У большинства начинающих моделистов «электролетчиков», «электроплавщиков» и «электрокатальщиков» очень часто возникают вопросы с подбором электроники, а в частности, силовой ее части – электродвигателя, регулятора оборотов и аккумулятора. Причина в этом одна. Они имеют малое представление об электричестве.
Так что же все-таки это за зверь такой, под названием «ТОК»? И что нужно о нем знать, чтобы подобрать двигатель, регулятор оборотов и аккумулятор?
Начну с того, что многие, возможно, знают.
Электрический ток течет по проводам (проводникам). В основном проводники состоят из металла. Внутри металла есть очень много маленьких частиц, называемых свободными электронами.
Обычно они передвигаются хаотично, каждый двигается по своему, одному ему известному маршруту. Но вот если заставить их всех вместе двигаться вдоль провода в одном направлении – возникнет электрический ток. Таким образом, электрический ток – это направленный поток свободных электронов, движущийся по проводнику.
Я не буду упоминать об электролитах и полупроводниках, так как к данной теме они имеют не очень большое отношение.
А теперь попробуем провести аналогию.
Представим, что провода – это обычные трубы, а электроны – это молекулы жидкости внутри трубы. Таким образом, между текущей по трубе в одном направлении жидкостью и движущимися по проводнику в одном направлении электронами тоже можно провести аналогию. Приблизительно так можно себе представить электрический ток.
Рассмотрим два основных параметра, знание которых требуется при подборе силовой установки модели. Напряжение источника питания и сила тока.
1. Напряжение.
Нарисуем вот такую систему.
[attachment=71891:electrosystem.gif]
Резервуар с жидкостью расположен на высоте Н1. Благодаря силе тяготения, жидкость, находящаяся в резервуаре имеет некую потенциальную энергию. Протекая по трубам (падая под действием силы тяготения), жидкость проходит через кран, который регулирует количество жидкости, попадающее в турбину. Далее жидкость попадает на лопасти турбины, заставляя их вращаться. Та, в свою очередь, вращает для нас, например, воздушный винт. Когда жидкость заканчивает свою работу по вращению лопастей, ее потенциальная энергия относительно нашей системы равна нулю. Вот эту разницу «потенциалов» и можно представить как напряжение.
Напряжение электрических систем измеряется в Вольтах (V). Обозначается литерой U.
Таким образом, чем выше мы расположим резервуар, тем больше будет разница «потенциалов» жидкости между высотами Н1 и Н0. Чем ниже – тем меньше разница.
При падении жидкости с высоты, потенциальная энергия преобразовывается в кинетическую. Чем больше потенциальная энергия в начальной точке системы (читай высота расположения резервуара), тем большая будет кинетическая энергия в конечной точке системы (читай на высоте лопастей турбины).
Здесь, думаю, будет уместно провести параллель с системой «аккумулятор – регулятор оборотов – электродвигатель». Трубы – это, понятное дело, провода. Насос и резервуар с жидкостью – это аккумулятор. Кран – регулятор оборотов двигателя. Турбина (совместно с силой тяготения) – двигатель.
А теперь рассмотрим прочностные характеристики некоторых узлов.
Кран.
Допустим, прочность крана рассчитана на энергию жидкости, падающей с высоты Н1. Следовательно, если мы поднимем резервуар повыше, то энергия падающей жидкости в кране превысит расчетные характеристики для данного крана, и он попросту выйдет из строя.
Вывод – прочностные характеристики закрывающей заслонки крана должны быть рассчитаны так, чтобы выдерживать энергию жидкости, падающей с определенной высоты. Или, другими словами, регулятор оборотов должен быть рассчитан на напряжение питания равное или выше напряжения источника питания (аккумулятора).
Турбина.
С ней ситуация такая же как с краном. За исключением одного. Если турбина будет рассчитана на меньшую энергию падающей жидкости, чем есть в нашей системе, то регулятором можно ограничить эту энергию и дать в турбину то количество, которое не выведет ее из строя.
Двигатель должен быть рассчитан на напряжение питания равное или выше напряжения источника питания (аккумулятора). Если напряжения источника питания выше, расчетного напряжения питания двигателя, то регулятором его можно ограничить. Грубо говоря, не «давать полный газ». Но здесь нужно быть осторожным. Так как не всегда удается проконтролировать неполную подачу энергии в двигатель.
Резервуар и насос.
Насос должен обеспечивать поднятие жидкости на определенную высоту (в резервуар), чтобы компенсировать количество жидкости, вытекшее из него. Если насос не сможет поднять нужное количество жидкости на требуемую высоту, то это вызовет медленное ее протекание по трубам и, как следствие, уменьшение оборотов ротора турбины. Если насос сможет обеспечивать подачу воды на высоту, большую Н1, то это вызовет избыточное давление жидкости на выходе из резервуара. В результате мы получим добавочную энергию к потенциальной энергии жидкости на выходе из резервуара. И сумма этих энергий может превысить расчетные параметры для крана и турбины. В результате кран и турбина могут выйти из строя.
Источник питания (аккумулятор) не должен иметь напряжение, выше того, на которое рассчитаны регулятор оборотов и двигатель.
2. Сила тока.
За определенный промежуток времени, через поперечное сечение элементов системы, изображенной на рисунке выше, проходит определенное количество жидкости. Это определенное количество жидкости можно представить как толщину потока, проходящего через поперечный срез элементов системы за единицу времени. Вот эту толщину потока жидкости, проходящую за определенное время через поперечный срез элементов системы и можно представить как силу тока. Сила тока измеряется в Амперах (A). Обозначается литерой I.
Теперь представим, что наши трубы имеют определенный диаметр равный толщине потока жидкости, протекающий по ним (падающий под воздействием силы тяготения G). Если мы уменьшим диаметр труб, то притягиваемая силой тяготения жидкость не будет помещаться в них, и создаст избыточное давление на стенки труб, что приведет к их разрыву.
Так как мы рассматриваем турбину и силу тяготения как два составляющих элемента двигателя, то становится понятным, что главным потребителем жидкости является эта система (двигатель).
Поперечное сечение проводников электрического тока должно быть рассчитано на пропускание электрического тока силы равной или большей той, которая может потребоваться двигателю при максимальном потреблении им электроэнергии.
Аналогичная ситуация и с краном. Если его внутреннее поперечное сечение, окажется меньше, чем толщина потока жидкости, падающего под воздействием силы тяготения, он будет не в состоянии пропустить этот поток, потребляемым турбиной совместно с силой тяготения. Из-за избыточного давления на внутренние стенки крана может произойти его выход из строя.
Регулятор оборотов двигателя должен быть рассчитан на силу тока, равную или большую той, которая может потребоваться двигателю при максимальном потреблении им электроэнергии.
И, конечно же, нельзя забывать и про насос. Он должен обеспечивать не просто поднятие жидкости на определенную высоту, как в описании напряжения, а и поднятие определенного количества жидкости на требуемую высоту в единицу времени. Если он не сможет этого сделать, то скопившаяся внизу системы под воздействием силы тяготения жидкость будет создавать давление на внутренние стенки насоса. Это приведет к выходу его из строя.
Аккумулятор должен быть рассчитан на возможность отдачи силы тока, равной или большей той, которая может потребоваться двигателю при максимальном потреблении им электроэнергии. Величина такой токоотдачи измеряется в амперах и равна параметру аккумулятора «С» умноженному на численное значение емкости аккумулятора.
Проанализировав описание напряжения и силы тока, между ними можно обнаружить зависимость.
Так, если увеличить напряжение (поднять выше резервуар), увеличится потенциальная энергия жидкости, находящейся в резервуаре. Увеличится и ее кинетическая энергия при падении с высоты Н1 до Н0 на всем интервале. А, следовательно, большее количество жидкости будет протекать по системе в единицу времени.
А так как количество жидкости, протекающее по системе в единицу времени мы представляем как сила электрического тока, то так и скажем, что с возрастанием напряжения в электрической системе возрастает и сила тока в ней. Соответственно, превысив напряжение аккумулятора больше расчетного, мы превысим расчетную силу тока в электрической цепи.
Ну и в заключение рассмотрим такую характеристику системы, как мощность.
В электрических системах она представляется как произведение напряжения на силу тока. Измеряется в Ваттах (W, VA, Вт). Обозначается литерой P.
Так как эта величина уже непосредственно приближается к количеству работы, выполняемой за определенный промежуток времени, то и указывают ее чаще для двигателей.
Например, для двигателя указана мощность X и максимальное потребление тока Y.
Мощность рассчитывается так: P = I * U, где P – мощность, I – сила тока, U – напряжение.
Высчитать максимальное напряжение U, которое разрешается подавать на двигатель, можно преобразовав формулу рассчета мощности следующим образом:
U = P / I. Что в нашем случае будет Х / Y.
Вот, вкратце, и все.
Понимаю, что выглядит не идеально.
Старался упростить все до предела, дабы не загружать головы заумными вещами.
В глубоком детстве, на заре занятий электроникой, такой взгляд на электричество помог мне не запутаться в дебрях электротехники.
Прошу комментировать, добавлять что-нибудь свое, поправлять, если где не прав.