асимметричного тока или напряжения. На этих диаграммах использовано обозначения: а) 10 — синусоидальное напряжение на прямом выходе перемножителя X1; 11 — развертывающее напряжение на выходе ГПН; б) 12 — синусоидальное напряжение на инверсном выходе перемножителя X1; в) сигнал управления транзистором VT1 сформированный на прямом выходе 4 ШИМ2; г) сигнал управления транзистором VT3 сформированный на инверсном выходе 3 ШИМ2; д) сигнал управления транзистором VT4 сформированный на прямом выходе 5 ШИМ1; е) сигнал управления транзистором VT2 сформированный на инверсном выходе 6 ШИМ1; ж) 13 — синусоидальное выпрямленное напряжение на втором входе ШИМ3, сформированное перемножителем Х2 и выпрямленное выпрямителем В; з) сигнал управления транзистором VT5 сформированный на прямом выходе 2 ШИМ3; и) сигнал управления транзистором VT6 сформированный на инверсном выходе 1 ШИМ3; к) напряжение на входе L1-C1 фильтра; л) ток в электрохимической ячейке Rн1; м) ток в электрохимической ячейке Rн2; Е — входное постоянное напряжение источника питания; U1 — амплитуда положительной полуволны выходного синусоидального напряжения, U2 — амплитуда отрицательной полуволны выходного синусоидального напряжения; t — временная ось.
Работа источника питания асимметричного тока или напряжения рассмотрена на конкретном примере. В схеме источника использованы полевые транзисторы, полупроводниковые диоды, сглаживающие дроссели с заданной индуктивностью и конденсаторы с заданной емкостью, обеспечивающие синусоидальную форму выходного тока (напряжения). Нагрузка является симметричной и эквивалентна активным сопротивлениям электрохимических ячеек Rн1, Rн2. Система управления СУ выполнена, например, по схеме, представленной на фиг.2, где ГПН выполнен по классической схеме генератора треугольного напряжения частота которого задает частоту модуляции ШИМ; ГСН выполнен по классической схеме синусоидального напряжения с регулируемой частотой; ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3 выполнены на основе компаратора с прямым и инверсным входами и с прямым и инверсным выходами, при чем первые входы ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3 образованы инверсными входами компаратора. Перемножители X1, Х2 представляют собой четырех-квадрантный аналоговый перемножитель двух сигналов, на один вход которого подается синусоидальное напряжение постоянной амплитуды с ГСН, а на другой вход — постоянное напряжение U1 или U2, величины которых определяют величину амплитуды синусоидального напряжения на выходе перемножителя. Выпрямитель В выполнен по любой из известных схем прецизионных выпрямителей. В качестве источника напряжения Е использована сеть постоянного тока.
Источник питания асимметричного тока или напряжения работает следующим образом. Коэффициент симметрии Ks определяется как отношение амплитуд отрицательной полуволны и положительной полуволны асимметричного напряжения. В рассматриваемом примере амплитуды положительных полуволн напряжения равны U1+U2, а амплитуды отрицательных полуволн равны U1-U2, л), м) фиг.3. В этом случае коэффициент симметрии равен , (где Kas — коэффициент асимметрии). Из приведенной формулы видно, что задавая амплитуды напряжений U1 и U2 можно изменять их отношение, а значит и коэффициент симметрии Ks. При U2, равном 0, коэффициент симметрии равен 1, в этом случае напряжение будет переменным и не будет иметь постоянной составляющей. При U1 равном U2 коэффициент симметрии равен 0, в этом случае амплитуда отрицательной полуволны равна 0, напряжение будет однополярным. В данном примере напряжение U1=1 В, а напряжение U2=0.7 В, тогда коэффициент симметрии будет равен Ks=0.3.
На вход 8 системы управления СУ подается постоянное напряжение, величина которого соответствует заданной частоте синусоидального напряжения на выходе ГСН. Это синусоидальное напряжение перемножается с постоянным напряжением U1 перемножителем X1, на прямом выходе которого формируется напряжение 12 фиг.3 а), а на инверсном выходе — напряжение 10 фиг.3 б). Напряжение 10 сравнивается в ШИМ1 с напряжением 11 и на выходах 5,6 ШИМ1 фиг.2 формируются управляющие импульсы для транзисторов VT4, VT2, первой транзисторной стойки ключей, как показано на фиг.3 в) и г). Напряжение 12 на прямом выходе перемножителя X1 сравнивается с напряжением ГПН 11 в ШИМ2 фиг.2, на выходах 3, 4 которого формируются управляющие импульсы для транзисторов VT3, VT1, второй транзисторной стойки ключей, как показано на фиг.3 д) и е). Синусоидальное напряжение ГСН перемножается перемножителем Х2 с постоянным напряжением U2 и выпрямляется выпрямителем В, так что на втором входе ШИМ3 фиг.2, действует напряжение 13 фиг.3 ж), которое в ШИМ3 сравнивается с напряжением ГПН 11 и на выходах 1, 2 ШИМ3 формируются управляющие импульсы для транзисторов VT6, VT5, третьей транзисторной стойки ключей, как показано на фиг.3 з), и). При таком управлении на входе L1C1 фильтра действует импульсное напряжение, как показано на фиг.3 к). Это импульсное напряжение сглаживается L1C1 фильтром и на первой электрохимической ячейке Rн1 действует сглаженное асимметричное напряжение, как показано на фиг.3 л). Аналогичное переменное асимметричное напряжение, но сдвинутое на 180 электрических градусов, формируется на электрохимической ячейке Кн2. Изменяя постоянное напряжение на входе 8 фиг.2 системы управления СУ, можно изменять частоту ГСН в меньшую сторону неограниченно, а в большую сторону — до частоты в два раза меньшей частоты напряжения на выходе ГПН кривая 11 фиг.3 б). Это позволяет расширить рабочий диапазон источника в сторону низких частот без увеличения габаритной мощности источника питания, при одновременном регулировании частоты, амплитуды и коэффициента асимметрии источника питания.
Приведенный пример выполнения заявляемого источника не ограничивает другие возможные примеры реализации данного источника и его блоков, например, блоков системы управления.
Полезная модель промышленно применима и может быть многократно реализована на известной элементной базе, (например, IGBT или полевых транзисторах). Заявляемая полезная модель может быть использована в различных технологических процессах, где требуются источники питания асимметричного тока или напряжения.
1. Источник питания асимметричного тока или напряжения, содержащий источник напряжения, две параллельно включенные транзисторные стойки ключей, соединенные с положительной и отрицательной шинами источника напряжения; два L-C фильтра, две электрохимические ячейки, каждая из которых имеет катод и анод, при этом их аноды объединены; систему управления, выходы которой соответственно подключены к управляющим входам транзисторных ключей; при этом система управления имеет три входа для изменения коэффициента асимметрии и частоты выходного напряжения, отличающийся тем, что дополнительно содержит третью транзисторную стойку ключей, соединенную, как и первые две стойки, с положительной и отрицательной шинами источника питания, и шесть диодов, включенных встречно-параллельно каждому из транзисторных ключей соответственно; причем средняя точка третьей транзисторной стойки соединена с объединенными анодами электрохимических ячеек, а катод каждой из ячеек через соответствующий дроссель L-C фильтра подключен к общей точке транзисторных ключей первой и второй транзисторных стоек соответственно, а соответствующие конденсаторы L-C фильтров подключены параллельно соответствующей электрохимической ячейке; при этом управляющие цепи транзисторных ключей третьей стойки также подключены к соответствующим выходам системы управления.
2. Источник питания асимметричного тока или напряжения по п.1, отличающийся тем, что система управления содержит три широтно-импульсных модулятора, генератор пилообразного напряжения, два перемножителя, генератор синусоидального напряжения и выпрямитель; при этом выход генератора пилообразного напряжения подключен к первым входам каждого из трех широтно-импульсных модуляторов, выходы которых образуют соответственно прямые и инверсные выходы системы управления; при этом ко второму входу первого широтно-импульсного модулятора подключен инверсный выход первого перемножителя, прямой выход которого подключен ко второму входу второго широтно-импульсного модулятора; при этом первые входы первого и второго перемножителей образуют соответственно два управляющих входа системы управления для регулирования величины положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения; при этом вход генератора синусоидального напряжения образует управляющий вход системы управления для регулирования частоты выходного напряжения, а его выход соединен со вторыми входами первого и второго перемножителей, причем выход второго перемножителя через выпрямитель подключен ко второму входу третьего широтно-импульсного модулятора.
3. Источник питания асимметричного тока или напряжения по п.1, отличающийся тем, что каждая транзисторная стойка ключей выполнена в виде двух последовательно соединенных транзисторов, имеющих среднюю точку.
Зарядка аккумуляторов асимметричным током
Зарядка аккумуляторных батарей асимметричным током представляет собой процесс, когда чередуются режимы заряда и разряда. Такой метод является более эффективным, чем зарядка постоянным током, так как позволяет не только добиться наиболее полного уровня заряда, но и послужить профилактикой от сульфатации пластин аккумулятора. Если аккумулятор не совсем «убит», такой метод может даже помочь восстановить ёмкость аккумулятора до максимально возможного уровня.
Принцип метода заряда
Принцип такого метода заключается в следующем: на аккумулятор подаются импульсы постоянного напряжения, как при обычной зарядке. Через определённые промежутки времени эти импульсы прерываются, к аккумулятору подключается нагрузка и происходит кратковременный процесс его разрядки . Затем этот цикл повторяется. Поскольку разрядный ток значительно меньше тока заряда и имеет меньшую продолжительность, зарядка аккумулятора всё равно происходит. При этом время полной зарядки, конечно, увеличивается, но такой метод является более благоприятным, так как заменяет собой ещё и функцию «тренировки», которую рекомендуется периодически проводить для аккумуляторных батарей. На рисунке показан упрощённый график этого процесса.
При изменении соотношения между импульсами заряда и разряда, можно выбрать наиболее подходящий режим зарядки, управляя реакцией восстановления поверхности пластин аккумулятора и их десульфатации. Далее будет приведена принципиальная электрическая схема, позволяющая заряжать аккумуляторы с рабочим напряжением 12 вольт. При этом токи заряда и разряда можно будет установить любых значений при настройке. Кроме того, в схеме предусмотрена возможность оперативной подстройки соотношений зарядных и разрядных импульсов, изменения их длительность относительно друг-друга.
Питание схемы осуществляется от любого внешнего источника питания необходимой мощности, обеспечивающего выходное напряжение 15…16 вольт и, желательно, ограничение максимального тока на уровне, рекомендованном для каждого конкретного аккумулятора. Как правило, оптимальный зарядный ток составляет 10% от ёмкости аккумулятора (например, для аккумулятора ёмкостью 7 Ач, оптимальным током заряда будет 0,7 А).
Схема ЗУ асимметричным током
В основе конструкции лежит схема, разработанная компанией PRACTICAL ELECTRONICS. Она не является сложной, не содержит дорогих или специфических деталей и может быть собрана радиолюбителем средней квалификации.
В качестве задающего генератора импульсов использован широко распространённый таймер серии «555» (КР1006ВИ1, NE555, LM555). На него подаётся стабилизированное питание 12 вольт с микросхемы-стабилизатора напряжения типа КР142ЕН12 или любой другой аналогичной, импортной. Длительность зарядных импульсов можно регулировать с помощью переменного (подстроечного) резистора сопротивлением порядка 100 кОм. Диапазон изменения длительности положительных импульсов при этом составит от 30 секунд, до практически постоянного высокого уровня (как в режиме зарядки постоянный током).
При помощи ключей на мощных транзисторах разной проводимости осуществляется коммутации заряжаемого аккумулятора. При положительном импульсе входное напряжение поступает на аккумулятор через транзистор n-p-n структуры, а в промежутках между импульсами происходит его разряд через p-n-p транзистор и соответствующую нагрузку. В качестве нагрузки можно использовать, например, автомобильную лампу на 12 вольт небольшой мощности или соответствующий резистор. Вариант с лампой предпочтительнее, потому что это обеспечит ещё и визуальную индикацию процесса разряда, позволяя судить о его продолжительности.
В качестве транзисторов можно использовать любые, необходимой мощности. Это могут быть такие пары, как КТ805/КТ837, КТ819/КТ819, TIP3055/TIP2955. Выбирая типы транзисторов, следует ориентироваться на максимальные значения зарядного и разрядного токов. При соответствующей мощности транзисторов схему можно использовать и для зарядки автомобильных аккумуляторов. При необходимости, эти транзисторы следует установить на теплоотводы.
Разрядную нагрузку (лампу или резистор) следует подбирать под конкретный аккумулятор так, чтобы ток разряда был 2-3 раза меньше зарядного тока. Все остальные резисторы в схеме — любые маломощные (от 0,125 Вт).
Данная схема была собрана и применена для зарядки свинцово-кислотного необслуживаемого аккумулятора «12V7Аh» со значительно «севшей» ёмкостью и показала свою высокую эффективность на практике.
Что такое асимметричный ток
Асимметричный переменный ток в наиболее простом случае можно получить путем наложения обычного синусоидального тока на постоянный. С этой целью в электролитическую ячейку обычно помещают, кроме катода и анода, еще вспомогательный электрод для наложения переменного тока. [2]
Асимметричный переменный ток на структуру кадмиевых осадков существенного влияния не-оказывает. [4]
Применение асимметричного переменного тока для восстановления деталей позволяет улучшить сцепление осадка железа с основой, что резко сокращает потери от брака. Твердость покрытия можно регулировать в широких пределах; это позволяет получать осадки с заранее заданными свойствами. Поскольку скорость изнашивания восстановленных поверхностей значительно ниже, чем у исходного материала, срок работы деталей существенно увеличивается. [5]
Для получения асимметричного переменного тока разработаны различные электрические устройства. Наиболее удобными и экономичными являются тиристорные установки, которые в отличие от реостатных позволяют плавно изменять катодный и анодный ток во всем диапазоне. [6]
При указанных характеристиках асимметричного переменного тока были изучены выходы по току металла, структура катодных осадков, изменение катодного потенциала во время электролиза, а также были получены поляризационные кривые как обычным компенсационным методом, так и методом быстрого измерения, разработанным А. Т. Ваграмяном ( электродом сравнения служил насыщ. [7]
Холодное железнение при асимметричном переменном токе дает возможность вести электролиз при повышенных плотностях тока и таким образом увеличить производительность процесса по сравнению с железне-нием: на постоянном токе более чем в 4 раза. После осталивания детали промывают горячей водой и нейтрализуют в 10 % — ном растворе каустической соды при 80 — 90 С в течение 30 мин. Для удаления водорода детали нагревают в масляной ванне при температуре 100 — 150 С в течение 10 — 15 мин. [8]
Было проверено также действие асимметричного переменного тока , полученного шунтированием диода сопротивлением. Как показали эксперименты, электролиз цинкатных растворов в этом случае идет без образования дендритов цинка, если применяется асимметричный ток, имеющий сравнительно небольшую переменную составляющую. При больших переменных составляющих ( при малых величинах шунтирующих сопротивлений) наблюдается рост дендритов цинка по периферии катода и укрупнение структуры осадка. [10]
Поскольку выяснилось влияние параметров асимметричного переменного тока на эффект регенерации элементов, интересно было установить оптимальные значения параметров. По форме такой ток напоминает пульсирующий однополупериодный ток с небольшой отрицательной составляющей. [11]
Таким образом, применение асимметричного переменного тока в значительной степени решает проблему регенерации стаканчиковых элементов. [13]
При пропускании через систему асимметричного переменного тока электрохимические процессы будут протекать, поскольку через границу раздела будет проходить количество электричества, равное разности количеств электричества, прошедших в катодный и анодный полуперноды. [14]
асимметричный ток дуги
3.1 асимметричный ток дуги (asymmetrical arc current): Полный ток дуги, создаваемый при замыкании, включающий постоянную и симметричную составляющие, в амперах (А).
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
Смотреть что такое «асимметричный ток дуги» в других словарях:
ГОСТ Р 12.4.234-2007: Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 12.4.234 2007: Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 3.1 асимметричный ток дуги… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ЗУБЫ — ЗУБЫ. Зубы позвоночных по своему строению и развитию совершенно сходны с плакоид ными чешуями, покрывающими всю кожу акуловых рыб. Поскольку вся ротовая полость, а частью и полость глотки, выстлана эктодермальным эпителием, типичная пла коидная… … Большая медицинская энциклопедия
Что такое асимметричный ток
Дорогая вещь аккумулятор, а срок службы у него ограничен. Очень хочется предпринять какие-то решительные шаги, чтобы продлить его жизнь. Тем более что основания для этого стремления, вроде бы, есть. Ведь доводится иной раз услышать от автомобилистов примерно такое: «А вот один мой знакомый как-то говорил, что у его соседа батарея восьмой год служит, и все как новая. Может он секрет какой знает, да не рассказывает. » Конечно, чаще приходится выслушивать сетования неудачника, который клянет все на свете от заводов-изготовителей до своей злой судьбы. Но все-таки складывается впечатление, что резервы долгожительства у аккумулятора есть, и немалые, нужно только каким-то образом попасть в число тех, везучих.
В такой ситуации сообщения о разных нетрадиционных методах заряда батарей падают на хорошо удобренную почву и волнуют многих автомобилистов. К тому же надо заметить, что информация, которая в них содержится, часто весьма скупа, а выгоды обещает очень большие. Правда, когда нам говорят о продлении жизни аккумулятора в два-три раза или о восстановлении «образца», давно лежавшего на свалке, то это вызывает определенное недоверие, хотя, с другой стороны, думаем мы, нет дыма без огня.
Писем, так или иначе касающихся проблемы нетрадиционных приемов заряда батареи, приходит в редакцию много. Писем разных: восторженных, скептических, требовательных, даже возмущенных. И с просьбами, и с предложениями. Чтобы отвечать на них, прежде нужно было самим получить более или менее ясное представление о предмете. Так сказать, разобраться, где дым, а где огонь. Мы попытались сделать это, просмотрев доступную (и малодоступную) литературу, но главным образом — встречаясь с сотрудниками многих организаций (НИИСТА, НИИавтоприборов, НИИАТ и др.).
Поначалу представлялось, что эта статья должна выглядеть как подборка разъяснений, полученных от разных групп специалистов. Но они во многом сходны и различаются чаще всего в толковании определенных теоретических положений. Нам же, в конечном счете, важны выводы — хотя бы по принципу большинства мнений или, лучше, наибольшей убедительности. В связи с этим дальнейшее представляет собой рассказ о том, как мы поняли суть дела.
Говоря о нетрадиционных методах заряда батарей, пользуются самыми разными определениями, причем многие применяют их весьма вольно. Поэтому прежде всего обозначим, «что есть что».
Контрольно-тренировочный цикл (сокращенно КТЦ) заключается в следующем. Батарею полностью заряжают постоянным током, затем разряжают током 10-часового режима до напряжения 10,2 В и вновь дают полный заряд. Этот цикл позволяет оценить фактическую емкость и реальные возможности «пожилой» батареи, а серия циклов в некоторых случаях несколько улучшает электрические показатели, если батарея еще годна для дальнейшего использования. Хотя о заряде с применением КТЦ некоторые говорят как о новинке, его нельзя назвать нетрадиционным: он издавна и подробно описывался в многочисленных пособиях. Методика КТЦ изложена и в основном документе по эксплуатации аккумулятора — действующей ныне инструкции ЖУИЦ.563410.001ИЭ (ранее ФЯ0.355.009ИЭ), которая прилагается к каждой батарее.
Ускоренный, или форсированный, заряд служит единственной цели — в кратчайший срок привести разряженную батарею в работоспособное состояние, что достигается применением необычно больших зарядных токов. Сам этот принцип также известен давно; современная методика пользования им изложена в руководстве РТМ-200-РСФСР-12-0032-77, которое разработано НИИАТом. В дальнейшем об ускоренном заряде мы говорить не будем, поскольку проблемы повышения долговечности аккумулятора он никоим образом не касается.
Под импульсным зарядом подразумевают применение тока, который изменяет свою величину или напряжение периодически, через определенные интервалы времени. По характеру этих показателей импульсный ток разделяют на две разновидности.
Пульсирующим током называют такой, у которого величина меняется в пределах от нуля до максимального значения, сохраняя неизменной свою полярность. Пример характеристики пульсирующего тока показан на рис. 1.
Рис. 1. Заряд пульсирующим током. Cз — емкость, сообщенная аккумулятору за время импульса t.
Асимметричный, или реверсивный, ток определяется наличием обратной амплитуды (см. пример на рис. 2); иными словами, в каждом цикле он меняет свою полярность. Однако количество электричества, протекающего при прямой полярности, больше, чем при обратной, что и обеспечивает заряд аккумулятора.
Рис. 2. Заряд асимметричным током. Cз — емкость, сообщенная аккумулятору при заряде за время tз; Сз емкость, снятая с него в течение времени tр.
Именно реверсивный ток вызывает на сегодня наибольший интерес у исследователей-энтузиастов. Выданы десятки авторских свидетельств на схемные решения, позволяющие получать зарядный ток асимметричного типа с самыми разными формами графических характеристик. Что же касается экспериментальных данных о том, как реверсивный ток изменяет электрохимические процессы в аккумуляторе, то здесь картина куда более скудная, да и противоречивая. Действительно, разработать оригинальную электронную схему непросто, но для человека, хорошо знающего это дело, такая задача по силам. Однако, прежде чем создавать конструкцию, нужно знать, что она даст и какими должны быть ее параметры. А здесь мало быть просто сведущим электрохимиком: нужны тонкие лабораторные опыты, нужен большой объем корректно поставленных эксплуатационных испытаний. Такие возможности не всегда есть даже у крупных специализированных организаций. Поэтому разработчики импульсных зарядных устройств, как правило, исходят из той модели работы и старения аккумулятора, которая отражена в массовой технической литературе. И вот здесь таится главный подводный риф. Дело в том, что конструкция автомобильных аккумуляторов не стоит на месте, качественно видоизменяется и характер их работы, а общедоступные данные отстают от сегодняшней картины иногда на добрый десяток лет. Какова же техническая сущность изменений, происшедших за последнее время? Рассмотрим это важное обстоятельство подробнее.
Еще каких-нибудь двадцать лет тому назад аккумуляторная батарея массового типа имела асфальтопековый корпус (моноблок) и деревянные сепараторы между электродами. В качестве расширителя (порообразователя) в отрицательных электродах использовали хлопковые очесы. Все эти материалы нестойки к серной кислоте. В результате их растворения в электролите появлялись органические примеси-«отравители», которые нарушали нормальный ход химических реакций. Они осаждались на поверхности электродов, экранируя активную массу, вследствие чего постепенно уменьшалась емкость батареи и снижалось ее напряжение при разряде стартерным током. Кроме того, что еще важнее, примеси способствовали появлению и накоплению крупных, труднорастворимых кристаллов сульфата свинца, что не только ухудшало характеристики батареи, но и нередко со временем приводило ее к полной потере работоспособности. Вот как выглядели основные причины окончательного выхода батарей из строя, выявленные в начале 60-х годов крупномасштабными обследованиями у нас и за рубежом: коррозия решеток положительных электродов — около 36%, сульфатация отрицательных электродов — около 30%, оплывание Активной массы — несколько более 20%, разрушения сепараторов и моноблоков — примерно 16%. Подчеркнем, что почти треть батарей выбрасывалась из-за сульфатации — болезни, которую можно пытаться лечить. И лечили, насколько возможно: во многих пособиях прежних лет можно найти советы по устранению сульфатации разными специальными методами заряда, в том числе применением КТЦ. Вот только об импульсном заряде тогда речи еще не было. Что же касается КТЦ, в особенности с большими токами, то они давали определенный эффект еще и потому, что удаляли часть осевших на электродах посторонних примесей, переводя их обратно в электролит.
Теперь перейдем к батареям следующего поколения. Бурное развитие производства синтетических материалов позволило сделать кислотоупорными и химически нейтральными все элементы конструкции. Для корпусов стали использовать эбонит и термопласты (полиэтилен, полипропилен), для сепараторов — мипласт и мипор, в качестве порообразователей стали применять БНФ и гуминовую кислоту. Все это не только существенно повысило энергоемкость батарей, но и увеличило среднюю продолжительность их жизни примерно на треть благодаря избавлению от некоторых пороков. Вот как выглядели результаты обследования тысячи с лишним батарей, вышедших из строя, в конце 70-х годов: выбракованы из-за коррозии решеток положительных пластин — около 45%, вследствие оплывания активной массы — примерно 35%, остальные — из-за разрушений сепараторов, моноблоков и по другим причинам. Характерно, что сульфатации электродов практически не обнаружено. Единичные случаи были вызваны грубыми ошибками в обслуживании (например, доливкой водопроводной воды вместо дистиллированной). Как показывают текущие проверки, примерно так обстоит дело и сейчас. Добавить к этому можно лишь то, что ныне значительная часть парка индивидуальных машин уже оснащена батареями нового типа — так называемыми малообслуживаемыми. Пока они поставляются из Югославии, но вскоре начнется широкий выпуск отечественной, еще более совершенной модели. Не вдаваясь в подробное рассмотрение аккумуляторов такого рода (это тема отдельного разговора), скажем лишь, что проблему сульфатации они окончательно отодвигают в прошлое.
Почему мы так настойчиво выделяем именно сульфатацию? Нетрудно догадаться: из-за связи с зарядом реверсивными токами. Действительно, многими серьезными исследованиями убедительно показано, что реверсивный (асимметричный) ток может быть хорошим помощником в борьбе с крупными кристаллами сульфата свинца. Однако, как мы видели, это прекрасное качество в наше время потеряло свою актуальность. Но вот с какого тезиса начинается типичное обоснование очередной разработки импульсного зарядного устройства (мы намеренно не называем автора): «Практика показывает, что при самой грамотной и аккуратной эксплуатации аккумулятора срок его службы в лучшем случае не превышает четырех-пяти лет. Основная причина кроется в сульфатации пластин. Другие причины отказа батареи у индивидуального владельца весьма редки». Вот так. Срок назван правильно, а диагноз взят из 50-х годов. Смотрим далее: «Причина сульфатации в основном связана с систематическим недозарядом и разрядом выше допустимых норм». Утверждение верное. Но потому и применяют ка современных автомобилях мощные генераторы переменного тока, стабильные в работе регуляторы напряжения. В итоге, если говорить об отклонениях, то чаще приходится сталкиваться с перезарядом. В среднем же статистика показывает следующее: около 80% времени степень заряженности батареи находится в пределах 0,75—1,0, около 15% — от 0,5 до 0,75 и лишь 5% менее 0,5. Причем «посаженная» при трудном холодном пуске батарея, как правило, вскоре восстанавливает свой заряд во время езды, не требуя помощи извне.
Таким образом, сегодня трудно назвать необходимыми довольно сложные и дорогие устройства, предназначенные для устранения сульфатации. Кое-кто может возразить: позвольте, ведь и современный аккумулятор можно засульфатировать, — скажем, если лить в него грязную воду, ездить с постоянным недозарядом и так далее. Конечно, можно. Но вряд ли следует собственные грубейшие ошибки возводить на уровень проблемы. А если считать такие огрехи допустимыми, то и расплачиваться за них нужно полной мерой. И уж совсем нелогично держать без использования специальное устройство просто «на всякий случай». Ведь при крайней необходимости можно, как и раньше, попытаться исправить положение серией контрольно-тренировочных циклов при помощи обычного 12-вольтового выпрямителя. Не следует только проводить эту операцию без нужды, поскольку каждый КТЦ отнимает частичку ресурса батареи. Принцип здесь таков: за свою жизнь аккумулятор может отдать вполне определенное количество энергии, а каждый полный разряд соответствует примерно 0,6—1,0% этого количества.
Означает ли сказанное, что заряд импульсными токами не имеет практического смысла? Нет, по нашему мнению, такой вывод был бы совершенно неправильным. Нужно только направлять этот интересный и еще не полностью изученный метод не на борьбу с призраками прошлого, а на решение сегодняшних, реальных проблем.
Такой пример. Некоторые исследования показывают, что при определенных условиях заряд асимметричным током позволяет увеличить емкость батареи на 3—5%. Что касается условий, то здесь совместно влияет многое: частота и характер импульсов тока, параметры батареи, температура. Сложно и выгода пока невелика, но работать в этом направлении, очевидно, стоит.
И еще. При заряде постоянным током в первую очередь насыщается поверхность электрода, и это мешает развитию процесса вглубь. Короткий разряд в каждом цикле асимметричного тока снимает поверхностную поляризацию, и это повышает коэффициент полезного действия тока, потребляемого от сети. Разумеется, для домашних работ это фактор несущественный, а в крупных автохозяйствах таким обстоятельством пренебрегать нельзя.
И, наконец, нельзя не упомянуть о работе ученых Новочеркасского политехнического института. Они разработали теорию, по которой реверсивный ток может быть использован против
главного нынешнего врага — коррозии решеток. Теория эта, как полагают многие специалисты, спорна, опыты пока недостаточно масштабны, да и первые выводы, трактующие необходимость частого специального подзаряда эксплуатируемой батареи (порядка 10 раз в год), не очень согласуются со стремлением снижать объемы ТО. Но уж очень заманчива цель! Поэтому можно только пожелать исследователям успехов и удач, которые приведут к приемлемым техническим решениям.
В заключение нужно сказать следующее. В стране выпускается много моделей и типов зарядных устройств индивидуального пользования. «За рулем» неоднократно публиковал сообщения о новых образцах. Упоминалось и о конструкции с импульсным током (1984, № 7, стр. 29). Такая информация основывалась на сведениях, представленных самими изготовителями, и отражала их оценку своего изделия. Получить же сравнительные, обобщающие данные по всей широкой номенклатуре было практически невозможно. Ныне положение иное. Для проведения единой технической политики в разработке и выпуске зарядных устройств назначена ведущая организация — ВНИИпреобразователь (г. Запорожье). Институт провел критическое обследование выпускаемой продукции, по результатам которого готовит соответствующие рекомендации для заводов. Мы планируем рассказать читателям об этой работе.