Автономный источник электрической энергии: Автономные источники тепловой и электрической энергии — Энергетика и промышленность России — № 12 (16) декабрь 2001 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Автономные источники электроснабжения

К возможности иметь автономный источник электроснабжения сегодня стремятся, как частные пользователи, так и крупные промышленные предприятия. Это связано, в первую очередь, с возможными трудностями у электроснабжающих организаций с обеспечением бесперебойной подачи электроэнергии. Продолжительные перебои в электроснабжении приводят не только к финансовым затратам, но и могут стать угрозой для человеческой жизни, если отключения происходят в медицинских учреждениях либо на опасных и вредных технологических производствах.

Основные причины, определяющие наличие независимых источников электроснабжения

— низкое качество тока (резкие скачки, перепады, колебания и пр.), получаемого от энергоснабжающей организации;

— наличие потребителей особой и первой категории, требующих непрерывного электроснабжения;

— отсутствие возможности подключения к существующим электросетям.

Главным достоинством автономного электроснабжения считается бесперебойная работа технологического оборудования. Автономные источники могут использоваться, как в качестве основного, так и в роли резервного источника. Аварийных источник комплектуют устройством АВР, способным подавать напряжение на обесточенный участок электросети за несколько долей секунд.

Разновидности автономных источников

Источником электрической энергии могут являться:

— дизельные или бензиновые генераторы;

— фотоэлектрические батареи;

— ветрогенераторы;

— ветроустановки.

Двигатели в электростанциях могут использоваться, как бензиновые, так и дизельные. Первые, как известно, экономичнее, легче запускаются, характеризуются более значительным моторесурсом. Но их стоимость примерно в 2-3 выше аналогичных по мощности бензиновых. Поэтому дизельные электростанции рекомендуется применять, в случаях, когда перерывы в электроснабжении случаются достаточно часто, что требует продолжительной работы станции. В противном случае целесообразнее использовать бензиновые генераторы.

Солнечные батареи сегодня устанавливаются на частных домах и дачах, в качестве домашней электростанции, и могут использоваться в качестве основного или резервного источника электроснабжения. Они не требуют значительных затрат на выработку электроэнергии, генерация электроэнергии в них происходит практически «даром». К недостаткам данных устройств относят большой объем стартовых финансовых вложений, к тому же особенности насыщения энергией солнца создают некоторые трудности в их эксплуатации. Это связано с тем, что Солнце способно светить не круглый год, а только днем и только в ясную погоду, поэтому в комплекте с фотоэлектрическими батареями используются аккумуляторы, предназначенные для накопления электроэнергия, и конвертеры – устройства, трансформирующее постоянное напряжение от батарей в переменное 220В, 50Гц.

Ветро- и гидрогенераторы — это оборудование, которое уже достаточно давно применяется для генерации электроэнергии. Их использование ограничено различной ветровой активностью местности и наличием водоемов с активным движущимся водным потоком. Также их эффективная эксплуатация сопряжена с использованием дополнительного оборудования (аккумуляторных батарей, преобразователей и пр. ).

Практически 100% надежность системы электроснабжения обеспечивается при параллельной работе с внешними электросетями. Собственная генераторная установка обеспечивает энергетическую независимость, что позволяет увеличить моторесурс, продолжительность периода эксплуатации оборудования на 25-30%.

Автономный источник электроэнергии на 220 В и 12 В. Зарядка от сети и солнечных батарей.

Автономный блок питания AGM-75, AGM-150 — это надежный переносной источник электроэнергии с напряжением 220 В переменного и 12 В постоянного тока. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО: Аккумулятор блока питания заряжается от солнечной батареи или от сети переменного тока 220 В. При подключении потребителей к АКБ пользователь получает электроэнергию 220 В (50 Гц) переменного или 12 В постоянного тока для собственных нужд. Состоит из базового блока питания AGM на 12 В, инвертора на 220 В, солнечной батареи с универсальным кронштейном. Базовый блок питания имеет встроенную зарядку от сети 220 В, систему зарядки от солнечной батареи, систему подключения потребителей 12 В с током 10 А, силовую сеть 12 В с током 80 А. Инвертор на 220 В и солнечные батареи поставляются дополнительно по заказу. Цены на инверторы и солнечные батареи зависят от мощности и функциональных особенностей. ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ:
Источник электроэнергии 220 В и 12 В при отсутствии электросетей;
Аварийный источник питания при отключении электричества;
Альтернативный источник электрической энергии с целью экономии затрат на подключение, получение разрешения, покупку электроэнергии;
Замена бензиновых генераторов и иных передвижных источников электроэнергии;
КОМПЛЕКТАЦИЯ БАЗОВОГО БЛОКА:
Металлический антивандальный корпус с порошковым покрытием;
Гелиевый аккумулятор 75 А/ч или 150 А/ч;
Контроллер аккумулятора и солнечной батареи;
Сетевое зарядное устройство;
Разъемы и выводы сети 10 А;
Предохранитель для сети 10 А;
Выключатель АКБ от сети 10 А;
Клеммы и автомат-выключатель силовой сети 80 А;
Разъем для подключения солнечной батареи.
Солнечная батарея поставляется по заказу. AGM — комплектуется универсальным или регулируемым кронштейнами крепления. Универсальный кронштейн позволяет устанавливать солнечную батарею на землю или крепить к стене под углом 60 градусов. Регулируемый кронштейн позволяет крепить солнечную батарею к корпусу блока питания и регулировать ее наклон. Инвертор на 220 В устанавливается по заказу и крепится к боковой стенке блока питания.

Где применяются дизельные генераторы? — ГЕНМОТОРС

Компьютеры, Интернет, TV, мобильные телефоны — все эти великолепные изобретения техники просто ничто, если нет электрической энергии. Человечество привыкло к этому, и о важности электричества многие задумывается лишь тогда, когда возникают проблемы с электроснабжением. Отключение электроэнергии априори ставит под сомнения полезность всех других достижений техники. К счастью, величайшие умы человечества изобрели такой полезный агрегат, как дизельный генератор, который решают проблему энергозависимости, теперь электрическая энергия есть там, где нет цивилизации и других источников электрообеспечения.

Купить генератор или использовать услугу аренда дизельных электростанций можно на нашем сайте. В ассортименте имеется множество качественных моделей следующих известных производителей дизель генераторов: AKSA, Cummins, FG Wilson, Grupel, PowerLink, Caterpillar, Iveco Motors, SDMO, и т.д…

Дизельный генератор — это специальное энергетическое устройство, которое состоит из дизельного двигателя и как минимум одного генератора. Дизельный генератор функционирует на дизельном топливе и генерирует электрическую энергию для электрообеспечения различных объектов. В последнее время электростанции пользуются огромным спросом и заслужили признание миллионов. Применяют его как основной или резервный источник питания, используют их простые люди, живущие в частных домах, и владельцы всяческих предприятий.

Где применяются дизельные электростанции в качестве основного источника

Как правило, использование дизель генератора как основного источника электропитания или обусловлено полным отсутствием централизованных сетей — удаленные загородные дома, геологоразведочные экспедиции, фермы, вахтовые поселки, или обусловлено высоким уровнем расходов для проведения централизованной электросети — использования дизельных генераторов в поливном земледелии для привода погружных насосов и т.

п. Во втором случае намного экономнее купить генератор, так как затраты на покупку и эксплуатацию дизельной электростанции будут существенно меньше, нежели проведение линии электросети.

Одной из главных причин сегодняшней актуальности альтернативного энергоснабжения является недоступность централизованно подаваемой электроэнергии. Другая причина популярности дизельных электростанций — постоянные перебои в подаче электрической энергии и частая аварийность. Для отдаленных от цивилизации дачных поселков, коттеджных домов, строительных площадок, ферм и небольших предприятий часто единственным решением вопроса с электрообеспечением является автономное электроснабжение — покупка или аренда дизельной электростанции с генератором определенной мощности. Благодаря таким качествам, как долговечность, большой моторесурс, быстрая окупаемость, надежность и экономичность, на многих объектах дизель генераторы — просто незаменимый автономный источник электроэнергии.

Где применяются дизельные генераторы в качестве резервного источника

Есть множество случаев, когда объект уже питается от промышленной сети, но постоянные перебои и отключения электрической энергии создают целый ряд проблем. Для того что обезопасить себя от нежелательных последствий исчезновения или некачественных характеристик электроэнергии можно купить генератор или взять в аренду дизельные электростанции для резервного электропитания. Обычно, как резервный источник дизельные генераторы используются в офисах, на промышленных предприятиях, в банках, школьных, дошкольных и медицинских учреждениях, на складах, в торговых организациях и т. д.

Применение дизельной электростанции в качестве резервного источника питания позволяет избежать отключения и повреждения важной дорогостоящей аппаратуры, сберечь материальные ценности, продолжить функционирование различных учреждений в нормальном режиме. История помнит множество ярких примеров, когда перебои в подаче электроэнергии ставали причиной неприятных последствий. Например, на Западе США в 2003 году, когда был нанесен огромный ущерб из-за ограблений, краж и порчи продуктов питания в период сбоев в подаче электрической энергии.

Вы спросите, а почему покупка и аренда дизельных генераторов пользуются таким небывалым спросом в современном мире?

• Во-первых, дизель генераторы — это полная автономность от городской энергосети. Купить генератор — это, значит, обрести энергетическую независимость. Проще говоря, дизель генераторы способны работать вне зависимости от окружающей сети и погодных условий круглые сутки.

• Во-вторых, это экономическая выгода. Дизельные электростанции просто на голову превосходят бензиновые генераторы по экономии топлива. И, кроме того, дизельное топливо априори дешевле бензинового.

• В-третьих, функциональность в применении дизель генераторов. Это оборудование довольно-таки легко использовать, получая максимальный результат и полную энергетическую независимость. Разумеется, установить дизельную электростанцию намного проще чем, к примеру, вести отдельную линию к объекту.

• В-четвертых, пожаро- и взрывобезопасность. Современные двигатели, которые являются основой дизельных электростанций, отвечают всем нормам пожаробезопасности, что говорит о надёжности использования дизельных установок.

И это еще далеко не все преимущества дизельных электростанций, среди которых также можно упомянуть экологичность, простоту обслуживания, разный диапазон мощностей и т. д. Стоит заметить, что сегодня выпускаются дизельные электростанции, которые можно подключить к компьютеру с целью контроля их работы из рабочего кабинета, что, несомненно, делает контроль и управление дизельной установкой еще более комфортабельным.

В медицине

А Вы знаете, что дизельная электростанция может спасти жизнь человеку, ведь отключения или перебои электричества в больнице могут стоить человеческой жизни. К счастью, сегодня есть дизельные генераторы, которые в случае отключения основного источника электроснабжения начнут выполнять свою миссию спасителей, если использовать их как резервный источник электрической энергии. Купить генератор для использования в качестве резервного источника — это экономия финансовых средств, которые могут быть потеряны в случае простоя при аварии на электрической линии, это залог безопасности в банковских организациях, где есть риск потери информации в случае отключения основного источника, это обеспечение бесперебойной работы жизненно важных аппаратов в учреждениях здравоохранения.

Также дизель генераторы часто используются для резервного электроснабжения в коммунальных службах.

Гражданские

Простых граждан также нередко посещает мысль о том, что нужно купить генератор. Прежде всего, это жители частных домов и владельцы дач, которые устали от постоянных сбоев в подаче электричества. Несмотря на то, что сегодня даже отдаленные от крупных городов поселки электрифицированы, качество основного источника оставляет желать лучшего, поэтому сложно обойтись без резервных источников питания. Дизельный генератор мощностью всего лишь 6-10 кВт позволяет с легкостью решить проблемы с электрообеспечением домов и дач.

В строительстве

В последние годы особым спросом пользуются дизельные генераторы в сфере строительства. Вследствие внедрения новых технологий возникла необходимость в бесперебойной подаче электрической энергии на строительных площадках. Решить эту проблему были призваны дизель генераторы — устройства, которые могут на длительное время обеспечить электроэнергией все участки работ. Поэтому аренда дизельных генераторов является востребованной услугой на строительных площадках. Как вариант, для обеспечения электрической энергией важных строительных объектов можно купить компактный переносной генератор. Такие дизельгенераторы позволяют подключать электродрели, сварочные аппараты и другие необходимые инструменты. Как правило, крупные строительные компании отдают предпочтение дизельным генераторам средней мощности. Обычно, мощность дизельгенераторов для проведения различного рода строительных работ составляет 100-2000 кВт.

Мощность дизельной электростанции необходимо выбирать, исходя их характера осуществляемых работ и типа подключаемого оборудования. Использование современных дизель генераторов позволяет снабдить электроэнергией целый цех, не прерывая при этом производство. Это оборудование может решить вопрос с электроснабжением частей зданий и необходимых устройств, например, крановые электродвигатели, которые установлены для привода механизма крана.

Экстремальные условия

Применяются дизельные электростанции и для работы в экстремальных климатических условиях. В таких случаях используются электростанции в специальных блок-контейнерах типа «Север», которые находят своё применение в качестве аварийных или основных источников электроэнергии при строительстве и эксплуатации горно-обогатительных комбинатов, нефтегазовых скважин и вахтовых поселков. А также используются для энергообеспечения в отдаленных районах Крайнего Севера. Оснащаются такие дизельные электростанции охранно-пожарной сигнализацией, поэтому при использовании являются полностью безопасными.

Купить дизельный генератор — это решение проблем электрообеспечения поселков и небольших населенных пунктов. В тех местностях, где отсутствует центральное электроснабжение, либо же очень часто бывают перебои с подачей электроэнергии, дизельные электростанции — доступная альтернатива. В зависимости от потребностей населенного пункта, применяются электростанции мощностью до 30 кВт, от 30 кВт до 100 кВт, от 100 кВт до 300 кВт, от 300 кВт до 500 кВт, от 500 кВт до 1000 кВт и свыше 1000 кВт — контейнерные электростанции, которые состоят из нескольких генераторов.

Аренда или покупка

Наверняка, многие слышали об услуге аренды, осуществляемая на длительной или краткосрочной основе. Так как одним из преимуществ аренды дизельных генераторов является низкая стоимость услуги, многие берут в аренду необходимое оборудование для решения проблем с электрообеспечением. Это подходящая услуга для тех, кто нуждается в основном или резервном источнике питания на определенный период, или же хочет испытать дизельный генератор, чтоб в будущем не сомневаться в необходимости приобретения этого агрегата.

Когда требуется источник электропитания для проведения разовых выставок, концертов, ярмарок, праздничных или спортивные мероприятий, лучшим решением будет аренда, поскольку нет смысла покупать это оборудование в таких случаях. Нередко аренда интересует людей, перед которыми стоит задача строительства, например, загородного дома. Строительство — трудоемкий и дорогостоящий процесс, поэтому аренда оборудования является идеальным решением. Многие, кто затеял строительство, понимают, что им не нужна покупка некоторых устройств, а вот аренда очень кстати.

Наша компания предлагает услугу «аренда дизельных генераторов», воспользоваться которой может каждый. Мы можем предложить аренд необходимой мощности в интересующем варианте исполнения, включая доставку и предложение полного объема дополнительных услуг. Дизельгенераторы — это современное решение проблем с электроснабжением. Купить или взять в аренду Вы всегда можете с помощью нашего сайта, специалисты помогут Вам сделать правильный выбор и решить все возникающие вопросы. Мы поможем Вам обрести энергетическую свободу и независимость.

Автономные источники тока СКЗ — Справочник химика 21

    При хранении газов в жидком виде удельная энергия элемента возрастает до 1000 Вт-ч/кг. Однако как в первом, так и во втором случае возникают трудности при хранении больших количеств водорода в автономных источниках тока, что заставляет искать пути построения элементов, позволяющих сохранять активные вещества при длительной работе в компактном виде. Представляет интерес применение в качестве топлива гидразина, аммиака и других веществ. Ниже рассматриваются примеры работы таких элементов. [c.59]
    К автономным источникам тока потребители предъявляют ряд специфических требований, связанных с длительностью эксплуатации, объемно-массовыми характеристиками, возможностью ра- боты при больших давлениях или в вакууме, в широком интервале температур, при различных сопротивлениях нагрузки, в условиях вибрации и т. д. [c.5]

    Электрохимический эквивалент. Так как ЭХГ являются в основном автономными источниками тока, то важное значение имеют масса и объем реагентов, запасаемых на определенный период работы ЭХГ. Расход реагента на единицу количества электричества определяется электрохимическим эквивалентом [c.49]

    Большое внимание уделяется проблеме создания на основе топливных элементов автономных источников тока, применяемых в случаях отсутствия возможности присоединения к централизованной сети электроснабжения (в подводных лодках, самолетах, автомобилях и других транспортных устройствах, а также для питания различных устройств, расположенных далеко от линий электропередач). В этих областях применение топливных элементов является оправданным, если они обладают более высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками, чем другие источники энергии, применяемые для этих же целей (гальванические элементы, аккумуляторы, а также энергоустановки с двигателями внутреннего сгорания и др.). [c.247]

    В США предлагается использование топливных элементов в качестве автономных источников тока с большой продолжительностью работы на скрытых военных полевых позициях. Преимущество топливных элементов 250 [c.250]

    Автономные источники тока устанавливаются на автомашинах и самолетах для запуска их двигателей и для питания электроосветительных цепей, на радиостанциях, которыми пользуются геологоразведочные партии и воинские подразделения. Искусственные спутники земли также снабжаются автономными источниками тока. [c.5]

    АВТОНОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА СКЗ Электрогенераторы [c.47]

    МОНТАЖ СКЗ С АВТОНОМНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА [c. 180]

    Автономные источники постоянного напряжения. К ним относят гальванические элементы и аккумуляторы. Сведения о наиболее часто применяемых типах источников тока приведены в табл. А.2.1. Гальванические элементы в общем дают малые токи, аккумуляторы — в отличие от них — могут работать в режиме относительно большого потребления тока. В процессе разрядки выходное напряжение всех химических элементов и аккумуляторов медленно падает. [c.439]

    ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКЗ С АВТОНОМНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА Эксплуатация СКЗ с электрогенераторами [c.214]

    После второй мировой войны в условиях начавшейся научно-технической революции технические требования, предъявляемые к ХИТ, начали заметно возрастать. Появилась потребность в автономных источниках тока с высокими электрическими и эксплуатационными характеристиками в широком диапазоне размеров и условий разряда. [c.8]

    ОАО ЗАВОД АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА  [c. 260]

    Региональный консультационно-технический центр автономных источников тока ООО Фирма АЛЬФА плюс  [c.264]

    Завод Автономных Источников Тока  [c.264]

    Центр автономных источников тока [c.265]

    Топливные элементы находят применение в оборонной технике. Военные организации США испыт .шают электрохимические генераторы на скрытых полевых полигонах, радиолокатор ных и передвижных радиостанциях как автономные источники тока с большой продолжительностью работы. Бесшумность, отсутствие выхлопных газов и дыма обеспечивают возможность тщательной маскировки энергоустановок из топливных элементов. [c.254]

    Для увеличения защитной зоны СКЗ можно рекомендовать установку дополнительных катодных заземлений е автономным источником постоянного тока. Эффект применения катодных заземлений такой же, как и экранных заземлений. [c.145]

    Катодная защита с внешним источником тока получила наибольшее распространение вследствие простоты монтажа и эксплуатации, высокой технологичности и невысокой стоимости. Обычно применяют сетевые источники питания, представляющие собой специальные выпрямители (катодные станции). В значительно меньших объемах применяют автономные катодные станции, содержащие источники постоянного тока термоэлектрогенераторы, турбоальтертаторы, фотоэлектрогенераторы, двигатели внутреннего сгорания с электрическими генераторами. Катодная защита осуществляется установкой, включающей катодную станцию, дренажную линию, анодное заземление и контрольно-измерительные пункты (рис. 31). Отрицательная клемма катодной станции соединяется катодной дренажной линией с защищаемым сооружением. Место соединения дренажной линии с сооружением называется точкой дренажа. Положительная клемма катодной станции соединяется анодной дренажной линией с заземлением, называемым анодным. Ток, стекающий с анодного заземления в землю, вызывает растворение анодных заземлителей. Поэтому с целью обеспечения долговечности анодного заземления стараются использовать малорастворимые анодные материалы. [c. 76]

    Химические источники тока сохранили свое значение до настоящего времени несмотря на то, что электрические генераторы дают возможность получать более дешевую электрическую энергию. Химические источники тока просты по устройству, удобны в эксплуатации, а главное — они автономны в работе. [c.12]

    Современная радиотехника предъявляет требования на автономные источники электрической энергии с большим постоянством напряжения при очень малом отборе тока. Такие источники энергии служат, например, для подачи напряжения на сетки электронных устройств. Для этой цели были разработаны элементы с очень большим сроком службы. [c.569]

    Существует аппаратура, которая по условиям эксплуатации не может получать электрический ток от электростанций. Для литания такой аппаратуры разработаны особые источники тока, способные превращать разные виды энергии в электрическую энергию и имеющие небольшие габариты. Источники тока для питания аппаратуры, не получающей электрический ток от стационарных электростанций, называются автономными. [c.5]

    Ввиду того что существующие источники тока автономного типа обеспечивают лишь отдельные из указанных требований, разработаны и выпускаются различные по устройству и назначению источники тока. [c.5]

    Автономные источники электрической энергии в основном базируются на принципе превращения химической энергии в электрическую. Получение электрической энергии от химического источника тока возможно лишь при протекании в нем химической реакции. Однако не всякая химическая реакция может быть применена [c.5]

    Автономные химические источники тока применяются в аппаратуре, работающей в разных климатических условиях — при температуре от -+-70 до —50° С и разной влажности. Работоспособность и параметры всех первичных элементов в той или иной мере определяются температурой, при которой эксплуатируется источник тока. [c.34]

    Несомненна эффективность применения топливных элементов в военной технике. В США, например, их хотят использовать в качестве автономных источников тока на скрытых полевых позициях бесшумность, отсутствие выхлопных газов и дыма способствуют тш ательной маскировке такой энергоустановки. Естественно, что многие из работ по электрохимическим генераторам засекречены, а иногда их умышленно излагают неправильно. [c.105]

    К недостаткам компенсационного метода относятся невозможность измерения блуждаюш,их токов и необходимость автономного источника тока. [c.201]

    Франции в 1867 г. Ж. Лекланше (рис. 13). Наибольшее количество выпускаемых автономных источников тока этой системы характеризуется низкой стоимостью, достаточной сырьевой базой для массового производства, работоспособностью в широком интервале температур и удовлетворительной сохранностью. Например, в США годовой выпуск таких элементов превышает два миллиарда штук. [c.40]

    В зависимости от условий трассы газопровода для электроснабжения СКЗ применяют твердые выпрямители, подключаемые к электросетям, или автономные источники тока (рис. 4). Твердые выпрямители питаются электроэнергией от линий электропередачи (ЛЭП) номинальным напряжением 220, 380 в (условно обозначаемым 0,4 кв), 500 в, 6 и 10 кв. При питании от ЛЭП напряжением 6 и 10 кв для снижения напрялхения переменного тока до 220 в применяют специальные трансформаторы с комплектом высоковольтного оборудования. [c.22]

    Сведения об источниках тока обычно оказывают решающее влияние на выбор системы защиты. На основе имеющихся источников тока и его типа выбирают системы питания станций катодной защиты в различных местах трассы, а это в свою очередь влияет на протяженность отдельных участков защиты. Станции катодной защиты обычно всегда стремятся установить в местах, возможно более близких к имеющимся источникам питания током питающим сетям переменного или постоянного тока, трансформаторным подстанциям, энергоустановкам и т. д. Это вызывается стремлением, насколько возможно, сократить длину соединительных линий от источника тока к трубопроводу и к анодному заземлению, которые составляют значительную часть стоимости катодной защиты. Обычно длина соединительных линий не должна быть больше 100 м. С другой стороны удаленность линий питания током от места установки источника питания станции катодной защиты обычно не должна превышать 2 км. При более удаленных системах источника тока от места питания защиты обычно стоимость линий подводки тока делает нерациональным питание от такого источника в таких случаях более экономично ярименение автономных источников тока. [c.215]

    Если вблизи трассы защищаемого сооружения нет источников тока, вопрос усложняется и требуются данные о возможности применения автономных источников тока, например, ветродвигателей или двигателей внутреннего сгорания, приводящих в действие генераторы постоянного тока. Одновременно должен быть рассмотрен вопрос о возможности применения для защиты гальванических анодов. Гальванические аноды могут быть установлены в почвах, удельное сопротивление которых не превыщает 50 ом-м, при цинковых анодах—даже 20 ом-м. Для возможности установки ветродвигателей необходимо наметить точки их расположения в местах, где ветросиловое колесо не будет экранироваться от ветра местными строениями и заграждениями. Необходимо также собрать данные о скорости, периодичности и преимущественном направлении ветров это обычно можно получить на ближайшей метеороло ической станции. [c.216]

    С. Б. Орлов — специалист с 20-летним стажем в области разработки и производства химических источников тока, канд. хим. наук. Генеральный директор Регионального консультационно-технического центра автономных источников тока ООО Фирма Альфа плюс , ст. научн. сотр. 22 ЦНИИИ МО РФ, академик Академии проблем безопасности, обороны и правопорядка РФ, председатель секции малогабаритных химических источников тока Международной ассоциации производителей ХИТ ИНТЕРБАТ . [c.266]

    Более быстрые результаты по практическому использованию электрохимических генераторов могут быть получены в области так называемой малой энергетики, т.е. в области использования автономных источников тока для питания аппаратуры, которая по тем или иным причинам не может питаться от общей централизованной сети электрического тока. Это главным образом приборы, устанавливаемые на автомашинах, кораблях, самолетах, спутниках и т.п. Кроме того, речь может идти об аппаратуре (например, радиоприемнике), применяемой в неэлектрифицирован-ных районах страны. [c.250]

    Достоинство катодной защиты — надежность, долговечность недостаток — относительная сложность аппаратурного оформления в тех случаях, когда режим работы поддерл[c.284]

    В начале XX в. довольно широко использовались для бытовых целей (электрические звонки, телефон), марганцево-цинковые элементы типа Лекланше. По мере развития электрификации, увеличения производства динамомашин постоянного тока применение упомянутых первичных элементов для стационарных установок почти прекратилось. Появилась потребность в переносных автономных источниках питания для связи и освещения, а также в источниках питания для радиоустановок в цеэлектрифицированных местностях. [c.550]

    Электрохимические процессы — большая область физико-химиче-ских явлений, из которых наиболее интересны и важны возникновение разности потенциалов и получение электрической энергии за счет химической реакции (химические источники тока — ХИТ) и возникновение химических реакций за счет затраты электрической энергии (электролиз). Оба эти процесса, имеюшие обшую природу, нашли широкое применение в современной технике. Химические источники тока (гальванические элементы, аккумуляторы) используются как автономные и малогабаритные источники энергии для транспортных двигателей и машин, радиотехнических устройств и приборов управления. С помошью электролиза мы получаем различные металлы (А1 Си N1 и т. д.), обрабатываем поверхности металлических изделий, режем и полируем металл, а также создаем изделия нужной конфигурации (электрохимическая размерная обработка и гальванопластика). Электрохимические процессы не всегда служат на пользу человеческому обществу, иногда они приносят большой вред, вызывая процессы коррозии, ведущие к разрушению металлических конструкций и изделий. Чтобы умело бороться с нежелательными явлениями их тоже надо изучать и уметь регулировать. [c.225]

    В настоящее время не стоит вопрос о получении больших количеств электрической энергии при помощи гальванических элементов единйчион мощности. Эта задача гораздо проще и экономичнее решается путем создания тепловых, гидро- и атомных электростанций. Однако в технике и быту с каждым годом растет число приборов, аппаратов и устройств, требующих автономных, легких и малогабаритных источннкон тока. Современные автомобили и самолеты, транзисторная радио- и электроаппаратура, электрические часы и сигнальные устройства, искусственные спутники Земли и космические лаборатории нуждаются в широком ассортименте гальванических элементов. В некоторых случаях как источники тока они совершенно незаменимы. Гальваннческпе элементы могут быть различных размеров и формы, в них отсутствуют подвижные, подверженные износу части. Они относительно легки, автономны, мало чувствительны к вибрации и колебаниям, работают бесшумно и хорошо регулируются. [c.250]

    В отличие от обычной СКЗ катодная установка с противопотенциалом содержит дополнительные катодные заземления с автономным источником постоянного тока (рис. 11). [c.51]

---

Ростехнадзор разъясняет: Установка дополнительного автономного резервного источника питания для электроснабжения жилых многоэтажных домов, отнесенных к I категории надежности энергоснабжения

Вопрос:

В Ростехнадзор поступило обращение с вопросом: требуется ли установка дополнительного автономного резервного источника питания для электроснабжения противопожарных устройств, лифтов и аварийного освещения жилых многоэтажных домов, отнесенных к I категории надежности энергоснабжения и имеющих на вводе два независимых источника энергоснабжения от электрических сетей?

Ответ:

Ответ на данный вопрос подготовлен специалистами Управления государственного энергетического надзора Ростехнадзора.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 07.07.2015 № 679 внесены изменения в Правила технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям (далее — Правила), утвержденные постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 № 861.

В соответствии с п. 14(1) Правил для энергопринимающих устройств, отнесенных к первой и второй категориям надежности, должно быть обеспечено наличие независимых резервных источников снабжения электрической энергией. Дополнительно для энергопринимающих устройств особой категории первой категории надежности должно быть обеспечено наличие автономного резервного источника питания.

Согласно подп. е) п. 25 Правил в технических условиях для заявителей должны быть указаны требования по установке автономного резервного источника питания в случаях присоединения энергопринимающих устройств по особой категории первой категории надежности.

Отнесение энергопринимающих устройств заявителя (потребителя электрической энергии) к определенной категории надежности осуществляется заявителем самостоятельно (п. 14(1) Правил).

В то же время автономные резервные источники питания в случае, если их наличие предусмотрено техническими условиями, подлежат установке владельцем энергопринимающих устройств и технологическому присоединению в порядке, предусмотренном настоящими Правилами (п. 14(1) Правил).

Альтернативные источники электроэнергии для загородного дома —

В настоящее время в качестве основных используются следующие источники электрической энергии: атомные электростанции, работающие на ядерном топливе, тепловые электростанции, работающие на угле или газе и гидроэлектростанции. В ближайшие 50-60 лет запасы природного газа, угля, нефти будут исчерпаны практически полностью и возникнет энергетический кризис, поэтому уже сейчас в большинстве стран мира ведутся разработки энергосберегающих технологий, поиск альтернативных и недорогих источников энергии.

Электроснабжение частного дома можно осуществить различными способами. Так, например, если рядом с домом или на небольшом расстоянии от него проходит линия электропередач 0,4 кВ, то самым недорогим вариантом подключения будет вариант заказа в электромонтажной организации работ по подключению дома к электрическим сетям общего пользования. Если же подключение к электрическим сетям общего пользования связано с большими финансовыми затратами, то актуальным становится вопрос выбора альтернативного источника электроснабжения.

Существует несколько эффективных альтернативных источников электроэнергии. Основными из них являются работающие на энергии солнца и ветра. Выбор альтернативного источника довольно сложный и трудоемкий процесс. Прежде всего, необходимо рассчитать потребляемую электрическую мощность всех потребителей дома с учетом коэффициента загрузки и коэффициента одновременности, затем на основании полученных результатов выбрать мощность и тип источника электроснабжения, руководствуясь стоимостью оборудования, электромонтажных работ и кВт*ч электроэнергии.

Для электроснабжения среднестатистического загородного дома, расположенного в Подмосковье, использующего нагрузку, состоящую из холодильника, освещения, телевизора, кондиционера и стиральной машины, необходим источник электроэнергии мощностью 6 кВт. Среднесуточное потребление составит порядка 16 кВт*ч. Выбор альтернативного источника электроэнергии необходимо производить с учетом возможного увеличения потребляемой мощности:

Ветрогенератор

Стоимость ветроустановки в сборе мощностью 7 кВт составит порядка 24000 долларов. В состав комплекта, помимо самого вертогенератора и мачты для его установки, войдёт контроллер заряда аккумуляторов, инвертор 48/220 В, 20 аккумуляторных батарей емкостью 200 А*ч, необходимых для бесперебойной работы электрооборудования дома во время штиля или низкой скорости ветра.

Солнечная батарея

Электроустановка на основе солнечных модулей мощностью 7 кВт будет стоить ориентировочно 30000 долларов. Комплект будет состоять из 45 монокристаллических солнечных панелей мощностью 270 Вт, контроллера заряда, инвертора 48/220 в и 20 аккумуляторных батарей емкостью 200 А*ч, необходимых для бесперебойной работы в ночное время. Необходимо учесть, что помимо стоимости самой установки по выработке электрической энергии необходимо будет оплатить стоимость электромонтажных работ, составляющих порядка 20% стоимости оборудования.

Альтернативные источники электроэнергии имеют свои недостатки. Так, например, ветрогенератор начинает вырабатывать электроэнергию при скорости ветра от 3 м/с, а на номинальную мощность выходит при скорости ветра от 6 до 12 м/с в зависимости от модели и производителя. Солнечные элементы также зависят от погодных условий, в пасмурную погоду выработка электроэнергии у них снижается в разы.

В CLIMAG.RU всегда помогут произвести грамотный выбор оборудования для альтернативного источника электроэнергии, его установку и электромонтажные работы.

АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электроэнергетике, конкретнее к автономным источникам электропитания, и может найти широкое применение в промышленности, в бытовой технике и особенно на транспорте.

В настоящее время широко распространены резонансные усилители тока, в которых используется явление электрического резонанса в последовательном колебательном контуре.

Известен трансформатор энергии (резонансный усилитель), содержащий источник энергии, выключатель, преобразователь энергии источника в импульсы переменного тока высокой частоты, первый конденсатор (первый фильтр) первичную и вторичную обмотки высокочастотного трансформатора, регулятор частоты первого последовательного колебательного контура, образованного первым конденсатором и индуктивностью первичной обмотки высокочастотного трансформатора, при этом в цепь второго последовательного колебательного контура, образованного вторым конденсатором (второй фильтр) и индуктивностью вторичной обмотки высокочастотного трансформатора включен стабилизатор частоты второго последовательного колебательного контура, а регулятор частоты первого последовательного колебательного контура выполняет функции модулятора частоты первого последовательного колебательного контура, например, частотой модуляции 50 Гц. (Патент WO 2008/103129).

Недостатком известного усилителя является сложность ручной его настройки на резонансную частоту второго последовательного колебательного контура, имеющего большую (больше 100) величину добротности (и, следовательно, большой коэффициент усиления по мощности) и нестабильность его работы при изменяющейся электрической нагрузке. При величине добротности меньше 10 стабильность его работы возрастает, но коэффициент усиления резко снижается.

Известен резонансный усилитель промышленной частоты, содержащий последовательно соединенные первичную обмотку силового трансформатора, обмотки двух встречно включенных управляемых магнитных реакторов, емкости и вторичной обмотки входного понижающего трансформатора, которые образуют последовательный резонансный контур. Резонансная емкость включена между выводами вторичной обмотки входного трансформатора и первичной обмотки силового трансформатора. Управляемые магнитные реакторы включены между двумя другими выводами вторичной обмотки входного трансформатора и первичной обмотки силового трансформатора. Два встречно включенных управляемых магнитных реактора выполняют функции индуктивной обратной связи для стабилизации напряжения при изменении электрической нагрузки. Первичная обмотка входного трансформатора подключена к источнику электрической энергии. Электрическая нагрузка присоединена ко вторичной обмотке силового трансформатора. Коэффициент усиления зависит от нагрузки и при настройке резонансного контура превышает единицу (Элементарный учебник физики / Под ред. акад. Г.С. Ландсберга. Т. III. Колебания, волны, оптика, строение атома. — М., 1975, стр. 81-82).

Недостатком известного преобразователя является не высокий коэффициент усиления и сложность ручной настройки усилителя на резонансную частоту при изменяющейся электрической нагрузке.

Известен резонансный усилитель промышленной частоты, содержащий первичный источник энергии промышленной частоты, силовой трансформатор, включающий первую, вторую и третью обмотки и конденсатор. Первые выводы первой и второй обмоток через конденсатор соединены последовательно. Вторые выводы первой и второй обмоток подсоединены к полюсам внешнего источника переменного тока. Вторая обмотка выполняет функции элемента обратной связи. При этом для увеличения на выходе электрического сигнала на вход усилителя для питания колебательного контура подают сигнал переменного тока, находящийся в полосе пропускания колебательного контура усилителя, через элемент положительной обратной связи. Этот сигнал подают через элемент обратной связи последовательно с источником сигнала, при этом в сердечнике лавинообразно нарастает магнитный поток, который индуцирует ЭДС во вторичных обмотках усилителя для питания потребителей. (патент России №2600097, МПК H03F 3/20, опубл. 20.10.2016 г.).

Недостатком этого известного преобразователя является сложность ручной настройки усилителя на резонансную частоту при изменяющейся электрической нагрузке и нестабильность усиления обусловленная изменением температуры сердечника трансформатора в процессе работы преобразователя в режиме лавинообразного не контролируемого нарастания магнитного потока в сердечнике.

Известен принятый автором за прототип резонансный усилитель электрического сигнала, содержащий первичный источник энергии промышленной частоты, входной и силовой трансформаторы с нагрузкой во вторичной обмотке силового трансформатора и последовательный резонансный контур между трансформаторами, состоящий из конденсатора и индуктивности входной обмотки силового трансформатора, а также из устройства обратной связи между обмотками входного и силового трансформатора. Резонансный усилитель мощности содержит n каскадов усиления из n понижающих силовых трансформаторов, соединенных между собой с помощью n последовательных резонансных контуров, где n=1, 2, 3, … m, а обратная связь выполнена в виде устройства, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки последнего силового трансформатора к первичной обмотке входного трансформатора. (патент России №2517378, МПК H03F 3/20, 27.05.2014 г.).

Недостатком этого преобразователя также является сложность ручной настройки усилителя на резонансную частоту при изменяющейся электрической нагрузке и нестабильность резонансной частоты контура, а следовательно и усиления, обусловленная изменением температуры сердечника трансформатора в процессе работы преобразователя в режиме нарастания магнитного потока в сердечнике.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат заключается в повышении стабильности коэффициента усиления, стабилизации величины коэффициента усиления при изменении различных факторов, например, величины нагрузки, температуры, сдвига резонансных частот и т.п., за счет ввода в известный резонансный усилитель мощности системы автоматического регулирования резонансной частоты в каждом отдельном последовательном резонансном контуре резонансного усилителя мощности и первичном источнике энергии.

Технический результат достигается тем, что в известный источник электрической энергии, содержащий включающий силовой трансформатор и последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора и индуктивности обмотки силового трансформатора, а также из блока обратной связи, при этом резонансный усилитель содержит n каскадов из n понижающих силовых трансформаторов, первичные обмотки каждого из которых кроме первого соединены через соответствующий резонансный контур с вторичной обмоткой понижающего силового трансформатора предыдущего каскада, первичная обмотка понижающего силового трансформатора первого каскада соединена с вторичной обмоткой силового трансформатора, а вторичная обмотка понижающего силового трансформатора n-го каскада соединена с нагрузкой, вход блока обратной связи связан с вторичной обмоткой понижающего силового трансформатора n-го каскада, а обратная связь выполнена в виде блока, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки понижающего силового трансформатора n-го каскада к первичной обмотке силового трансформатора резонансного усилителя.

Источник дополнительно содержит блок регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура и блок управления процессом работы источника, а первичный источник энергии выполнен в виде автономного резонансного генератора, вход которого соединен с выходом блока обратной связи, а выход с входной обмоткой входного трансформатора с возможностью образования с помощью витка связи, конденсатора и входной обмотки входного трансформатора последовательного резонансного контура, при этом первый и второй входы блока управления соединены с выводами сигнальной обмотки резонансного контура резонансного генератора, третий и четвертый входы блока управления соединены с выводами сигнальной обмотки входного трансформатора, пятый и шестой входы блока управления соединены с выводами сигнальной силового входного трансформатора, причем первый выход блока управления соединен с первым входом первичного источника энергии, второй выход блока управления соединен с входом блока регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура, образованного с помощью витка связи, конденсатора и входной обмотки входного трансформатора, третий выход блока управления соединен с входом блока регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура между входным и силовым трансформаторами.

При этом блок регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура подсоединен к конденсатору параллельно или последовательно, каждый резонансный контур содержит управляемый магнитный реактор, включенный между двумя другими выводами вторичной обмотки, а первый выход блока регулировки соединен с первым выводом вторичной обмотки входного трансформатора, второй выход блока регулировки соединен с первым выводом вторичной обмотки силового трансформатора.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого источника электрической энергии.

Возможны и другие варианты выполнения блока регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура, например, на варикапах, варикондах, матрице (наборе) конденсаторов с электронными коммутаторами их величины и т.п., но они не применимы для последовательного резонансного контура усилителя мощности, т.к. в условиях резонанса в этих контурах возникают большие электрические напряжения и токи, при которых варикапы, вариконд и т.п. электронные элементы выходят из строя.

Устройство содержит источник 1 постоянного тока энергии, первичный источник 2 энергии, выполненный в виде автономного резонансного генератора переменного тока, резонансные усилители 3, 4, …n мощности, блок 5 обратной связи и блок 6 управления процессом работы автономного источника.

Резонансные усилители 3, 4, …n мощности содержат входной Т1 трансформатор и силовые трансформаторы Т2 — T_i с нагрузкой R_н во вторичной обмотке силового трансформатора T_i, а также последовательные резонансные контура между трансформаторами Т1 — T_i, состоящие из витков (выходных обмоток) W1, W3, … W_i3 связи (выходных обмоток трансформаторами Т1 — T_i), конденсаторов С1 — C_i, индуктивностей входных обмоток W2 — W_i2 трансформаторов Т1 — T_i и блоков 7, 7+i, … 7+n регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров резонансные усилителей 3, 4, …n.

Блок 5 обратной связи выполнен с возможностью однонаправленного движения электрической энергии от вторичной обмотки W_i6 последнего силового трансформатора T_i на вход 14 первичного источника 2 (автономного резонансного генератора переменного тока). Блок 5 может быть выполнен в виде АС — DC преобразователя, предающего на вход 14 часть (например, десятую часть) вырабатываемой резонансными усилителями 3, 4, …n мощности для частичной компенсации затрат энергии первичного источника 1 постоянного тока.

Блок 6 управления процессом работы автономного источника содержит микропроцессор, например, на микросхеме ATmega 8535, шина ввода данных которого соединена с цифровыми выходами n независимых аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Аналоговые входы АЦП через входы 17-22, …2n-1, 2n блока 6 соединены с сигнальными обмотками W4 — W_i4 трансформаторов T1 — T_i. Шина выхода данных микропроцессора соединена с цифровыми входами n независимых цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Аналоговые выходы ЦАП через выходы 23, 25, 27, … n блока 6 соединены с входами 24, 26, 28, … n, соответственно, первичного источника 2 и блоков 7, 7+i, … 7+n регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров резонансных усилителей 3, 4, … n.

Блоки 7+i регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров по фигуре 2 содержат набор конденсаторов С2, соединенных с неподвижными контактами электромеханического галетного переключателя П7+i, который уравляется шаговым двигателем M7+i (мотором). На вход 28 двигателя M7+i с выхода 27 блока 6 подаются однополярные пульсы поворота вала, связанного с переключающим контактом, переключателя П7+i. Поворот вала изменяет рабочее положение переключающиего контакта. Последовательный перебор рабочих положений переключающиего контакта позволяет последовательно выбирать величину емкости кондесатора С2 электромеханически, с помощью блока 6 и тем самым регулировать резонансную частоту контура.

Блоки 7+i регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров по фигуре 3 содержат набор отводов входных (первичных) обмоток W1, W2 — W_i2 трансформаторов Т1 — T_i, соединенных с неподвижными контактами электромеханических галетных переключателя П7+i, которые управляется шаговым двигателем M7+i (мотором). На вход 28 двигателя M7+i с выхода 27 блока 6 подаются однополярные пульсы поворота вала, связанного с переключающим контактом, переключателя П7+i. Поворот вала изменяет рабочее положение переключающиего контакта. Последовательный перебор рабочих положений переключающиего контакта позволяет последовательно выбирать величину индуктивности входных (первичных) обмоток W2 — W_i2 трансформаторов Т1 — T_i электромеханически, с помощью блока 6 и тем самым регулировать резонансную частоту контура.

Блоки 7+i регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров по фигуре 4 содержат магнитные реакторы, выполненные в виде трансформатора, содержащего обмотки L1, L2 намотанные на ферромагнитный сердечник. Величина индуктивности обмотки L2 плавно регулируется за счет изменения магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника путем подмагничивания его импульсами постоянного тока J, пропускаемого через обмотку L1 с выхода 27 блока 6 на вход 28 блока 7+i. Это позволяет регулировать резонансную частоту контура.

Первичный источник 2, выполненный в виде резонансного генератора переменного тока имеет выходной резонансный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L с отводом 29 от части ее обмотки, витка связи W1 и конденсатора (на фигуре 1 не показан). Функции первичного источника 2 преобразовывать постоянное напряжение источника 1 в переменный ток постоянной по величине частоты f₀ и через виток связи W1 предавать в резонансный усилитель 3. Все резонансные усилители 3, 4, …n настроены на частоту f₀ и работают на этой частоте.

Источник электрической энергии работает следующим образом.

Электрическая энергия от источника 1 постоянного напряжения поступает в первичный источник 2 и преобразуется в переменный ток частоты f₀, а затем через виток связи W1 передается в последовательный резонансный контур резонансного усилителя 3, состоящий из конденсатора С1, блока 7 и входной (первичной) обмотки W1 трансформатора Т1. Этот трансформатор, а также все силовые трансформаторы Т2 — T_i, выполнены как понижающие трансформаторы с коэффициентом трансформации N для Т1, например, равным:

где — N_W2, N_W3 — число виков в первичной W2 и вторичной W3 обмотках трансформатора Т1;

N_Wi2, N_Wi3 — число виков в первичной Wi2 и вторичной Wi3 обмотках трансформатора T_i.

В рассматриваемых резонансных усилителях 3, 4, …n число витков N_W2 и N_Wi2 первичных обмоток больше числа витков вторичных обмоток N_W3 и N_Wi3, например, в 10 раз. Коэффициент трансформации N равен 10.

При этом у каждого резонансного усилителя 3, 4, …n во вторичных (выходных) обмотках Wi3 выходной ток увеличивается в N раз, выходное напряжение уменьшается N раз, а выходное сопротивление уменьшается N² раз. Это позволяет согласовать низкое входное сопротивление каждого резонансного усилителя с выходным сопротивлением каждого предыдущего резонансного усилителя и таким образом значительно снизить влияние входного сопротивления каждого резонансного усилителя на добротность последовательного резонансного контура предыдущего резонансного усилителя.

В последовательном резонансном контуре, например, резонансного усилителя 3, состоящем из конденсатора С1, блока 7 и входной (первичной) индуктивности обмотки W2 трансформатора Т1, при резонансной частоте контура равной частоте f₀ электрическое напряжение увеличивается в Q₃ раз:

где R_W2 и X_LW2 — активное и индуктивное сопротивление последовательного резонансного контура резонансного усилителя 3.

Величина напряжения UL на обмотках W2, …, Wi2 в последовательных резонансных колебательных контурах зависит от частоты и тем острее, чем больше добротность контура. Например, для резонансного усилителя 3 эта величина U_L3 определяется соотношением:

где — f — текущая величина резонансной частоты последовательного резонансного колебательного контура;

— f₀ — частота автономного резонансного генератора 2.

Таким образом на выходе резонансного усилителя 3, во вторичной (выходной) обмотке W3 трансформатора Т1, выделяется электрическая энергия с увеличенным напряжением в Q₃ раз за счет резонанса, уменьшенным в N раз по напряжению и увеличенным в N раз по току во вторичной обмотке за счет трансформации.

Аналогичные процессы увеличения и трансформации происходят в резонансном усилителе 4 на резонансной частоте f₀. При этом электрическая энергия с возросшим током и напряжением поступает в последовательный резонансный контур с добротностью Q4, состоящий из конденсатора С2, блока 7+i и входной (первичной) индуктивности обмотки Wi2 трансформатора Т2. В этом усилителе 4 электрическая энергия снова возрастает по напряжению в Q₄ раз за счет резонанса, уменьшается в N раз по напряжению и увеличивается в N раз по току во вторичной обмотке Wi3 за счет трансформации в трансформаторе Т2 и т.д.

Далее электрическая энергия передается в последующие резонансные усилители где процессы трансформации ее на резонансной частоте f₀ происходят аналогично.

В последнем резонансном усилителе n электрическая энергия с увеличенным напряжением поступает в последовательный резонансный контур с добротностью Q_n, состоящий из конденсатора Ci2, блока 7+i и входной (первичной) индуктивности обмотки Wi2 трансформатора Ti. В этом усилителе электрическая энергия снова возрастает по напряжению в Q_n раз за счет резонанса, уменьшается в N раз по напряжению и увеличивается в N раз по току во вторичной обмотке Wi5 за счет трансформации в трансформаторе Ti и поступает в электрическую нагрузку R_н, подключенную к вторичной обмотке Wi5.

Часть электрической энергии со вторичной обмотки Wi6 поступает в выпрямитель блока 5 обратной связи. Выпрямленное напряжение далее передается на вход 14 первичного источника 2 и компенсирует часть затрат энергии источника 1, например, подзаряда аккумулятора этого источника.

При изменении, например, величины нагрузки или величины индуктивности (например, нагрева ферромагнитного сердечника трансформатора от температуры внешней, окружающей, среды и т.п.), изменяются величины добротности Q3, Q4, ……O_n и резонансные частоты в последовательных резонансных колебательных контурах усилителей 3, 4, …n. В этом случае резонансных частоты колебательных контуров могут быть не равны частоте f₀ автономного резонансного генератора 2. Эти изменения согласно (3) и (6) будут приводить к уменьшению величин напряжений U_L на обмотках W2, …, Wi2 в последовательных резонансных колебательных контурах и электрической мощности Р_вых на выходе усилителя, во вторичной обмотке Wi5.

Для стабилизации текущей величин резонансной частоты последовательных резонансных колебательных контуров, выполнения равенства их частот частоте f₀ и выходной мощности Р_вых, выделяемой на активной нагрузке R_н блок управления 6 периодически через каждые 0.1 сек через свои входы 17-18, 19-20, 21-22, …, 2n-1 — 2n запрашивает величины переменных напряжений с сигнальных обмоток W4 — W_i4 трансформаторов T1 — T_i. С помощью аналого-цифровых преобразователей блока 6 эти напряжения преобразуются в цифровую форму. Затем микропроцессор блока 6 сравнивает величины этих напряжений с заданными (опорными) величинами этих напряжений, установленными в блоке 6. Если запрашиваемые с сигнальных обмоток W4 — W_i4 величины переменных напряжений не равны заданными (опорными) величинами этих напряжений, то микропроцессор блока 6 формирует цифровые сигналы на поиск максимальной величины этих напряжений. Поиск осуществляется путем формирования последовательности цифровых сигналов, которые передаются в цифро-аналоговые преобразователи блока 6, где преобразуются в аналоговую форму напряжений и с выходов 23, 25, 27, …, n блока 6 поступают на входы 26, 28, …, n блоков 7, 7+i, …, 7+n регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства при его реализации, а именно повысить стабильность коэффициента усиления при изменении различных факторов, например, величины нагрузки, температуры, сдвига резонансных частот и т.п., за счет ввода в известный резонансный усилитель мощности системы автоматического регулирования резонансной частоты в каждом отдельном последовательном резонансном контуре резонансного усилителя мощности и величины выходного напряжения первичного источника энергии.

Источник электрической энергии, содержащий резонансный усилитель, подключенный к источнику постоянного тока, включающий силовой трансформатор и последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора и индуктивности обмотки силового трансформатора, а также из блока обратной связи, при этом резонансный усилитель мощности содержит n каскадов из n понижающих силовых трансформаторов, первичные обмотки каждого из которых, кроме первого, соединены через соответствующий резонансный контур с вторичной обмоткой понижающего силового трансформатора предыдущего каскада, первичная обмотка понижающего силового трансформатора первого каскада соединена с вторичной обмоткой силового трансформатора, а вторичная обмотка понижающего силового трансформатора n-го каскада соединена с нагрузкой, вход блока обратной связи связан с вторичной обмоткой понижающего силового трансформатора n-го каскада, а обратная связь выполнена в виде блока, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки понижающего силового трансформатора n-го каскада к первичной обмотке силового трансформатора резонансного усилителя мощности, отличающийся тем, что источник электрической энергии содержит блок управления и в каждом каскаде блок регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура, при этом соответствующие входы блока управления соединены с выводами соответствующих сигнальных обмоток силового трансформатора и понижающих силовых трансформаторов каждого каскада, причем соответствующие выходы блока управления соединены с первым входом первичного источника энергии и с входами блоков регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура соответствующих каскадов резонансного усилителя мощности.

(PDF) Концепция автономной системы электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии

Журнал устойчивого развития энергетики, водоснабжения

и экологических систем

Год 2017

Том 5, выпуск 4, стр. 579-589

588

2. Селлура, М., Ди Ганги, А. и Ориоли, А., Оценка энергетики и экономики

Эффективность фотоэлектрических систем, работающих в плотном городском контексте, J. Sustain.

Дев.Energy Water Environ. Syst., Vol. 1, No. 2, pp 109-121, 2013,

http://dx.doi.org/10.13044/j.sdewes.2013.01.0008

3. Мэттес, Дж., Хубер, А. и Кёрсен, J., Энергетический переход в малых регионах —

Что мы можем узнать с точки зрения региональных инновационных систем, Энергетическая политика,

Vol. 78, pp 255-264, 2015,

https://doi.org/10.1016/j.enpol.2014.12.011

4. Маркард, Дж., Рэйвен, Р. и Трюффер, Б., Переход к устойчивому развитию: Новые области исследований

и их перспективы, Политика исследований, Vol.41, No. 6, pp. 955-967, 2012,

https://doi.org/10.1016/j.respol.2012.02.013

5. Blechinger, P., Cader, C., Bertheau, P. , Хюискенс, Х., Сегин, Р. и Брейер, К., Global

Анализ технико-экономического потенциала гибридных систем с использованием возобновляемых источников энергии на малых островах

, Энергетическая политика, Vol. 98, 2016,

http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2016.03.043

6. Паска Й., Распределенное производство электроэнергии с гибридными системами (на польском языке), Энергетика,

Том. .6, pp 457-462, 2013.

7. Панг, К., Вяткин, В., Майер, Х., На пути к киберфизическому подходу к прототипированию

Системы автоматизации внутреннего освещения, системы, человек и кибернетика (SMC) , 2014

Международная конференция IEEE, IEEE, стр. 3643-3648, 2014.

8. Беккали, М., Бономоло, М., Галатиото, А., Ипполито, М.Г. и Зиццо, Г., Лаборатория

Установка для оценки воздействия систем BACS и TBM на освещение,

Исследования и приложения возобновляемой энергии (ICRERA), 2015 Международная конференция

, IEEE, стр. 1388-1393, 2015.

9. Цзинь, М., Фэн, В., Лю, П., Марней, К. и Спанос, К., MOD-DR: Microgrid Optimal

Диспетчеризация с ответом на спрос, прикладная энергия, Vol. 187, pp 758-776, 2017,

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.093

10. Вакуи, Т., Кавайоши, Х., Йокояма, Р. и Аки, Х. ., Управление эксплуатацией

жилых энергосетей на основе оптимизационных подходов, применяемых

Энергетика, Том. 183, pp 340-357, 2016,

https: // doi.org / 10.1016 / j.apenergy.2016.08.171

11. Фабрицио, Э., Бранчифорти, В., Костантино, А., Филиппи, М., Барберо, С., Текко, Г. и

Молино, А. ., Мониторинг и управление микро-умной сетью для возобновляемых источников

Эксплуатация на агропромышленной площадке, Устойчивые города и общество, Vol. 28,

pp 88-100, 2017,

https://doi.org/10.1016/j.scs.2016.08.026

12. Croce, D., Giuliano, F., Tinnirello, I., Galatioto , А., Бономоло, М., Беккали, М. и

Зиццо, Г., Overgrid: полностью распределенная архитектура ответа на запросы, основанная на перекрывающихся сетях

, Транзакции IEEE в области автоматизации науки и техники, 2016 г.,

https: // doi .org / 10.1109 / TASE.2016.2621890

13. Грела, Дж. и Ладович, А., Инструмент планирования и проектирования автоматизации зданий

, внедряющий классы эффективности EN 15 232 BACS, новые технологии и

Factory Automation (ETFA), 2016 IEEE 21

st

Международная конференция, стр. 1-4, 2016.

14. Вардах, М., Кубарски, К., Паплицкий, П. и Цежневски, П., Autonomous Power

Концепция электроснабжения частного дома (на польском языке), Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 89,

No. 1a, pp 48-50, 2013.

15. Ольшовец П., Автономные системы малой мощности для микросетей (на польском языке), Энергия

Gigawat, Vol. 7-8, 2009.

16. Ситарз С. Проектирование гибридных электростанций на солнечных и ветряных турбинах (на польском языке), Механика,

Vol.24, No. 3, pp. 211-219, 2005.

17. Стефаниак А., Гибридные системы с возобновляемыми источниками энергии (на польском языке), Czysta Energia,

Vol. 11, pp. 22-23, 2013.

18. Мохаммади, М., Хоссейниан, С.Х. и Гарахпетиан, ГБ, Оптимизация гибридных источников

Солнечной энергии / систем ветряных турбин, интегрированных в инженерные сети как Microgrid

(MG) под Пул / двусторонний / гибридный рынок электроэнергии с использованием PSO, Solar Energy, Vol. 86,

No. 1, pp 112-125, 2012,

https: // doi.org / 10.1016 / j.solener.2011.09.011

Автономная власть — обзор

2 Теория

Формирование европейского государства было многомерным процессом, но большинство теорий государственного строительства по-прежнему одномерны. Следовательно, многофакторная трехуровневая теория государственного строительства, которая объединяет (а) микроуровень индивидов и групп, (б) мезоуровень политической системы и (в) макроуровень общества, представляет собой более многообещающее предложение (Reinhard 1992).

Государственное строительство начинается на микроуровне с корыстной жажды власти отдельных людей, часто с конкурентного преимущества в виде королевского сана.До существования государства как абстрактного института необходимая надличностная преемственность обеспечивалась династией. Династическое государственное строительство заключалось в устранении или, по крайней мере, в контроле над соперничающими обладателями автономной власти, начиная с догосударственной фазы истории — дворянством, церковью, городскими и сельскими общинами — с целью установления монополии на власть. Чтобы добиться успеха, династиям требовалась помощь правящих элит, которые в своих интересах сделали рост государственной власти своим делом.В конечном итоге адвокаты буржуазного происхождения оказались более подходящими для этой роли, чем члены церкви или дворянства, потому что, в отличие от последних, адвокаты обязаны своим статусом и властью служению монархам.

Глубокие изменения на мезоуровне политической системы явились результатом успешного использования войны, религии и патриотизма с целью расширения династической власти. Существовавшее ранее соперничество европейских монархов неизбежно росло вместе с их властью, потому что стало необходимо опережать своих соседей, расти за их счет и, в свою очередь, защищать себя от тех же целей.Следовательно, им требовались постоянно растущие армии и деньги во все возрастающем количестве, чтобы заплатить им. В решающей фазе своего роста современное государство было военным государством, которое расширило свои налогообложение, управление и аппарат принуждения, главным образом, для ведения войны.

Это привело к циклическому процессу, циклу принуждения-извлечения (Finer 1997) и, наконец, к внутренней и внешней монополии насилия. В конце концов, войну ведут только государства. Частные войны, такие как вендетты или вражды, восстания знати или народа, больше не были законными при могущественном военном и полицейском государстве.«Необходимость» в служении общему благу служила ключевым аргументом, узаконившим этот рост государственной власти. Но когда конкурирующие «конфессиональные» церкви после протестантской Реформации потеряли большую часть своей автономии в пользу государства — цену, которую пришлось заплатить за политическую защиту, — религия стала инструментом эмоциональной идентификации подданных со своей страной. «Католик» и «баварский», «польский» или «испанский» стали почти синонимами, с одной стороны, так же как «протестантский» и «английский», «прусский» или «шведский» — с другой.

Существенный вклад был внесен социальной и культурной средой на макроуровне. Во-первых, геоисторическая множественность Европы была стимулом для роста государственной власти через цикл принуждения и изгнания. Результатом стал стабильный плюрализм внутренне строго унитарных государств — исключительный случай во всем мире. Универсальные империи никогда не имели шанса в Европе; Священная Римская империя немцев была в лучшем случае первой среди равных. Но внутреннее единство не было реализовано до конца восемнадцатого, девятнадцатого, а в некоторых случаях даже двадцатого века.Долгое время большинство монархий состояло из нескольких частей с неравным статусом, таких как Кастилия и Арагон или Полония и Литва.

Повсюду монархам приходилось иметь дело с мощной системой автономного местного дворянского правления, с одной стороны, с общенациональной сетью частично автономных городских и сельских общин, с другой, опять же с европейской спецификой. Кроме того, до Реформации Церковь считала себя независимым сообществом, в некотором смысле даже государством перед государством.Этот исключительный европейский дуализм духовного и мирского в сочетании с столь же уникальным политическим плюрализмом оказался предпосылкой политической свободы, хотя ни церковь, ни государство, ни дворяне, ни городские олигархии не выступали за какую-либо свободу, кроме своей собственной. Наконец, сильное положение церкви объясняется ее ролью хранителя латинской культуры. Римское право, в некоторой степени преобразованное в каноническое право Церкви, прямо или косвенно доказало основополагающее значение не только для построения монархического государства, но и для свободы личности и собственности.

Автономные энергетические системы с синхронными генераторами и водородными источниками энергии

1.

Коровин Н.В., Топливные элементы и электрохимические энергоустановки, , М .: МЭИ, 2005.

Google Scholar

2.

Хожаинов А.И., Рудаков Б.В., Середа Г.Е., Никитин В.В. Экологически чистый источник энергии для автономного тепловоза.Транспорт , 1999, вып. 7.

3.

Миллер, А.Р., Хесс, К.С., Барнс, Д.Л., Эриксон, Т.Л., Системное проектирование большого гибридного локомотива на топливных элементах, J. Power Sources , 2007, т. 173, стр. 935–942.

Артикул Google Scholar

4.

Хаммершмидт А.Е. Двигательная установка подводных лодок на топливных элементах, Proc. Усовершенствованный морской силовой агрегат. , Арлингтон, Вирджиния, 30–31 октября 2006 г.

Google Scholar

5.

Подводная лодка типа 212А. www.naval-technology.com/ projects / type_212 /

6.

Мардж Райан, Топливные элементы для более экологичного судоходства. Взгляд аналитика, FuelCelToday , 5 декабря 2012 г. www.fuelcelltoday.com

Google Scholar

7.

Пассажирское судно с приводом от топливных элементов, находящееся на коммерческой эксплуатации. Презентация Proton Motor Fuel Cell GmbH. www.proton-motor.de

8. Пресс-релиз

JR East, объявляющий о программе топливных элементов NE-Train.www.jreast.co.jp/press/2006_l/ 20060404.pdf

9.

Миллер, А.Р., Туннельные и горнодобывающие применения транспортных средств на топливных элементах, Fuel Cells Bull. , май 2000 г.

Google Scholar

10.

Miller, A.R. и Барнс, Д.Л., Локомотивы на топливных элементах, Proc. Fuelcell World, Люцерн , 1–5 июля 2002 г.

Google Scholar

11.

Миллер А.Р., Эриксон, Т.Л., Диппо, Дж. Л., Иннес Эйзеле, Р., Джонсон, М. Д., Ламбрехт, Т., Локомотив на водородных топливных элементах: демонстрация переключения и передачи электроэнергии в сеть, Proc. 9-й Всемирный конгресс по железнодорожным исследованиям , Лилль, 22–26 мая 2011 г.

Google Scholar

Автономные энергосистемы | Модернизация сети

NREL исследует автономные энергосистемы, применяя новые концепции, такие как автономные системы в электрические сети.

Сосредоточившись на фундаментальных исследованиях в области теории оптимизации, теории управления, анализа больших данных, и теории сложных систем, мы стремимся разработать гибкую структуру планирования и работы которые могут идти в ногу со сложностью современных электрических сетей. Ключевой аспект этого Research разрабатывает механизмы для управления и оптимизации распределенных сетей.в отличие текущие системы, которые полагаются на централизованные вычислительные платформы для управления сетью, автономные энергосистемы могут самоорганизовываться и контролировать себя с помощью передового машинного обучения. и моделирование. Для этого автономные энергосистемы будут полагаться на масштабируемую сотовую связь. блоки, которые могут действовать аналогично микросетям, самооптимизируясь при изолировании и участвуя в оптимальной работе при соединении в большую сетку.

В дополнение к преимуществам автономных энергосетей с точки зрения эксплуатации сетей, они обеспечивают значительные преимущества для устойчивости за счет устранения единичных точек отказа в мониторинге и управлении сетью. Это гарантирует безопасность работы системы. от атак и устойчивость к отключениям, непредвиденным обстоятельствам и стихийным бедствиям.

Мастерские

Семинар по автономным энергетическим системам, август.19–20, 2020

Инновационные методы оптимизации и управления для автономных систем с высокой степенью распределенности, 11–12 апреля 2019 г.

Семинар по автономным энергетическим сетям, 13–14 сентября 2017 г.

Публикации

Распределенное обучение с подкреплением с ADMM-RL, Американская конференция по контролю (2019)

Эффективная распределенная оптимизация ветропарков с использованием проксимальных первично-двойных алгоритмов, Американская конференция по управлению (2019)

Иерархическое регулирование распределенного напряжения в сетевых автономных сетях, Американская конференция по управлению (2019)

Онлайн-оптимизация как контроллер обратной связи: стабильность и отслеживание, IEEE Transactions по управлению сетевыми системами (2019)

Первично-двойные онлайн-методы с обратной связью по измерениям для изменяющейся во времени выпуклой оптимизации, IEEE Transactions по обработке сигналов (2019)

Седловая динамика для оптимизации на основе распределенной обратной связи, IEEE Control Systems Letters (2019)

Краткосрочное прогнозирование в сети для автономной ветровой электростанции, Американская конференция по контролю (2019)

Оценка направления ветра с использованием данных SCADA с оптимизацией на основе консенсуса, Wind Energy Science (2019)

Autonomous Energy Grids, 51-я Гавайская международная конференция по системным наукам (2018)

Потребности в фундаментальных исследованиях для автономных энергосетей: итоговый отчет семинара по Автономные энергетические сети: 13–14 сентября 2017 г. , Технический отчет NREL (2017 г.)

Контакт

андрей[email protected]
303-275-3912

Электроэнергия в США — Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия в США производится (генерируется) с использованием различных источников энергии и технологий

Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии менялись со временем, и некоторые из них используются чаще, чем другие.

Три основных категории энергии для производства электроэнергии — это ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.

Нажмите для увеличения

Ископаемое топливо — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии

Природный газ был крупнейшим источником U — около 40%.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.

Уголь

был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.

Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточное жидкое топливо и нефтяной кокс используются в паровых турбинах.Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.

Ядерная энергия обеспечивает пятую часть электроэнергии США

Атомная энергия была источником около 20% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают растущую долю электроэнергии в США

Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и являются источником около 20% всего U.С. Производство электроэнергии в 2020 году.

Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. ¹ Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, подключенной к генератору.

Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество.

Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.

Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия — два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах.В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.

Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

¹ Включает обычные гидроэлектростанции.

Последнее обновление: 18 марта 2021 г.

Автономная система энергоснабжения на основе водорода 「h3One ™」 ： Продукция и технические услуги ： Водородная энергия

h3One ™ обеспечивает комплексное решение для производства водорода с использованием возобновляемых источников энергии, хранения произведенного водорода в резервуаре и преобразования его в электричество при необходимости .h3One ™ способствует стабильному энергоснабжению как в обычное, так и в аварийное время.

Отдельное сообщество может иметь множество различных форм, от муниципалитетов до офисных зданий. Управление энергопотреблением — решающий фактор для роста сообщества. Использование возобновляемых источников энергии и водорода помогает создавать планы управления непредвиденными обстоятельствами и окружающей средой, необходимые для создания устойчивого сообщества.

Стандартная модель h3One ™ в целом состоит из следующих трех блоков:

1.Водный электролизер, который электролизует воду для производства водорода с использованием излишков возобновляемой энергии. (Производство)
2. Резервуар для хранения водорода. (Магазин)
3. Система топливных элементов, вырабатывающая электричество, тепло и горячую воду с использованием водорода. (Использование)

Водород также можно использовать непосредственно в качестве топлива.

h3One ™ — это экологически чистая система без CO ₂ , которая поддерживает все стадии от производства до использования водорода.

h3One ™ тихий и не издает запаха. h3One ™ — это автономная система энергоснабжения, способная работать в случае отключения электроэнергии.

Для его установки требуется только фундамент и минимум трубопроводов. Кроме того, h3EMS ™, система управления водородной энергией, обеспечивает возможность автономной работы h3One ™. Дозаправка и замена топлива также не нужны.

h3One ™ оснащен h3EMS ™, автоматической системой управления энергопотреблением, которая эффективно контролирует подачу электроэнергии в соответствии с потребностями.

h3One ™ помогает реализовать ваши идеи, такие как создание экологически чистых сообществ, повышение готовности к чрезвычайным ситуациям и эффективное использование энергии.

Для клиентов, которым требуется подробная информация о h3One ™

Щелкните здесь, чтобы загрузить брошюру о h3One ™. Откроется страница загрузки.

CSC 297 Конструкция робота: Энергия

CSC 297 Конструкция робота: Энергия CSC 297 Конструкция робота: Энергия

Реальная энергия
источник изображения

Консервы?
источник изображения

Введение

Роботы движутся.В частности, они перемещаются непостоянным образом. Исходя из основ физики, изменение движения массивного тела требует расход энергии. Роботы тоже умеют. Физика подсказывает, что это тоже требует некоторой энергии, хотя связь не так очевидна, и теоретическая нижняя граница мала по сравнению с существующими устройствами.

Итак, роботам нужна энергия.

В наши дни большая часть вычислений выполняется в электронном виде. Электроэнергия также используется почти исключительно для управления датчики и исполнительные механизмы, даже если они не электрические энергия обеспечивает главную движущую силу.Итак, роботам обычно нужна электрическая энергия.

Энергию для движения можно получить из электричества или из других источников. например, бензиновые двигатели или сжатые газы. Для небольших домашних роботов, которые, скорее всего, будут электрические приводы, созданные начальным конструктором, являются наиболее распространенными. Раньше для летательных аппаратов требовались двигатели внутреннего сгорания, но новые Аккумуляторная технология сделала автономные электрические летательные аппараты возможными, по крайней мере, для кратковременные (10-20 минут) миссии.Для полетов на дальние или дальние расстояния по-прежнему нужны двигатели внутреннего сгорания но кто знает? Этот дешевый и легкий топливный элемент может быть где-то рядом угол.

Обед

Как сказал однажды философ, о котором я слышал, «главный вопрос жизни, вселенной и всего остального, ‘что я буду есть сегодня?’ «. Для конструктора робота это означает «Где мой робот получит энергию?»

Конечно, робота можно привязать к источнику питания, например электрический кабель или пневматическая линия, и в этом случае возникает проблема с энергоснабжением могут быть отделены от конструкции робота.Однако тросы питания сильно ограничивают диапазон эксплуатации, а также необходимость избегать перекручивания и запутывания троса создает дополнительные проблемы.

Хороший способ беспроводной передачи энергии был бы фантастическим, но современные технологии в этом отношении примитивны, особенно по сравнению с беспроводной передачей информации, которая очень развитый. Режимы беспроводной передачи энергии, которые были исследованы для использования в роботы включают свет (солнце, лазеры) + солнечные батареи, микроволновые лучи, ветер (ветряные мельницы, парусники) и индуктивная связь (иногда с резонансом).У всех есть существенные ограничения.

На практике для реальной автономии необходим бортовой источник энергии. Может возникнуть необходимость периодически «дозаправляться», но между заполнения, такой робот имеет гораздо больше свободы, чем он если привязано.

Для конструктора-любителя бортовая энергия часто сводится к одному варианту: батарейки. Так что большая часть материала здесь посвящена именно этому.

---

---

Основные сведения об аккумуляторах

Аккумуляторы обеспечивают мгновенный доступ к электроэнергии по требованию, длительное время хранения (от нескольких дней до нескольких лет), разумная удельная мощность, и бесшумная работа без вибрации.У них нет движущихся частей, выбросов, горячих компонентов и производят мало отработанного тепла. Они не требуют обслуживания, просты с механической точки зрения, прочные и надежные. Их можно изготовить практически любого размера. Ни в одном другом бортовом источнике электроэнергии нет такой комбинации характеристики.

Батареи производят электроэнергию в результате сложных электрохимических реакций. К счастью, химические детали редко имеют отношение к конструктору робота. (за исключением ситуаций, когда содержимое батареи, которое может содержат токсичные и опасные вещества, такие как свинец, кадмий, и металлический литий, могут быть выброшены в окружающую среду).

Основным элементом батареи является электрохимический элемент. Для данной аккумуляторной технологии каждая ячейка генерирует характеристику напряжение (в настоящее время ограничено 3,7 вольтами литиевых элементов). Приобретаемый аккумулятор может состоять из одного или нескольких элементов. ячейки, соединенные последовательно (а иногда и параллельно) для получения более высоких напряжения (и токи). Фактически, термин «батарея» относится к многоэлементной природе много устройств, по аналогии с артиллерийской батареей.

В продаже имеется очень широкий ассортимент батарей.Они различаются по размеру, форме, электрическим характеристикам, химической технологии, перезаряжаемость, а может и в других отношениях. Конструктору робота необходимо выбрать подходящие батареи для каждая из различных способностей, которыми они управляют. Если это не сделать аккуратно, робот либо просто не будет работать, или он будет работать плохо (что может включать сжигание вверх или взрыва). В следующих разделах мы попытаемся осветить некоторые из наиболее важных соображения.

---

Номинальные характеристики аккумулятора

Батареи как блоки оцениваются по их напряжению, емкости, их способность передавать ток и скорость их саморазряда.Химические технологии оценены оценивается по удельной энергии.

Напряжение

Аккумулятор напряжение указано (естественно) в вольтах. Правильно выбранный аккумулятор будет поддерживать свой первоначальный (номинальное) напряжение во время использования, снижающееся очень медленно, почти до полного истощения, в этот момент напряжение быстро падает. Для устройства ВСЕГДА следует использовать правильное напряжение. Слишком низкое — устройство не будет работать. Слишком высоко, и он может сгореть или того хуже (взорваться или поджечь).Некоторые устройства имеют внутренние регуляторы и могут работать с различными напряжениями. Если так, это будет заметно.

Вместимость

Аккумулятор ёмкость обычно указывается в миллиампер-часах (мАч), или иногда ампер-часы для более крупных устройств. Этот рейтинг является приблизительной мерой того, как долго батарея может работать указанный ток до того, как он истощится (т.е. напряжение, подаваемое на устройство, падает ниже заданного уровня). Например, номинал 1000 мАч будет означать, что аккумулятор может подавать 100 мА в течение 10 часов или 1000 мА в течение 1 часа.Для сравнения: стандартный щелочной элемент AAA 1,5 В может обеспечить около 1000 мАч, а ячейка D 10 000 мАч. Этот рейтинг не является постоянным. Фактический ток, интегрированный во времени емкость аккумулятора зависит от скорости разряда, периодов «отдыха» и температура, среди других факторов.

Текущая доставка

Допустимый ток указан в амперах (или миллиамперах). Рейтинги могут относиться к устойчивому текущему (максимальный ток, который может быть безопасно доставлен в течение длительный период времени) или до максимальной емкости, (максимальный ток, который может быть доставлен в течение короткого периода времени, обычно несколько секунд).Эти значения могут отличаться на порядок и более. Конструктор роботов, как правило, будет больше всего заинтересован в экологически чистых Текущий. Разрывная способность важна для таких приложений, как запуск бензина. двигатель, в котором используются такие устройства, как «ток холодного пуска» (CCA). Щелочной элемент AAA 1,5 В может непрерывно выдавать около 100 мА, ячейка D, около 500 мА.

Для перезаряжаемых аккумуляторов текущая способность доставки иногда снижается. указан как C-значение. C1 означает выдачу номинальной емкости аккумулятора за 1 час.C10 означает, что скорость в 10 раз выше, или выдача мощности за 1/10 часа. Значения C для аккумуляторов варьируются от C1 до C50. Эту концепцию можно применить и к одноразовым батареям, но для щелочные элементы и некоторые другие технологии, емкость при медленном сливе скорость может в несколько раз превышать производительность при больших дренажах, поэтому номер плохо определен.

Распространенная ошибка начинающих конструкторов — выбор батареи. для работы двигателя только на основе напряжения, требуемого этот мотор; например, используя стандартную 9-вольтовую «транзисторную» батарею для колесных двигателей на 6-12 вольт.Проблема в том, что колесные моторы вполне могут потреблять больше ампер тока при вождении автомобиля. 9-вольтовая батарея рассчитана на несколько десятков миллиампер. максимум, а максимальная емкость ограничена несколькими сотнями (и только когда аккум свежий). Он просто не может обеспечить достаточно энергии приводить в движение моторы. Хорошее практическое правило заключается в том, что ваши батареи должны значительно весить. больше, чем ваши моторы.

Саморазряд

Все аккумуляторы со временем саморазряд , то есть теряют заряд из-за различных внутренних побочные реакции и эффекты медленной диффузии.Ставка может варьироваться от нескольких процентов в месяц до доли процент в год. Разряженный аккумулятор не только не будет обеспечивать электроэнергию, как ожидалось, но и но может быть химическая коррозия или даже опасность пожара. Большинство современных батарей можно оставить как минимум на год, если они полностью заряжены. изначально, а некоторые конструкции прослужат 20 или 30 лет (хотя неясно, было ли это полностью проверено эмпирически, поскольку большинство дизайнов существуют не так давно).

Плотность энергии

Плотность энергии или удельная энергия рейтинг для батареи технология описывает (максимальное) производство электроэнергии для химическая реакция и упаковка.Обычно указывается в ватт-часах на килограмм (Втч / кг). или килоджоулей на килограмм (кДж / кг). 1 ватт-час — это 3,6 килоджоулей. Теоретическая плотность энергии для обычных батарей составляет примерно от 40 до 300 Втч / кг (от 150 до 1100 кДж / кг). Для сравнения, плотность энергии такого топлива, как бензин, составляет примерно 11 000 Втч / кг (40 000 МДж / кг). (Итак, вы можете понять, почему иногда используется топливо, несмотря на его беспорядок)

---

Одноразовые и аккумуляторные батареи

Батареи классифицируются как одноразовые (основные, одноразовые, сменные), или перезаряжаемый (вторичный).

Одноразовый шведский стол

Одноразовые батареи

Одноразовые или первичные батареи — это то, что вы обычно делаете купите в магазине для фонарика. Когда они закончатся, их нужно выбросить и заменены на новые. Это расходы, но если батареи работают от нескольких недель до месяцев нормального использовать, или если устройство используется только изредка, они могут быть лучшим выбором чем аккумуляторы. Общие примеры включают щелочные батареи в Форматы AAA-D и ячейки «кнопки» или «наблюдения».Сменные батареи обычно сохраняют энергию в течение многих лет, по сравнению с днями и месяцами для аккумуляторов. Они также могут иметь лучшую плотность энергии, чем сопоставимые аккумуляторы. Как правило, их использование на постоянной основе дороже, чем аккумуляторные батареи, а также некоторые израсходованные батареи классифицируются как токсичные отходы.

Практические роботы редко используют одноразовые батареи в качестве основных. источник энергии, но может использовать их для поддержания состояния или для определенные операции запуска.

Запрещается пытаться перезарядить одноразовую батарею. Химия в клетке просто не работает наоборот. В лучшем случае устройство нагревается и утекает вредные химические вещества. В худшем случае он может взорваться и загореться. Еще одно предостережение: нельзя использовать старые и новые батареи вместе в устройство, которому нужно несколько ячеек. Старшие выбегают первыми, а загнаны в «обратную полярность» более новыми, что опять же может привести при утечке химикатов, перегреве, взрыве или пожаре.

Сменные «щелочные» батареи — привычный потребительский товар в Цилиндры AAA, AA, C и D на 1,5 В и «коробки» на 9 В. Более новые литиевые элементы доступны с напряжением 1,5–3,6 В AAA и AA, а также Форматы коробки 9 В. По сравнению с щелочными элементами, литиевые батареи имеют более высокий уровень энергопотребления. производительность, лучшие характеристики в холодную погоду и потенциально более длинная полка жизнь (12 против 6 лет). Они тоже в несколько раз дороже.

Сменные батарейки «кнопки» или «часы» доступны в огромных размерах. разнообразие (маленьких) размеров, настолько много, что часто кажется, что нет двух устройств используйте тот же аккумулятор.Они предназначены для длительных, очень слабых токов (микроампер). приложений, иногда короткими (несколько секунд) токами несколько миллиампер. Они используют различные химические технологии, в том числе щелочной, литий, оксид серебра и цинк-воздух.

Зарядные устройства для никель-кадмиевых и литий-полимерных аккумуляторов

Автомобильные зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов

Аккумуляторы

Аккумуляторные батареи могут иметь свою энергию пополняется при истощении, как правило, сотни раз.Это делается, по сути, нажатием на электричество. через них в обратном порядке с помощью устройства, известного как зарядное устройство . Перезаряжаемые аккумуляторы обычно выбирают в любом приложении, которое перестает работать. батареи на ежедневной или еженедельной основе, так как они намного экономичнее в этой ситуации. Практичные роботы с батарейным питанием почти всегда используют аккумуляторные батареи. для первичной энергии.

Процесс зарядки обычно занимает несколько часов, что может неудобство. Зарядные устройства также нуждаются во внешнем источнике питания, часто бывают громоздкими и неудобными. прилагаются шнуры и могут быть дорогими.Аккумуляторы могут быть повреждены из-за неправильной зарядки. процедура, и может даже взорваться и / или загореться. По этой причине важно всегда использовать зарядное устройство, предназначенное для точный тип и размер используемой батареи. Все аккумуляторы со временем изнашиваются и перестают удерживать достаточный заряд. но обычно их хватает на пару лет регулярного использования, если лечится правильно.

Общие аккумуляторные технологии включают свинцово-кислотные, никель-металлогидридные. (NiMH) и литий-ионный / литий-полимерный.Большинство больших батарей являются перезаряжаемыми, так как не имеет смысла выбросить несколько килограммов относительно дорогих материалов на постоянная основа. Напротив, аккумуляторные батареи с кнопочной шкалой — редкость, хотя они действительно существуют в приложениях, таких как часы на солнечной энергии.

Легкодоступные свинцово-кислотные аккумуляторы различаются по размеру от автомобильных аккумуляторов. весом 50 фунтов или более в формате D-ячейки. Диапазон NiMH и литий-ионных аккумуляторов от портативных блоков питания для инструментов и аккумуляторы для ноутбуков весом в несколько фунтов, вплоть до формата AAA.Литий-полимерные (LiPo) аккумуляторные батареи доступны с точностью до нескольких десятых долей. унции (5 г). Очень большие (например, многокилограммовые) литиевые батареи представляют серьезную опасность. если они загорятся и недоступны для потребителей.

---

---

Аккумуляторные технологии

Вкратце, батарея состоит из одной или нескольких «электрохимических ячеек». которые производят электрическую мощность. У каждой ячейки есть анод, знак «-» клемма аккумулятора, а катод — клемма «+».При использовании катод (+) подает положительный электрический ток, (что, согласно нашим несколько сбивающим с толку электрическим соглашениям, означает, что он всасывает электроны), а анод (-) принимает их (что означает, что он производит электроны).

Терминология немного сбивает с толку, поскольку мы привыкли думать о отрицательный вывод устройства, такого как диод, как катод. Объяснение состоит в том, что катод определяется как терминал, через который электроны попадают в устройство (независимо от полярности).Чтобы еще больше запутать проблему, во время зарядки протекает ток перевернут, поэтому клемма + является анодом, а клемма — катод :(.

Внутри анод (-) представляет собой материал со слабосвязанными электронами, т.е. восстановитель в окислительно-восстановительном смысле, часто металл. Катод (+) — окислитель с сильным химическим составом. сродство к электронам, часто к металлу в высокой степени окисления. При смешивании эти два материала могут вступить в реакцию друг с другом, но хранятся физически отдельно, поэтому не могут.Если ввести электрический контакт через проводник, катод будет захватить несколько электронов с анода, пока не будет сохранен несбалансированный заряд. это от взятия больше.

Обычно на этом все останавливается. Однако в батарее катод и анод также находятся в контакте через «электролитный мостик». который содержит ионы в растворе. Эти ионы, находясь в интимном контакте с материалами электродов может реагировать . Одна ионная реакция удаляет эти «лишние» электроны с катода (+), позволяя ему тянуть больше от анода через проводник.Симметричная реакция сбрасывает электроны на анод (-), восполняющий украденные катодом. Таким образом, электроны движутся по проводнику от анода (-) к катоду (+), создавая электрический ток. Движение ионов в растворе создает уравновешивающий противоток. внутри батареи.

Приведенное выше объяснение немного отстает от того, что иногда бывает встречаются в книгах по химии, где упор делается на реакции электролита с электродами. Однако энергетически весь процесс обусловлен разницей в электроотрицательности (или электроположительность) между материалами анода и катода.Электролит, который обычно химически довольно нейтрален, можно рассматривать просто как мессенджер. Поэтому имеет смысл сначала взглянуть на процесс с этой точки зрения.

Сложная часть всего этого — найти комбинации анода, катода и электролит, так что все реакции энергетически благоприятствуют движению в правильном направлении. Кроме того, для практичной батареи необходимо множество других свойств. (высокая емкость, химическая стабильность, высокий потенциал тока, низкий саморазряд по вторичным путям, механическая прочность, нет плещущиеся жидкости…) Найти все это вместе непросто. Есть причина, по которой имеется всего несколько серийно выпускаемых батарей. технологии.

Википедия об аккумуляторах

---

Одноразовые технологии

Несмотря на очень большое количество электрохимических реакций, которые могут производить электроэнергию, и значительное их количество использовались в практических батареях, только несколько одноразовых технологий широко продаются розничным потребителям. Это «цинк-углеродные» или «сверхмощные», «щелочные», и «литий».Углерод-цинк и щелочь на самом деле используют одно и то же анодные и катодные материалы, и есть два отдельных литиевых технологии. Несколько других технологий (оксид серебра, цинк-воздух) иметь нишевые рынки в кнопочных ячейках для часов, слуховые аппараты и другие миниатюрные автономные устройства.

Википедия об одноразовых батареях

Цинк-угольные батареи

Напряжение элемента: 1,5 В
Плотность энергии: 35 Втч / кг (125 кДж / кг)
Саморазряд: 4% / год

Углеродно-цинковые батареи были первыми сухими элементами, коммерчески доступными производится и продается.Изобретенные в 1886 году, они послужили технологической базой для Компания Ever Ready Battery, основанная около 1900 года. Термин «сухой элемент» означает отсутствие всплескивания жидкости. Вместо этого электролит содержится в пасте или геле. Это означало, что впервые батареи могут быть действительно портативными, и пригодится для такого устройства, как фонарик.

Углеродно-цинковые батареи имеют анод (-), состоящий из банки из металлического цинка, и катод (+), состоящий из пасты диоксида марганца (MnO2), смешанной с углерод, чтобы сделать его проводящим.Электролит — хлорид аммония в исходном исполнении, хлорид цинка. в современном «сверхмощном» варианте, в виде водной пасты, которая пропитывает бумажный разделитель. Контакт с катодной пастой осуществляется через встроенный углеродный стержень (который является источником слова «углерод» в названии). Сам анод обеспечивает отрицательный контакт. Начальное напряжение ячейки около 1,5 вольт. Это уменьшается как ячейка израсходована, по-видимому, из-за накопления продукты реакции в используемых пастах.

Широко доступны «сверхмощные» угольно-цинковые батареи с напряжением 1,5 В. Элементы AAA, AA, C и D, а также в прямоугольных банках на 9 В. Также доступны большие прямоугольные версии на 6 В, но они используются в основном традиционалистскими туристами для старомодных «гигантских» фонариков-фонариков. С практической точки зрения такие фонари полностью вытеснены. современной светодиодной техникой, которая требует гораздо меньшего тока, в сочетании с современные аккумуляторные технологии, которые могут обеспечить более высокие токи в небольшом упаковка.

Углеродно-цинковые батареи имеют ряд ограничений по сравнению с более современные альтернативы. Во-первых, ток, который они могут подавать в течение длительного периода. (более нескольких минут) ограничено, несколько десятых ампера для D-элемента. Сопоставимые литиевые элементы могут обеспечивать более чем в 10 раз больший ток. Во-вторых, их емкость меньше, чем у сопоставимых щелочных ячейка и более 1/4 в приложениях с большим током утечки. В-третьих, напряжение холостого хода уменьшается почти линейно по мере того, как батарея разряжена, по сравнению с более постоянным напряжением, предусмотренным щелочными и особенно литиевыми элементами.В-четвертых, срок их хранения является подозрительным. Изначально цинковые банки могли ржаветь за год или меньше, особенно если батареи были близкое истощение. Современные версии лучше, но не так хороши как щелочные или литиевые элементы.

Так почему эти батареи все еще продаются? Одна причина. Их изготовление дешево. Если вы хотите включить батарейки в игрушку или одноразовая новинка, которую вы продаете, вы можно сэкономить много денег, используя простой углерод-цинк. Для ваших собственных устройств ProfRC рекомендует никогда не покупать «сверхмощные» батареи, не говоря уже о названии, на самом деле являются самыми легкими батареи в наличии.

Википедия о угольно-цинковых батареях

Щелочные одноразовые батарейки

Щелочные батареи

Напряжение элемента: 1,5 В
Плотность энергии: 85-190 Втч / кг (310-680 кДж / кг)
Саморазряд: 2% / год

Щелочные аккумуляторы — это современная замена старых цинково-углеродных технология. Они были разработаны в 1950-х и 60-х годах (как вы уже догадались) Ever Ready Battery Company (в то время входившая в состав Union Carbide) среди прочих, и выведен на рынок в конце 60-х годов.

Как и угольно-цинковые, в щелочных батареях в качестве анодного (-) материала используется цинк, и диоксид марганца (MnO2) в качестве катода (+). Однако цинк представляет собой не жесткую банку из листового материала. разделен и суспендирован в геле электролита. Это делает его более доступным, позволяет использовать более высокие токи и использовать больше цинковая масса. Электролит — это гидроксид калия (КОН), а не аммоний или цинк. хлорид, и он не расходуется в целом при работе от батареи. В водном геле и пасте КОН является хорошим проводником, поэтому катод MnO2 (-) требует меньше углерода в смеси, чем цинк-углеродный элемент.Это позволяет упаковать больше MnO2 в данную оболочку, обеспечивая больше емкости аккумулятора.

Википедия о щелочных батареях

Литиевые одноразовые батареи

Литиевый одноразовый

Li-FeS2
Напряжение элемента: 1,5 В
Плотность энергии: 300 Втч / кг (1080 кДж / кг)
Саморазряд: 0,6% / год

Li-MnO2
Напряжение элемента: 3,0 В
Плотность энергии: 280 Втч / кг (1000 кДж / кг)
Саморазряд: 5-10% / год

Литиевые одноразовые батареи (также известные как «литиевые» батареи от «литий-ионных» аккумуляторов) были разработаны в 1970-х годах и представлены на потребительский рынок в начале 1990-х гг.Они предлагают более высокую плотность энергии (в 2 раза), гораздо более высокие токи (в 10 раз), более стабильное напряжение, и лучшие характеристики в холодную погоду, чем у сопоставимых щелочных элементов. Некоторые разновидности имеют значительно более длительный срок хранения. Кроме того, они обычно в 5-10 раз дороже.

Литиевые батареи имеют анод (-) из металлического лития, и катод из одного из нескольких различных материалов в зависимости от аккумулятора, включая дисульфид железа (FeS2) и диоксид марганца (MnO2). Электролит состоит из солей лития (напр.грамм. перхлорат, гексафтофосфат), растворенный в полярных апротонных органических растворителях (например, пропиленкарбонат, диметоксиэтан). На аноде (-) литий отдает электрон и переходит в раствор в виде Ли +. На катоде Li + из раствора захватывает электрон и восстанавливает его. компонент катода, например, от Mn (IV) O2 до LiMn (III) O2.

В литиевых батареях используется более десятка катодных материалов, большинство для специализированных приложений. Единственные, которые широко продаются потребителям, — это дисуфид лития-железа (1.5В, Li / Fe, Li-FeS2), и диоксид лития-марганца (3,0 В, Li / Mn, Li-MnO2). У обоих плотность энергии приближается к 300 Втч / кг, что вдвое больше. щелочные батареи.

Аккумуляторы Li-FeS2 имеют напряжение ячейки 1,5 В и продаются в Форматы AAA, AA и 9V для замены стандартных щелочных элементов. Эти батареи имеют очень низкий скорость саморазряда и прогнозируемый срок хранения 15-20 лет. Батареи Li-MnO2 имеют ячейки 3,0 В и обычно используются в фонарики или другие устройства, предназначенные для их приема.У них более высокая скорость саморазряда, особенно при повышенных температуры и не должны храниться более нескольких лет.

Литий — очень реактивный металл и может загореться при воздействии воздух или влага. Растворители электролита легко воспламеняются. Поэтому не рекомендуется разрезать или вскрывать литиевую батарею. Некоторые юрисдикции недавно ввели ограничения на их продажу, якобы потому, что незаконные производители метамфетамина извлекают литий для использования в качестве восстановителя при их синтезе.

Из-за опасных компонентов большие литиевые батареи (больше формата AA) недоступны для розничных потребителей. Иногда в магазинах можно встретить литиевые батарейки формата «С», но (по состоянию на 2016 год) это ячейки размера AA в расширенном корпусе, не совсем аккумуляторы большей емкости.

Роботы редко используют одноразовые батареи в качестве основного источника энергии, так как текущие расходы высоки. Чаще они используются в качестве резервного источника питания для поддержания тактовой частоты или другого состояния. при отключении основного питания или при отключении питания робота.Для конструктора роботов цена на литий может быть оправдана, если легкий, сильноточный источник, который надежен в течение длительного времени в отключенном состоянии. необходимо (например, аварийный генератор или запуск авиационного двигателя, или аварийное освещение).

Википедия о литиевых батареях

---

Аккумуляторные технологии

Технологии перезаряжаемых аккумуляторов найти гораздо труднее, чем одноразовые. Большим препятствием является преобразование реагентов в пригодные для использования физические конфигурация после того, как они были использованы — процесс, который имеет тенденцию разрушить форму электрода вместе с его материалом.Лишь немногие из них когда-либо находили широкое коммерческое использование, и большинство из них доступны на потребительском рынке. Основные текущие (2016 г.) технологии — свинцово-кислотные, никель-металлогидрид (NiMH) и литий-ионный. Одно время никель-кадмиевые (NiCad) аккумуляторы были обычным явлением, но они были в значительной степени вытеснены более энергоемкими (и менее токсичными) NiMH аккумуляторы. С другой стороны, свинцово-кислотные батареи все еще широко используются, несмотря на то, что высокая токсичность свинца.

Википедия о аккумуляторных батареях

Свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы

Компактные свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотный

Напряжение ячейки: 2.1V
Плотность энергии: 110-140 кДж / кг = 30-40 Втч / кг
Саморазряд: 3-20% / месяц
Долговечность: 500-800 циклов

Свинцово-кислотные батареи были первыми и долгое время единственными коммерческая аккумуляторная техника. Они были изобретены в 1859 году, коммерциализированы в 1881 году и с тех пор постоянно совершенствовались. Они все еще используются сегодня (2016 г.) для автомобильных стартеров, резервного копирования. электрические системы и другие приложения. Они недорогие, надежные и способны обеспечивать очень высокую токи.С другой стороны, они имеют относительно низкую плотность энергии, не могут Быстро заряжать (восстановление разряженного аккумулятора обычно занимает несколько часов) и представляет собой проблему утилизации токсичных отходов.

Современные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи в основном представляют собой «герметичные элементы», что означает что, в отличие от автомобильных аккумуляторов старого образца, они не нуждаются в их уровень электролита контролируется и периодически пополняется. Некоторые из них имеют гелевые электролиты и могут работать в любой ориентации. Они доступны в размерах от формата ячейки «D» до автомобильного. батареи весом от 50 фунтов.Автомобильные аккумуляторы часто предназначены для периодической доставки сильноточные импульсы для запуска, и они быстро ухудшаются, если они неоднократно призывали доставлять близкие к их возможностям. Аккумуляторы, предназначенные для длительной подачи энергии между зарядками называются аккумуляторами «глубокого разряда» и стоят дороже. Батарея, предназначенная в качестве основного источника энергии для робота, должна быть это сорт.

Свинцово-кислотные батареи имеют анод (-) из металлического свинца и катод (+). диоксида свинца (PbO2), обычно смешанного с углеродом и нанесенного на сетка из свинцового сплава для обеспечения проводимости.Это необычный пример химии аккумуляторов, когда анод и катодные активные материалы могут вступать в прямой контакт без реакции. Электролит состоит из разбавленной серной кислоты (h3SO4) в воде. Во время выработки электроэнергии оба электрода реагируют с электролитом, образуя производят сульфат свинца. Свинец Pb (0) на аноде (-) окисляется до Pb (II) SO4, и Pb (IV) O2 на катоде восстанавливается, образуя тот же продукт.

Общая прямая электрохимия может быть записана следующим образом.
Анод (-): Pb + h3SO4- -> PbSO4 + 2e- + 2H +.
Катод (+): PbO2 + h3SO4- + 2H + + 2e- -> PbSO4 + 2h3O
Реальные реакции немного сложнее, поскольку разбавленная серная кислота состоит в основном из HSO4- и h4O + в растворе.

Свинцово-кислотные аккумуляторы выходят из строя в основном из-за «сульфатирования», которое представляет собой образование кристаллического PbSO4, который не может быть превращен обратно в Pb и PbO4, и отделяется от электродов в инертной массе, которая связывает активные материалы.Проблема усугубляется, если батарейкам позволяют оставаться в разряженном состоянии в течение длительных периодов времени. Попытка зарядить батареи слишком быстро или при слишком высоком напряжении (элементы выше 2,4 В) могут электролизовать воду в электролите до газообразный водород и кислород, которые могут сильно взорваться, взорвав аккумулятор. отдельно. Таким образом, зарядные устройства должны тщательно контролировать напряжение.

В робототехнике свинцово-кислотные батареи обычно используются в качестве первичных источников энергии. для более крупной колесной техники.Они слишком тяжелые для использования в полете, и не имеют достаточно малых форм-факторов для мини- или микророботов. Многочасовая зарядка может стать проблемой. Если используется робот при непрерывном обслуживании дополнительные батареи заряжаются в автономном режиме являются необходимостью.

Википедия о свинцово-кислотных аккумуляторах

Никель-кадмиевые (NiCad)

Напряжение элемента: 1,2
Плотность энергии: 40-60 Втч / кг (140-230 кДж / кг)
Саморазряд: 10% / месяц
Долговечность: до 2000 циклов

Никель-кадмиевые батареи были продемонстрированы в виде мокрых элементов в 1899 году.Формы сухих клеток были коммерциализированы в 1946 году. Батареи широко использовались в качестве перезаряжаемого источника питания для портативных электроинструменты в 1960-1980-х годах, постоянно совершенствуясь в технологии. Они потеряли рынок в 1990-х годах из-за никель-металлогидридной технологии, которая имел лучшую плотность энергии и менее токсичные компоненты.

Никель-кадмиевые батареи имеют металлический кадмиевый анод (-), катодная паста из оксида / гидроксида никеля (III) (NiO (OH)) (+), и используют основной электролит, обычно гидроксид калия (КОН) в растворе.Общие прямые реакции следующие:
Анод (-): Cd (0) + 2OH- -> Cd (II) (OH) 2 + 2e-
Катод (+): 2Ni (III) O (OH) + 2h3O + 2e- -> 2Ni (II) (OH) 2 + 2OH-
В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, электролит в целом не расходуется.

Никель-кадмиевые батареи могут непрерывно обеспечивать очень высокие токи, до 15 ° C, и очень устойчива к жестокому обращению, как электрически (сильноточные шорты) и физически (удары, термическое напряжение). Напряжение очень стабильное вплоть до истощения, а количество циклов перезарядки такой же или более высокой, чем у любой другой имеющейся в продаже батареи.Их до сих пор иногда используют там, где такое сочетание характеристик в большом почете. Поскольку они содержат значительное количество кадмия, использованные никель-кадмиевые токсичные отходы в большинстве стран и регионов. Это способствовало резкому сокращению их использования, когда никель-металлгидридные батареи вышел на место происшествия.

У любителя-конструктора роботов, вероятно, не будет причин использовать NiCads, так как NiMH и литий-ионные аккумуляторы лучше плотность энергии, менее токсичные компоненты и широко доступны.

Википедия о никель-кадмиевых батареях

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлогидрид (NiMH)

Напряжение элемента: 1,2 В
Плотность энергии: 100 Втч / кг (360 кДж / кг)
Саморазряд: 15-70% / месяц (1-3% / месяц специальный)
Долговечность: 500-2000 циклов

Технология никель-металлогидридных (NiMH) аккумуляторов была впервые продемонстрирована в 1967 году. Коммерческие батареи появились в 1990 году, быстро вытеснив никель-кадмиевые батареи. стандартный источник питания для портативных электроинструментов и других потребителей аккумуляторные приложения.

Батареи NiMH имеют анод (-), состоящий из гидрида металла. Химически анодным материалом является водород, а гидрид металла служит компактным средством его хранения. Металл в современных ячейках состоит из сложных интерметаллических соединений. содержащие редкоземельные элементы (например, лантан или металл Миш) в сочетании с переходными элементами (например, никель, кобальт, марганец) и / или алюминий. Катод (+) представляет собой пасту из оксида / гидроксида никеля (III) (NiO (OH)), тот же анодный материал, что и в NiCads.Электролит обычно представляет собой гидроксид калия (КОН) в водном растворе.

Общая прямая электрохимия:
Анод (-): MH + OH- -> M + h3O + e-
Катод (+): NiO (OH) + h3O + e- -> Ni (OH) 2 + OH-
Как и в случае с NiCads, электролит в целом не расходуется.

Батареи NiMH обладают хорошей плотностью энергии, могут обеспечивать разумную высокие токи (5C непрерывно), они дешевле и менее подвержены катастрофический взрыв и пожар, чем у литий-ионных аккумуляторов.С другой стороны, у них высокая скорость саморазряда, особенно при повышенных температурах (5-20% в 1-й день, в дальнейшем 1-4% / день), что означает, что они не могут полагался на то, чтобы сохранять власть более недели или около того. За дополнительную плату доступны специальные версии с низким саморазрядом.

NiMH Power — хороший выбор для малых и средних роботов, где вес и плотность сырой энергии не являются критическими проблемами. Они менее дороги, их легче заряжать, они менее подвержены возгоранию, и в целом более прочный, чем литий-ионные батареи.Последние являются настоящим преимуществом только в электрических самолетах, высокопроизводительные гоночные автомобили или другие приложения, где минимизация веса является первоочередной задачей при проектировании.

Википедия о NiMH аккумуляторах

Литий-полимерные (LiPo) батареи

LiPo на решетке

Будьте осторожны …

литий-ионный

Напряжение элемента: 3,2–3,9 В
Плотность энергии: 360–950 кДж / кг = 100–265 Втч / кг
Саморазряд 8% / месяц
Долговечность: 400–1200 циклов, типичное 500

Литий-ионные аккумуляторы были разработаны в 1980-х годах, и первые коммерческие ячейки поступили на рынок в 1991 году.Поскольку литий — очень легкий и очень электроположительный металл, батареи его использование имеет потенциал для очень высокой плотности энергии. Однако такая же реакционная способность (литий будет реагировать с водой) делает разработка батареи затруднена. На сегодняшний день (2016 г.) попытки разработать коммерческую перезаряжаемую батарею на основе металлический литий успеха не имел. Однако вариант, известный как литий-ионная технология, получил коммерческое распространение. успех.

Вместо металлического лития на аноде (-) литий-ионные батареи использовать графит, «интеркалированный» литием, что означает, что Атомы лития втискиваются в решетчатые пространства графита.С выходом электрона на графит, Атомы лития могут попадать в электролит в виде ионов лития (Li +).

Катод (+) изготовлен из специальных кристаллических материалов, улавливающих литий. обычно с участием металла в высокой степени окисления (например, оксид кобальта, фосфат железа, оксид марганца). Они также интеркалируют литий, и при этом сильно окисленные металл эффективно окисляет литий, что делает процесс очень энергетически выгодно. Захватив электрон из катодные ионы лития (Li +) в электролите могут попадать в кристаллическую матрицу.Катодная реакция очень похожа на то, что происходит в одноразовом литии. клетки. Сложнее всего в технологии изготовления катодного материала. в форме, которая может включать атомы лития без расширения и отслаивание, так что процесс может быть обращен вспять во время перезарядки.

Электролиты тоже особенные. Присутствующие напряжения приведут к электролизу вода превращается в водород и кислород, поэтому водные растворы непригодны. Вместо этого сложные смеси органических карбонатов (например,этиленкарбонат, диэтилкарбонат) с растворенными солями лития больших, полностью окисленные анионы (например, перхлорат, гексафторфосфат). Под напряжением ячейки органические карбонаты образуют тонкий пленка на графитовом электроде, проницаемая для небольшого лития ионы, но непроницаемые для больших отрицательных ионов и молекул растворителя. Это предотвращает дальнейшее электродное разложение электролита.

Литий-ионные элементы имеют потенциал от 3 до 3,7 вольт, что составляет примерно вдвое больше других обычных клеток.Они могут иметь удельную энергию, превышающую 250 Втч / кг (900 кДж / кг), что также вдвое превосходит лучшую аккумуляторную технологию. Они могут изготавливаться с очень высокой скоростью разряда (более 20 ° C), и обычно можно заряжать около 500 раз. По состоянию на 2016 год плотность энергии продолжает улучшаться.

Все эти преимущества имеют свою цену. Литий-ионные батареи относительно дороги; в несколько раз дороже NiMH. Что еще более важно, есть проблемы со стабильностью. Если напряжение ячейки становится слишком высоким (выше 4.2 В), или слишком низкий (ниже 2,0 В), или если они заряжены или разряженные слишком быстро, они могут быть безвозвратно повреждены. Они могут загореться или взорваться. Они могут сделать это без предупреждения. Из-за этой нестабильности перевозки, особенно по воздуху, ограничены. Зарядка — дело сложное, особенно с «умным» зарядным устройством. соответствует конкретному аккумулятору. Эти зарядные устройства тщательно контролируют напряжение и ток зарядки, а также переключение с постоянного тока на постоянное напряжение в точно определенной точке.

Литий-ионные батареи доступны в огромном разнообразии форм. и размеры. Есть кастомные аккумуляторы для ноутбуков, сотовые телефоны и другие электронные устройства, а также для портативных электроинструменты. Самая популярная стандартная ячейка имеет размер 18650, который представляет собой цилиндр немного длиннее и шире, чем AA. Типичная емкость колеблется от 1500 до 3500 мАч, при максимальном токе от От 2 до 30+ ампер. Есть компромисс: батареи с высоким током, как правило, имеют явно меньшая емкость и наоборот.Эти элементы используются для создания более высокого напряжения и силы тока. пакеты, которые входят во все: от ноутбуков до электроинструментов и электрические транспортные средства.

Самыми полезными батареями для роботов-любителей являются: так называемые «литий-полимерные» или LiPo аккумуляторы, предназначенные для радиоуправляемых автомобили для хобби, такие как автомобили, лодки, самолеты и квадрокоптеры. LiPo батареи — это литий-ионные батареи с физическим прочные (полимерные) электролитические гели, которые позволяют формы и даже гибкие упаковки.Это сильноточные конструкции, предназначенные для привода двигателей, и поставляются емкостью от нескольких сотен до нескольких тысяч мАч. Они легко доступны вместе с подобранными зарядными устройствами для хобби. магазинов или через Интернет (хотя могут возникнуть проблемы с доставкой, если вы хотите заказать более пары одновременно).

Википедия о литий-ионных батареях

---

A Battery Table

Следующая таблица, составленная из различных источников, перечисляет возможность подачи напряжения, емкости и тока для некоторых широко доступных аккумуляторов.Значения следует считать приблизительными / типичными, поскольку производительность аккумулятора зависит от условий использования и конкретная марка и производитель аккумуляторов. Указанная мощность — это слаботочный предел. (Обратите внимание, что использование роботов имеет тенденцию к сильноточной и непрерывной области.) Ценности для устойчивого тока — это наивысший уровень постоянного потребления который может достигать примерно 3/4 слаботочной емкости не вызывая перегрева аккумулятора. Импульсный ток — это то, что может отображаться в течение нескольких секунд, а значения нижний предел.При некоторых условиях номинальные батареи могут работать значительно больше.

Технические характеристики обычных батарей

Аккумулятор	Тип	Напряжение	Вес	Вместимость	Устойчивый Текущий	Внутреннее Сопротивление	Пакетный Ток
АА для тяжелых условий эксплуатации	Одноразовые	1.5 В	0,65 унции (18 г)	1000 мАч	100 мА	150-300 мОм	1 А
для тяжелых условий эксплуатации D	Одноразовые	1,5 В	3,3 унции (96 г)	7000 мАч	200 мА	150-300 мОм	2 А
Щелочной AAA	Одноразовые	1,5 В	0,4 унции (11 г)	1000 мАч	100 мА	150-300 мОм	1 А
Щелочной AA	Одноразовые	1.5 В	0,8 унции (23 г)	3000 мАч	150 мА	150-300 мОм	2 А
Щелочной C	Одноразовые	1,5 В	2,5 унции (70 г)	8000 мАч	200 мА	150-300 мОм	3 А
Щелочной D	Одноразовые	1,5 В	5,0 унций (144 г)	16000 мАч	300 мА	150-300 мОм	3 А
Щелочная 9В	Одноразовые	9.0 В	1,6 унции (45 г)	600 мАч	30 мА	1000-2000 мОм	0,5 А
Литий AAA	Одноразовые	1,5 В	0,3 унции (8 г)	1200 мАч	1,5 А	140-300 мОм	2 А
Литий AA	Одноразовые	1,5 В	0,5 унции (15 г)	3500 мАч	2.5 А	120-240 мОм	4 А
—————-	—————-	—————-	—————-	—————-	—————-	—————-	—————-
NiMH AAA	Перезаряжаемый	1,2 В	1,1 унции (30 г)	700 мАч	700 мА	100-120 мОм	1.5 А
NiMH AA	Перезаряжаемый	1,2 В	1,1 унции (30 г)	2000 мАч	2 А	30-40 мОм	4 А
Литий-ионный 14500 «AA»	Перезаряжаемый	3,7 В	0,7 унции (21 г)	800 мАч	2 А	100 мОм	4 А
Литий-ионный 18650 Hi-cap	Перезаряжаемый	3.7 В	1,7 унции (50 г)	3400 мАч	2-4 А	100 мОм	6 А
Литий-ионный 18650 Hi-amp	Перезаряжаемый	3,7 В	1,7 унции (50 г)	1500 мАч	20-30 А	20 мОм	30 А
Литий-ионный 5000 мАч хобби	Перезаряжаемый	7.4 В	8,0 унций (240 г)	5000 мАч	20+ А	20 мОм	50+ А
Свинцово-кислотный «Д»	Перезаряжаемый	2 В	6 унций (180 г)	2500 мАч	10 А	5 мОм	50 А
Свинцово-кислотный Авто	Перезаряжаемый	12 В	40 фунтов (20 кг)	70 000 мАч	25 А	3-5 мОм	800 А

Википедия сравнение типов батарей

Википедия список размеров батарей

Технические характеристики батарей Energizer

---

---

Другие источники электроэнергии

Топливный генератор системы могут иметь более высокая удельная мощность, чем у батарей, но должны быть запущены, шумные, производят вибрацию, излучают горячие и потенциально токсичные выхлопные газы, механически сложны, часто чувствительны к ориентации и нуждаются во всевозможном обслуживании.У них есть нижняя граница размера. Наименьший вес порядка фунт, и большинство из них НАМНОГО тяжелее. Общий химический к электрическому КПД современных больших дизельных генераторов приближается к 40%. Небольшие системы газогенераторов обычно работают с КПД ниже 25%.

Конденсаторы могут обеспечивать очень большие всплески мощности, но имеют ограниченное время хранения (от секунд до дней), и от низкой до очень низкой плотности мощности (по сравнению с батареями) даже в лучших конденсаторы ультра / супер.

Топливные элементы — изящные устройства. Они сочетают горючее топливо с кислородом из воздух в процессе, который производит электричество напрямую, а не через электромеханический генератор. Это дает значения плотности энергии, типичные для топлива в устройстве со многими желаемых свойств батареи (мало / нет движущихся частей, мгновенное электрическая мощность, бесшумная работа без вибрации и т. д.) Топливные элементы могут иметь теоретический КПД от химического до электрической энергии.