12. Ъ,ч

Рис. 26. Зарядная характеристика герметичной кадмиево-никелевой батареи (4,8 В/450 мА -ч) при токе заряда 0,5 /j.

перезаряжаться (более чем 1000 зарядно-разрядных циклов) и большим сроком службы (более 5 лет) стабильность на- 2 пряжения на зажимах является сущест- венным преимуществом кадмиево-никелевых аккумуляторов.

Измеряя напряжение на зажимах при заряде, можно построить зарядную характеристику, типовой ход которой показан на рис. 26. Заряд прекращают при подъеме напряжения на зажимах до 6,0 В (по 1,5 В на каждый э-пемент). Если аккумулятор был предварительно полностью разряжен (напряжение на зажимах 4,4 В), то для его заряда потребуется примерно 14 ч.

Изготовитель герметичных кадмиево-никелевых аккумуляторов в ГДР (комбинат гальванических элементов в г. Цвикау) дает следующие указания по уходу за аккумуляторами.

Обслуживание ограничивается только зарядом и чисткой мест контакта. У аккумуляторов различных типов предусмотрены лепестки для пайки, и припаивать провода разрешается только к ним. На аккумуляторных элементах и батареях указаны месяц и год их изготовления.

Заряд. Заряд герметичных кадмиево-никелевых аккумуляторов производится только посто}шным по значению и направлению током. Окончательное напряжение заряженного аккумулятора составляет примерно 1,5 В на элемент. Номинальный зарядный ток составляет 0,5 /5. В начале заряда ток не должен превышать значения 0,55 /5. Коэффициент заряда герметичного кадмиево-никелевого аккумулятора составляет 1,4, т. е. энергия, затрачиваемая на заряд аккумулятора, в 1,4 раза превышает отбираемую у него при разряде. Перезаряд недопустим. Он уменьшает срок службы герметичного аккумулятора.

Замечание. /5 - постоянный ток, протекающий при пятичасовом разряде полностью заряженного аккумулятора (например, у аккумулятора емкостью 250 мА ч /5 =90 мА).

Разряд. Номинальный разрядный ток составляет /5. В соответствии с ним рассчитывают номинальную емкость. Однако при некоторых режимах работы номинальный разрядный ток поддерживать невозможно. В таких режимах при длительном разряде максимальный разрядный ток не должен превышать 2,5 /5. Необходимо также следить, чтобы разрядное напряжение не стало к концу разряда ниже номинального. При разрядном токе, превышающем номинальный, емкость аккумулятора уменьшается. Например, при разряде током 2,5 /j полезная емкость аккумулятора составляет примерно 70% номинальной. Для разряда устанавливается определенный допустимый диапазон температур: от -20 до 35 С. В случае разряда током /5 при температуре -20° С полезная емкость соо

тавляет примерно 30% номинальной, а при температуре 35 С-90% номинальной емкости. Герметичные аккумуляторы работоспособны и вне пределов указанного температурного диапазона. Однако при температурах ниже -20° С колебания емкости аккумулятора увеличиваются и становятся непредсказуемыми, а в случае частых разрядов при температуре свыше 35° С приходится считаться с укорочением срока службы аккумулятора.

Замечание. Допустимое значение напряжения в конце разряда указывается изготовителем и составляет 1,0-1,1 В.

Наряду с герметичными кадмиево-никелевыми аккумуляторами в продаже имеются также герметичные свинцовые аккумуляторы (емкость 0,3 и 0,5 А - ч, напряжение на зажимах 2,0 В), отличающиеся высокими эксплуатационными свойствами. Конструкция их аналогична конструкции обычных свинцовых аккумуляторов, только электролит в них, сгущен путем добавления каолина или кремниевой кислоты, а полиэтиленовый корпус наглухо заварен. Следует указать, что герметичный свинцовый аккумулятор также представляет собой замкнутую систему й открывать его нельзя. По своим свойствам он очень близок к кадмиево-никелёвому, в силу чего и указания по его обслуживанию остаются по существу теми же самыми. Герметичные свинцовые аккумуляторы заряжаются током 0,5 /ю до напряжения 2,3 В на один аккумулятор (при больших значениях напряжения возможны нарушение герметичности и вспучивание корпуса). Напряжение в конце разряда составляет 1,8 В на один аккумулятор. Свинцовые аккумуляторы не очень чувствительны к глубокому разряду и перегрузкам даже до 10 /i о

Данные о- степени заряда аккумулятора конструктору моделей с дистанционным управлением нужны в той же мере, что шоферу информация об уровне бензина в баке. Возьмем поэтому за правило проверять степень заряда аккумулятора перед каждым стартом.

Мы строим прибор Схема прибора для проверки аккумуляторов,

для проверки который мы собираемся строить, представле-

аккумуляторов -п тл г > г

Г на на рис. 27. Изготовим прежде всего печат-

ную плату заданных размеров из фольгиро-ванной пластины (по возможности с односторонним покрытием и толщиной 1,5 мм). Если в нашем распоряжении имеются только пластины

с. двухсторонней металлизацией, то с

. одной Из сторон медную фольгу

/гйэ 5 I следует удалить. Печатную плату вы-

пиливают лобзиком и высверливают в ней отверстия в соответствии с рис. 28.

Для получения трех разрывов в токопроводе прорежем медный слой

Hi 39 0и\ 4;В-В8:>-4

if - >--4 fist

Акнумуля- Балластные АбОМвтр Рис. 27. Схема прибора для проверки ак-тор резисторы кумуляторов.

Рис. 28. Печатная плата (a) и схема расположения элементов (б) прибора для проверки аккумуляторов.

скальпелем или другим ножом дважды для каждого разрыва (расстояние между прорезями 2 мм) и удалим получившиеся медные полоски пинцетом. Зачистим далее медный слой до блеска мелкой наждачной бумагой и смажем разведенной канифолью. Затем привинтим к плате три телефонных гнезда и припаяем резисторы. Резисторы являются нагрузкой кадмиево-никелевого аккумулятора с номинальным током заряда /5, поэтому со шкалы авометра мы можем считывать непосредственно напряжение на зажимах нагруженного аккумулятора. Наш прибор должен быть пригодным для любых напряжений на зажимах аккумулятора, поэтому в нем предусмотрены ответвления на меньшие напряжения: 2,4,В; 4,8 В; 6 В. Аккумулятор присоединим к прибору с помощью обычного зарядного кабеля. По приложению 3 определим, насколько разряжен проверяемый аккумулятор, т. е., иначе говоря, долго ли его надо заряжать до полной емкости. Однако следует иметь в виду, что разрядные характеристики аккумулятора, проработавшего несколько лет, подчас совсем не те, что у нового. Поэтому ежегодно путем контрольного разряда (измеряя через каждые полчаса, напряжение на зажимах при /5), необходимо проверять, соответствует ли еще наша таблица характеристикам аккумулятора. При наличии отклонений таблицу следует корректировать.

Мы строим зарядное Для обеспечения правильного заряда аккуму-

устроиство ляторов смонтируем зарядное устройство. Это

устройство должно отвечать следующим требованиям :

1) обеспечивать заряд всех применяемых кадмиево-никелевых аккумуляторов, в том числе и бортовых, устанавливаемых на самоходных моделях судов. Поэтому должны быть предусмотрены соответствующие напряжение и ток заряда для каждого типа аккумуляторов;

2) обеспечивать одновременный заряд нескольких малых аккумуляторов.

Схема зарядного устройства представлена на рис. 29, а. Мы видим, что аккумуляторы совместно с балластными резисторами подключаются к выпрямителю Д . . . , Д4. Путем соответствующего подбора этих резисторов добиваются требуемого значешя зарядного тока. Из инструкции по эксплуатации кадмиево-никелевых аккумуляторов известно, что начальный разрядный ток может составлять максимум 0,55 /5, а в конце заряда ни в коем случае не должен превышать 0,5 1. Конечное значение зарядного напряжения (1,5 В на каждый аккумулятор) контролируем с помощью подключенного параллельно с аккумулятором аво-мегра. Сопротивление балластных резисторов вычисляем по формуле

6 =

- Ц min

где Ид - напряжение на зажимах зарядного устройства; /Узтт - начальное зарядное напряжение; /ном - номинальный зарядный ток.

Для заряда бортового аккумулятора (12 В/250 мА) получаем при Ua = 25 В; (Узт1п = И В; / = 250 мА

24 В-11 В 14 В

= 56 Ом.

250 мА

250 мА

< ©

JOmA 50мА 50мА

250мА

< в

Рис. 29. Зарядное устройство: а - принципиальная схема; б - печатная плата; в - схема расположения элементов на плате.

мощность потерь на балластном резисторе составляет

= (tyl - 4 min) oM = 14 В 250 мА = 3,5 Вт.

Выбираем резистор на 56 Ом/5 Вт.

Рассчитаем также сопротивление балластного резистора ддя зарядного канала 6 В/250 мА, а для заряда еще трех аккумуляторов (24 В/0,5 А) в качестве балластных сопротивлений возьмем 50-миллиамперные лампы накаливания JJi, . . . ,Лз (телефонные индикаторные лампочки). Это дает следующие преимущества:

1) мы можем заряжать любой аккумулятор с напряжением на зажимах от 1,2 до 12 В приближенно постоянным током 50 мА;

2) все три зарядных канала взаимозаменяемы.

После запуска моделей определим с помощью испытательного прибора оставшуюся емкость аккумулятора (необходимое время подзаряда) и подклютам аккумуляторы передатчика и приемника к соответствующим зарядным фишкам. Загорание лампочек служит хорошим контрольным сигналом о процессе заряда. При заряде положительный полюс аккумулятора подключается к положительному полюсу зарядного устройства, а отрицательный - к отрицательному. При первом заряде необходимо контролировать силу зарядного тока.

Сделаем еще несколько замечаний по схеме.

Данные трансформатора: (У, = 220 В, t/j - 25 В, /г = 250 мА. Если при--обреста готовый трансформатор не удастся, можно сделать его самостоятельно, пользуясь каким-либо руководством.

Печатную плату для выпрямителя изготовим, как и. ранее, путем срезания с пластинки медной фольги (рис. 29, б, в) .

Монтаж самого зарядного устройства предельно прост, что явствует из рис. 30. Кроме уже упомянутых деталей нам потребуется еще планка с лепестками для припайки балластных сопротивлений, три ламповых патрона и антенные гнезда ддя выходных фишек. Для защиты трансформатора и выпрямителя от перегрузок применяется предохранитель (250 мА). Все детали монтируются на угловой плате из 1,5-м1шлиметро-вого алюминия.

Зарядное устройство питается от сети переменного тока (220 В)-, поэтому необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Все сетевые провода должны быть хорошо изолированы и надежно защищены от соприкасания с кожухом (зарядное устройство монтируется в кожухе!). Готовый прибор следует показать специалисту-электротехнику, который оценит качество работы и проверит надлежащим образом соблюдение всех правил техники безопасности. Привлечение специалиста необходимо только при пост-

Рис. 30. Внешний вид зарядного устройства без кожуха.

Рис. 31. Типы миниатюрных реле, применяемых в устройствах дистанционного управления моделями.

ройке зарядного устройства. Все другие самодельные приборы работают либо вовсе без источников напряжения, либо с напряжениями ниже допустимой границы контактного напряжения 42 В.

Для приборов с дистанционным управлением можно применять три типа злектропитания. В начале наших опытов целесообразнее всего пользоваться дешевыми сухими элементами. Для первых экспериментов с дистанционно управляемым приводом их вполне достаточно. При частой эксплуатации устройств следует обратиться к аккумуляторам. При продолжительной повседневной работе с дистанционно управляемыми моделями абсолютно необходимо применять не требующие тщательного ухода никель-кадмиевые аккумуляторы. В случае длительной эксплуатации они обходятся дешевле всего, поскольку могут служить в течение нескольких лет.

Реле - электромеханический ключ

Реле - первый электромеханический конструктивный элемент, с которым мы познакомимся. Из всего множества разрабатываемых промышленностью типов остановимся на стандартных миниатюрных реле (рис. 31). Они изготовляются с высокой точностью и гарантируют требуемую для дистанционного управления эксплуатационную надежность. Миниатюрные реле обладают высокой вибропрочностью, монтировать их можно в любом положении.

Теперь несколько слов о функциях и использовании реле. Реле - это электромеханический ключ. Оно приводится в действие электрическим током (управляющим током) И позволяет передавать сигналы от одного токового контура к другому или сразу к нескольким. Его большое достоинство состоит в том, что с помощью малых токов (порядка нескольких миллиампер) можно переключать значительно более высокие токи (1 А и выше). При покупке реле следует обращать внимание на номинальное напряжение. Нам будут необходимы миниатюрные реле с номинальным напряжением 6 В (годятся и 4-вольтовые) и 2 В.

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую

Электродвигатели послужат нам в качестве приводов для рулевых или исполнительных машинок на моделях, а также в качестве ходовых двигателей (например, у автомобилей или моторных лодок). В соответствии с различным назначением весьма многообразны и конструктивные формы миниатюрных электродвигателей, используемых в практике моделирования. Познакомимся с пришщпом действия и рабочими свойствами этих электромеханических конструктивных элементов.

Обратимся к несложному опыту. В соответствии с рис. 32, а разместим трапещю из толстой медной проволоки (диаметром 2 мм) так, чтобы ее перекладина находилась в поле постоянного магнита. Если через трапещю пропустить сильный постоянный ток (от мотощклетного аккумулятора) , она качнется перпендикулярно магнитным силовым линиям. Рассмотрим для пояснения рис. 32, б. Слева изображены магнитное поле постоянного iviarHHTa и поле, образующееся BOKpjr проводника при протекании по нему тока. Оба поля суммируются в одно (на рисунке справа) . Вследствие сложения магнитных полей на проводник действует сила f,равная

F=BIL,

где В - магнитная индукхщя; I - протекающий по проводнику ток; L - длина проводника в магнитном поле.

Сила F максимальна, если векторы трех величин (F,B и i) взаимно перпендикулярны.

Попробуем теперь, качание трапехщи обратить в непрерывное вращательное движение. Преобразуем для зтого трапехщю в замкнутый виток, оба конца которого подключены к разделенному надвое поворотному кольцу - токосъемнику (каждый конец. - к своей половине). Этот

° Медная проволока

й у т и if-,

Отдельные поля

Суммарное ломе

Рис. 32. К изучению сил, действующих на проводник с током в магнитном поле: а - экспериментальная конструкция; б - физический принцип действия.

Рис. 33. Схематическое изображение электродвигателя.

/ - токопроводящий виток; 2 - коммутатор (коллектор) ; 3 ~ угольная щетка.

I 4/*1 токосъемник называют коммутатором тока или

-С^ I коллектором (рис. 33). Подвод и съем тока осу-

\ \ ществляются с помощью угольных щеток - из смеси

графита и медного порошка. Название коммутатор указывает на вторую функщ1ю токосъемника -переключение тока. Если, например, результарующая сила вытолкнет верхнюю половину витка из магнитного поля, то эта сила, являющаяся причиной вращательного движения витка, уменьшится до нуля. Однако из-за инерции виток еще некоторое время будет продолжать вращаться, пока та его половина, что находилась прежде под северным полюсом магнита, не переместится к южному. Если ток будет сохранять прежнее направление, то произойдет отталкивание витка навстречу прежнему направлению вращения. Во избежание этого необходимо в нужный момент изменить направление тока, что и осуществляет коммутатор (коллектор). Совершенно аналогично обстоит дело и со второй Половиной витка.

Коммутатор, представляющий собой разрезанное пополам кольцо (см. рис. 33), меняет направление тока каждый раз, когда виток поворачивается на 180°, чем и обеспечивает непрерывное его вращение. Задача состоит лишь в том, чтобы добиться как можно более высокого коэффициента полезного действия вращающей силы (вращающего момента М на валу). Путем преобразования формулы F=BIL получаем уравнение

(ci - коэффициент пропорциональности), которое удовлетворительно описывает поведение двигателя в зависимости от его физических параметров.

На рис. 34 представлены схематические изображения двух миниатюрных двигателей. Схема должна помочь нам лучше разобраться в конструкции таких двигателей. В соответствии с вышеприведенным уравнением для получения необходимого вращающего момента М требуется поток Ф определенной величины. В миниатюрных двигателях этот поток создается сильным постоянным магнитом из пермаллоя. При необходимости обеспечения высоких механических мощностей, для чего требуется весьма значительный магнитный поток, используется специальная обмотка возбуждения. На наших моделях в качестве приводных и исполнительных будем применять по возможности миниатюрные двигатели с постоянным магнитом, не требующие дополнительной энергии возбуждения.

С целью максимального использования потока Ф для получения заданного вращающего момента М следует по возможности применять замкнутый магнитный контур, представляющий для потока незначительное сопротивление. Этот контур состоит из ярма, полюсных башмаков

Рис. 34. Схематическое изображение миниатюрного двигателя: а -с обмоткой возбуждения; б - с постоянным магнитом.

/ - клеммы обмотки возбуждения; 2 - обмотка возбуждения; 3 - обмотка якоря; 4 - полюс; 5 - коллектор; б - клеммы якоря; 7 - угольные щетки; 8 - постоянный магнит.

и якоря. Воздушный зазор между якорем и полюсными башмаками стараются делать как можно меньше, так как воздух по сравнению с железом обладает весьма высоким сопротивлением. Обмотка (на рис. 33 она состоит всего из одного витка) наматывается на железный сердечник - якорь. У самых миниатюрных двигателей якоря выполняются в виде двухтаврового ротора или трехлучевой звезды; у миниатюрных двигателей большой мощности (моторы стеклоочистителей) якорь имеет форму барабана. Из сказанного выше следует, что мы не должны вносить больших изменений в конструкцию магнитопровода электрического двигателя (например, с целью изменения е^о массы), разве лишь для уменьшения воздушного зазора.

Вернувшись к рис. 33, рассмотрим два мт-нитных поля: поле возбуждения, создаваемое постоянным магнитом, и поле якоря. Сила поля якоря, называемого также поперечным полем, зависит от тока в якорной обмотке. От силы суммарного поля зависит в конечном счете вращающий момент. При высоких нагрузках двигателя из-за большого тока в обмотке поле якоря становится очень сильным и может оказать обратное воздействие на поле возбуждения, искажая и ослабляя его.

Для наиболее эффективного использования электродвигателей нам следует познакомиться с их эксплуатационными особенностями. Обратимся к их характеристикам, представленным на рис. 35. Примем за основу семейство характеристик миниатюрного двигателя 3040, рассчитанного на номинальное напряжение 3 В (сплошные кривые). На том же рисунке показаны и характеристики для рабочего напряжения 4,5 В (штриховые кривые). Наиболее интересные для нас параметры электродвигателя; ток /, частота вращения п, отдаваемая мощность на валу Р и коэффициент полезного действия г? - представлены как футжции вращаю-

Рис. 35. Характеристики миниатюрного Р,Вт п,оВ1иии двигателя 3040.

щего момента М, т. е. в зависимости от нагрузки. Прежде всего обратим внимание на то, что частота вращения, начиная с и= 3800об/мин при отсутствии нагрузки, с ростом нагрузки линейно падает до значения и= 1800 об/мин. Если двигатель работает при перенапряжении, значения частоты вращения становятся cjmiecTBeHHO больщими, в то

0,1-1000

т - 0

80 60

о 8 16 24 32.xwVcM

20 О

же время характеристика остается по-прежнему линейной. Токи для обоих режимов работы различаются незначительно и линейно растут с увеличением нагрузки. Большой интерес для моделиста представляют отдаваемая мощность и коэффищ1ент полезного действия (КПД) двигателя. Из графиков видно, что характеристика отдаваемой мощности проходит через максимум. При увеличении нагрузки сверх соответствующей этому максимуму двигатель начинает работать неэкономично, поскольку Р, несмотря на рост подводимой электрической мощности, начинает спадать. Следовательно, для двигателей, устанавливаемых на моделях, нагрузку нужно гюдбирать с таким расчетом, чтобы их вращающие моменты соответствовали максимальным значениям характеристик отдаваемых мощностей. В первую очередь это важно для судовых ходовых двигателей, к которым необходимо подбирать соответствующие винты. По графикам или паспорту изготовителя выбирают необходимый для обеспечения максимальной мощйости рабочий ток.

Сравнение кривых Риг? для различных напряжений показывает, что большая отдаваемая мощность при приемлемых значениях КПД достигается в тех случаях, когда двигатель работает при перенапряжении. Нельзя, однако, повышать рабочее напряжение так, как вздумается, ибо при этом реакция якоря может привести к сильному искрению щеток, а следовательно, и к быстрому износу щеток и коллектора. Если от двигателя судовой модели потребуется более высокая мощность, то помочь в этом случае может лишь замена двигателя на другой, более мощный. Для катеров длиной до 50 см скорость, соответствующую прототипу, можно обеспечить с помощью одного миниатюрного двигателя.

Как следует из комментариев к рис. 33, при данных значениях тока и магнитного потока якорь вращается в определенном .направлении. При желании изменить направление вращения достаточно изменить направление тока или магнитного потока. Если изменить одновременно направление и тока, и магнитного потока, двигатель будет сохранять прежнее направление вращения. У двигателей с постоянным возбуждением изменение направления вращения достигается путем простой коммутации напряжения на зажимах. У электродвигателей с обмотками возбуждения можно переключать клеммы этих обмоток либо клеммы выводов якоря.