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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 태양 전지로 충전되는 배터리가 있는 손전등. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
이유는 알 수 없지만 손전등을 사용해야 할 때마다 배터리가 방전된 것으로 판명됩니다. 일반적인 상황? 분명히 우리 중 많은 사람들이 손전등을 너무 드물게 사용하여 배터리가 점차적으로 자체 방전되므로 필요할 때 이미 에너지를 다 사용한 것으로 나타났습니다. 이 경우 사용할 수 없는 망간-아연 배터리는 니켈-카드뮴 셀로 교체됩니다. 손전등이 필요하고 그 안에 요소가 없다는 것을 발견할 때까지 독창적인 탈출구입니다. 마지막 사용 이후 충전기에 연결되어 있거나 극단적인 경우 어두운 곳에서 찾을 수 있으면 좋습니다. 요컨대, 항상 사용할 준비가 된 손전등이 필요합니다. 즉, 손전등에 들어 있는 배터리를 새로 충전해야 합니다. 이 요구 사항은 태양으로부터 재충전되는 손전등으로 충족됩니다. 배터리를 제거할 필요가 없으며 항상 충전된 상태입니다. 손전등 장치 이 장치의 영리한 부분은 많은 금속 표면에 끌리는 자석 홀더를 포함하는 손전등 자체입니다. 홀더는 플라스틱 하우징에 눌려진 두 개의 자기 막대로 구성됩니다. 절연 전선이 각 자석에 부착되어 튜브 내부를 요소로 통과했습니다. 디자인의 다른 부분은 태양열 충전기입니다. 충전기 표면에는 두 개의 강철 스트립이 고정되어 있으며 그 사이의 거리는 손전등의 자기 막대 사이의 거리에 해당합니다. 각 스트립은 충전기의 해당 출력에 연결됩니다. 사용하지 않을 때 손전등은 충전기의 강철 스트립에 자기화됩니다. 이렇게 하면 충전기와 태양광 전지로 충전되는 손전등 배터리 사이의 전기적 접촉이 보장됩니다. 손전등을 사용해야 할 때 새로 충전된 배터리와 함께 충전기에서 "분리"됩니다. 니켈-카드뮴 배터리 일반적으로 니켈-카드뮴 셀이라고 하는 니켈-카드뮴 배터리는 손전등에 일반적으로 사용되는 망간-아연 배터리와 같은 대부분의 건전지와 약간 다릅니다. 배터리가 방전되면 일부 전압이 손실됩니다. 이 효과는 손전등 전구의 밝기에서 나타납니다. 배터리가 방전되면 빛이 완전히 멈출 때까지 점점 더 어두워집니다. 반대로 니켈-카드뮴 셀은 방전 중에 전압을 매우 안정적으로 유지합니다. 이것은 깊은 충전까지 글로우의 불변성에서 볼 수 있습니다. 요소가 방전되면 요소의 전압이 빠르게 떨어지고 글로우가 중지됩니다. 무화과에. 비교를 위해 1은 언급 된 두 가지 유형의 요소 방전 정도에 대한 전압의 의존성을 보여줍니다. 보시다시피 망간-아연 전지의 남은 수명을 결정하려면 전압을 측정하기만 하면 됩니다. 니켈-카드뮴 원소의 경우 그렇게 하기가 쉽지 않습니다. 80% 방전된 셀은 새로 충전된 셀과 동일한 전압을 생성합니다. 따라서 니켈-카드뮴 셀을 충전할 때 약간의 어려움이 발생합니다. 요소가 완전히 방전될 때까지 상태를 판단할 수 없습니다. 또한 니켈-카드뮴 전지는 과충전에 매우 민감하여 손상될 수 있습니다. 따라서 부분적으로 방전된 셀은 정말 까다로운 질문을 제기합니다. 얼마나 많은 충전을 할 수 있습니까?
니켈 카드뮴 전지 충전 충전기의 작동 원리를 더 잘 이해하려면 먼저 니켈 카드뮴 전지 자체의 작동에 익숙해져야 합니다. 완전히 방전된 요소로 고려를 시작할 수 있습니다. 충전하려면 전류를 통과시켜야 합니다. 설계상 니켈-카드뮴 셀은 내부 저항이 상당히 높으며 이는 셀에 축적된 전하량에 반비례합니다. 전하가 낮을수록 저항이 높아집니다. 내부 저항의 존재로 인해 충전 전류 에너지의 일부가 열로 변환됩니다. 따라서 작은 전류로 충전을 시작할 필요가 있습니다. 그렇지 않으면 내부 저항에서 열 형태로 소산되는 에너지로 인해 소자가 고장날 수 있습니다. 전하가 증가하면 셀의 내부 저항이 감소합니다. 저항이 낮을수록 열 발산이 적고 셀의 전하가 더 효율적으로 흐릅니다. 또한 더 많은 충전 전류가 셀을 통해 흐를 수 있으므로 충전 프로세스가 더욱 빨라집니다. 실제로는 초기 전류보다 훨씬 높은 전류에서 충전 사이클을 완료하는 것이 가능합니다. 그러나 이러한 충전 모드를 조절하고 유지하는 것은 매우 어렵습니다. 단순화를 위해 제조업체는 배터리 상태에 관계없이 최대 안전 전류를 권장합니다. 디스크 니켈-카드뮴 셀의 경우 이 전류는 330mA를 초과하지 않습니다. 내부 저항이 높은 완전히 방전된 셀도 이러한 전류로 걱정 없이 충전할 수 있습니다. 그러나 질문에 대한 답변은 아직 접수되지 않았습니다. 요소에 해를 끼치 지 않는 충전량은 얼마입니까? 위에서 언급한 충전 전류는 배터리가 완전히 충전될 때까지만 유지될 수 있습니다. 이 작업은 보통 4시간이 소요되며 계속해서 충전하면 셀이 과충전되어 배터리 수명이 줄어들거나 더 심하게는 셀이 파손될 위험이 있습니다. 따라서 배터리가 반만 방전되어 있으면 자신도 모르게 쉽게 충전할 수 있습니다. 이것이 제조업체가 느린 재충전을 권장하는 이유입니다. 디스크 요소의 경우 충전 전류가 100mA를 초과해서는 안 됩니다. 완속 충전을 사용하면 완전히 방전된 셀을 충전하는 데 필요한 권장 14시간 동안 과충전에 대한 두려움 없이 셀을 충전할 수 있습니다. 실제로 요소가 파괴될 염려 없이 지속적으로 가볍게 충전할 수 있습니다. 충전 속도가 매우 낮고 과도한 에너지가 요소에 의해 쉽게 소멸됩니다. 배터리 충전기 이 경우 낮은 배터리 충전 속도를 선택하기로 결정했습니다. 충전기와 손전등의 전체 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 2. 니켈-카드뮴 셀을 통해 흐르는 충전 전류를 제한하기 위해 백열 램프가 회로에 포함되었습니다.
텅스텐 필라멘트가 있는 백열 램프에는 특정 특성이 있습니다. 콜드 필라멘트는 저항이 매우 낮습니다. 필라멘트가 가열되면 저항이 10배 이상 증가합니다. 니켈-카드뮴 셀과 직렬로 이러한 램프를 켜면 배터리의 내부 저항을 부분적으로 보상할 수 있습니다. 완전히 방전된 배터리를 태양광 배터리에 연결하면 다음과 같이 충전 과정이 진행됩니다. 태양 전지는 니켈-카드뮴 셀과 백열등을 통해 흐르는 회로에 전류를 생성합니다. 전류는 배터리 셀과 램프 필라멘트의 총 저항에 의해 제한됩니다. 처음에는 높은 내부 저항으로 인해 대부분의 에너지가 배터리에 흡수됩니다. 에너지의 작은 부분이 램프에서 방출됩니다. 이 순간 필라멘트의 저항이 7옴 정도로 상대적으로 낮기 때문입니다. 내부 저항에 관계없이 니켈-카드뮴 배터리는 셀당 1,5V의 자체 전압 제한이 있습니다. 즉, 어떤 조건에서든 충전하는 동안 총 배터리 전압은 약 3V로 제한됩니다. 작은 제한 저항(7옴의 램프 필라멘트 저항)으로 배터리는 태양열 어레이의 출력 전압을 약 3V로 빠르게 줄입니다. 배터리가 충전되면 내부 저항이 감소하여 셀과 램프를 통해 흐르는 전류와 램프의 저항이 증가합니다. 실제로 램프는 배터리 저항의 손실을 보상하고 충전 전류는 다소 일정하게 유지됩니다. 손전등 램프의 저항이 증가함에 따라 램프 양단의 전압이 증가합니다. 그러나 배터리의 전압은 고정되어 있기 때문에 태양 전지판의 출력 전압이 점진적으로 증가합니다. 이 추세는 배터리가 완전히 충전될 때까지 계속됩니다. 이 시점에서 태양 전지판의 전류-전압 특성에 대한 작동 지점이 이동하여 전류 제한 램프에 2V의 전압이 인가됩니다. 이 전압에서 필라멘트 저항은 25옴이며 충전 전류를 80mA로 제한합니다. 작동 지점이 광전지 변환기의 전압-암페어 곡선의 구부러진 지점에 있기 때문에 전류 또는 전압이 더 이상 증가하지 않습니다(그림 3). 더 말할 수 있습니다. 이 전류는 너무 작아서 니켈-카드뮴 셀을 임의로 오랫동안 충전할 수 있습니다.
충전 전류를 제한하는 것 외에도 램프는 충전 프로세스가 있음을 나타내는 표시기입니다. 밝은 빛은 요소를 통해 흐르는 큰 전류에 해당합니다. 약한 빛이나 부재는 충전 전류가 거의 없음을 나타냅니다. 태양 전지 5볼트 배터리는 두 가지 이유로 좋습니다. 5볼트는 니켈-카드뮴 셀을 충전하기에 충분하고 표시등을 위한 전력도 남깁니다. 11개의 요소로 구성된 가장 단순한 태양 전지는 위의 요구 사항을 거의 충족합니다. 이러한 장치의 경우 매우 저렴하고 충분한 전력을 발생시키기 때문에 작은 낫 모양의 요소를 사용할 수 있습니다. 이러한 요소는 일반적으로 80-100mA의 전류를 생성합니다. 태양 전지에 대한 요구 사항은 매우 온화하지만 램프와 함께 규정을 제공해야 합니다. 태양 전지는 5mA에서 80V를 생성할 수 있지만 선택은 매우 임의적이었습니다. 6mA 이상에서 100V를 생성하는 태양 전지판이 있으면 제대로 작동합니다. 추가 전압은 램프 전체에서 소산되어 전류를 원하는 수준으로 유지합니다. 충전기 디자인 충전기의 바닥은 5x10cm2 크기의 직사각형 나무 조각으로 만들어집니다(짧은 블록이면 충분함). 따뜻한 톤을 선호하는 경우 마호가니 블록을 선택하거나 페인트 칠한 소나무 또는 가문비나무 블록을 사용할 수 있습니다. 최종 제품은 그림 4과 같이 보입니다. XNUMX.
두 개의 스틸 스트립이 베이스의 전면에 고정되어 있습니다. 나무 용기의 틀을 만드는 데 사용되는 강철 테이프와 같은 모든 자성 재료가 작동합니다. 이러한 강철은 얇고 탄력이 있으며 우수한 전기 전도체입니다. 먼저 도체를 스트립 밑면에 납땜한 다음 막대에 구멍을 뚫습니다. 스트립은 손전등의 자석과 같은 거리에 놓고 접착제 또는 에폭시로 바닥에 붙입니다. 도체 중 하나는 태양 전지에 연결되고 다른 하나는 램프베이스에 납땜됩니다. 태양 전지의 남은 출력은 표시등의 바깥쪽(나사산) 부분에 부착됩니다. 마지막으로 받침대 하단에 직경 0,9cm의 구멍을 뚫고 신호등을 삽입하여 붙입니다. 장치를 테스트하려면 전선으로 접촉 스트립을 단락시키기만 하면 램프가 켜집니다. 광전지 변환기가 태양에 의해 조명되면 램프가 밝게 빛납니다. 손전등 디자인 마무리 마지막으로 손전등의 디자인을 수정해야 합니다. 원리는 그림에서 명확합니다. 5. 먼저 각 자성 막대에 유연한 전도체를 부착해야 합니다. 이것은 특정 손전등의 디자인에 따라 다양한 방법으로 수행할 수 있습니다. 플럭스를 충분히 사용하고 플라스틱 케이스가 녹지 않도록 주의하면서 전도체를 납땜할 수 있습니다. 자성 막대에 구멍을 뚫고(물론 접근할 수 있는 경우) 작은 나사나 리벳으로 도체를 고정할 수 있습니다.
그런 다음 전도체를 안쪽으로 당길 수 있도록 손전등 본체에 구멍을 뚫어야합니다. 손전등 본체가 금속인 경우 도체는 절연 슬리브(또는 기타 적절한 요소)로 보호되어 절연 마모 및 단락을 방지합니다. 물론 플라스틱 손전등을 사용하면 작업이 줄어듭니다. 하나의 도체가 손전등 램프 소켓의 중앙 단자에 납땜되어 재 조립 후 배터리의 양극 단자와 램프베이스 사이에 동일한 안정적인 접촉이 보장됩니다 (도체가 회전 부품에서 어느 정도 떨어져 있음) . 자성 막대의 두 번째 전도체는 스프링이 있는 손전등 하우징의 베이스로 전달됩니다. 길이에 맞게 자르고 스프링을 제거해야 합니다. 다이오드가 회로에 연결됩니다. 스트립으로 표시된 다이오드 단자는 도체에 납땜되고 양극(표시되지 않은) 단자는 스프링에 납땜됩니다. 다이오드는 압축에 의해 손상되지 않도록 스프링의 더 넓은 끝 근처에 배치됩니다. 손전등 본체에 대한 단락을 방지하기 위해 유연한 플라스틱 튜브 조각을 다이오드에 놓습니다. 다이오드에는 두 가지 기능이 있습니다. 첫째, 밤에 태양 전지판을 통해 배터리가 방전되는 것을 방지합니다. 둘째, 손전등이 역 극성으로 충전기에 연결되면 다이오드가 전류를 통과시키지 않고 배터리가 과충전되지 않도록 보호합니다. 이제 마지막으로 손전등을 조립해야 합니다. 준비가 완료되었습니다. 손전등의 렌즈가 아래를 향하고 더러워지지 않도록 충전기를 벽에 놓는 것이 가장 좋습니다.
몇 가지 권장 사항 손전등을 충전기에 연결할 때 극성이 올바른지 확인하십시오. 한 극성에서는 전하가 발생하고 다른 극성에서는 차단 다이오드로 인해 전하가 발생하지 않습니다. 손전등이 충전되지 않으면 태양 전지에서 나오는 도체를 교체해야 합니다. 한 가지 더 조언: 불행히도 니켈-카드뮴 셀에는 "메모리"가 있습니다. 예를 들어 방전 주기를 기억할 수 있습니다. 손전등을 하루에 15분 동안 사용하고 다시 충전한다고 가정해 봅시다. 배터리는 이를 기억하고 "게으른" 상태가 됩니다. 그녀는 근무일이 15분이라고 "느낄" 것입니다. 손전등이 30분 이상 필요하면 어떻게 됩니까? 15분이 지나면 작동이 멈춥니다! 배터리는 15분 동안 완전히 작동할 가치가 있으며 더 이상 지속되지 않습니다. 이를 방지하려면 주기적으로 손전등을 켜고 배터리를 완전히 방전시킨 다음 충전기에 다시 연결해야 합니다. 배터리를 완전히 충전하면 2시간 동안 지속됩니다. 저자: 바이어스 T.
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