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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
Motor fueraborda alimentado por batería de litio. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos En los embalses se puede ver cada vez más a pescadores que utilizan motores eléctricos fuera de borda en sus embarcaciones. En comparación con los motores de gasolina, tienen una serie de ventajas: su diseño es muy simple, el encendido y apagado se produce instantáneamente y casi no hay ruido ni liberación de subproductos al agua. La mayor desventaja de los motores eléctricos es la necesidad de tener una fuente de energía: una batería, cuya masa (generalmente de plomo-ácido) es varias veces mayor que la masa del propio motor. Esto es especialmente inconveniente cuando se pesca desde un bote de goma, en el que es necesario colocar una batería pesada en algún lugar. Los cables de conexión tampoco crean comodidad. Al mismo tiempo, hay baterías que, con una capacidad energética comparable, tienen una masa significativamente menor que las de plomo-ácido. Estos incluyen varios tipos de baterías de litio. A continuación se describe un motor eléctrico fueraborda de pequeño tamaño impulsado por una fuente de litio ubicada directamente sobre sí mismo. Se muestra un diagrama del motor eléctrico y fuente de alimentación del dispositivo electrónico necesario para su funcionamiento. También se midieron varios parámetros del motor fueraborda en su conjunto. Para ello se utilizó un motor fueraborda Sevylor SBM12 de dos velocidades y 18 voltios, cuyo peso (sin batería) es de unos 2,5 kg (el mismo motor también está disponible bajo la marca Aqua Marina T 18). A velocidades más altas, la energía de la batería se suministra directamente al motor eléctrico y, a velocidades más bajas, a través de una resistencia adicional. En el último caso, como han demostrado las mediciones, un tercio de la energía consumida por la batería se destina al calentamiento de la resistencia, es decir, se desperdicia. Según el pasaporte del motor, el consumo de corriente a velocidades más altas alcanza los 14,7 A, y a velocidades más bajas, 7 A. Además, en el primer caso, el motor debe desarrollar una fuerza sobre los amarres de 8,1 kgf, y en el segundo, 3,6 kgf. Según las mediciones, con una tensión de alimentación de 11 V, el motor desarrolló una fuerza de aproximadamente 2,5 kgf a una velocidad más baja, lo que se acerca al valor declarado. En la versión original, la fuente de energía era una batería compuesta por tres baterías conectadas en serie, cada una de las cuales, a su vez, constaba de dos baterías de iones de litio IMR 26650 (KeepPower) conectadas en paralelo con una capacidad de 5200 mAh. Como sabes, las baterías de litio son fuentes de energía muy "delicadas": para cada tipo hay un voltaje máximo al que se puede cargar la batería y un voltaje mínimo cuando se descarga. Para las baterías de iones de litio, estos valores por celda son respectivamente 4,1 y 2,9...3,2 V. Además, es necesario asegurarse de que la temperatura de la batería no supere los 50...60 оС. Todas las baterías se colocaron en un casete, el peso del motor fueraborda con dicha fuente de energía instalada en su carcasa fue de 3,9 kg. Durante las pruebas, el motor eléctrico se instaló en un baño lleno de agua y funcionó con la hélice original a menor velocidad. Para apagar automáticamente la batería cuando el voltaje cae al nivel más bajo permitido, se utilizó un dispositivo electrónico ensamblado según el siguiente diagrama. Antes de pararse, el motor funcionó continuamente durante una hora y media. Al mismo tiempo, el consumo actual disminuyó de 7,5 a 5,3 A. Las pruebas revelaron el siguiente problema. Las mediciones mostraron que la resistencia interna de toda la fuente de alimentación cargada es de 210 mOhm. Con una corriente de 7,5 A, la potencia disipada en la batería es de aproximadamente 12 W. Al estar en una caja cerrada, se calienta bastante: después de aproximadamente una hora de funcionamiento continuo, su temperatura alcanza los 50ºC. оC y continúa aumentando. Para enfriarlo se utilizaron dos ventiladores en miniatura de un vatio, lo que eliminó este problema. Al mismo tiempo, fue necesario complicar un poco el diseño de la carcasa para que la batería y el dispositivo electrónico estuvieran protegidos de la entrada de agua, pero al mismo tiempo se asegurara el flujo de aire. La versión final utiliza una batería de polímero de litio. Tiene una resistencia interna un orden de magnitud menor, por lo que incluso durante un funcionamiento continuo a largo plazo en una caja sellada, no se requiere enfriamiento forzado. Además, para eliminar las pérdidas de energía que se producen en el motor original cuando funciona a velocidades más bajas, se utilizó un modo de alimentación por impulsos. Entre otras cosas, esto le permite regular suavemente la potencia del motor fueraborda y, en consecuencia, la velocidad de la embarcación. La fuente de energía era una batería Turnigy Multistar de 14,8 V. Su capacidad es de 16 Ah, peso - 1,3 kg. Para una batería de polímero de litio, el voltaje máximo durante la carga es de 4,2 V por celda y el voltaje mínimo durante la descarga es de 3...3,3 V. La batería consta de cuatro baterías y el voltaje total en estado cargado es de 16,8 V. Medidas demostró que la resistencia interna es de 8 mOhm, por lo que incluso con una corriente de 10 A, la potencia disipada en las baterías será inferior a un vatio. El circuito de control del motor fueraborda se muestra en la Fig. 1. El apagado automático de la batería cuando su voltaje cae al nivel mínimo permitido se realiza mediante un disparador Schmitt ensamblado en los transistores VT1 y VT2. Este nivel (en nuestro caso es 13 V) se ajusta con la resistencia de recorte R2. Tenga en cuenta que para una instalación precisa se recomienda utilizar la denominada resistencia de ajuste multivuelta (con engranaje helicoidal).
Cuando presiona brevemente el botón SB2, el transistor VT1 se abre y VT2 se cierra. Esto conduce a la apertura del transistor VT3. Como resultado, se activa el relé K1, incluido en el circuito colector de este transistor. Sus contactos funcionan en circuito cerrado y permiten la conmutación de corriente continua con una potencia de hasta 16 A a una tensión de hasta 24 V. El generador de impulsos rectangular, ensamblado sobre los elementos del microcircuito DD1, recibe la tensión de alimentación con un ligero retraso debido a la presencia de un condensador C2 relativamente grande y una resistencia R14. El retraso le permite utilizar un botón de baja potencia para arrancar el motor eléctrico. Los pulsos de voltaje de la salida del elemento DD1.3 abren periódicamente el transistor V74, en cuyo circuito de drenaje está conectado el motor eléctrico M1. Su inversión se realiza mediante el interruptor SA1. Cuando la tensión de alimentación cae al nivel inferior establecido (a medida que la batería se descarga), el transistor W1 se cierra y todo el dispositivo funciona en la dirección opuesta: los contactos del relé se abren y la fuente de alimentación se desconecta. Para apagar un motor que funciona a un voltaje más alto, use el botón SB1. Con las capacidades de las piezas indicadas en el diagrama, la frecuencia de repetición del pulso es de aproximadamente 50 Hz. La duración de los pulsos de voltaje suministrados al motor eléctrico está controlada por la resistencia variable R6. Los valores de las resistencias R8 y R9 se eligen de modo que, con una batería completamente cargada, la corriente promedio que fluye a través del motor eléctrico pueda variar suavemente de aproximadamente 5 a 9 A. Las piezas del dispositivo están montadas sobre un tablero de fibra de vidrio de 138x47 mm. El transistor V74 está instalado en un pequeño disipador de calor. La potencia disipada por él no supera el vatio. En la Fig. La Figura 2 muestra la dependencia del voltaje de la batería y su temperatura del tiempo de funcionamiento continuo a la máxima potencia del motor eléctrico. También se muestra una gráfica de la corriente consumida por el mismo versus el tiempo. El motor en sí con la hélice original se fijó en un baño de agua. La figura muestra que el voltaje de la batería, a medida que se descarga, cae con bastante suavidad hasta un valor de aproximadamente 14,3 V, después de lo cual disminuye drásticamente. Una caída rápida de voltaje a medida que se acerca al nivel más bajo permitido es típica de las baterías de polímero de litio. La temperatura máxima de la fuente de alimentación en una caja cerrada después de dos horas de funcionamiento continuo no superó los 45...46 оC. Al mismo tiempo, como han demostrado los estudios, el disipador de calor del transistor VT4 y el relé K1, ubicados al lado de la batería, contribuyen significativamente al calentamiento.
La batería junto con el tablero de control del motor están ubicadas en una caja sellada de duraluminio en el motor fueraborda. La tapa de la caja se abre y la batería se puede quitar fácilmente. Una vista general del motor se muestra en la Fig. 3 (a partir de él también se puede juzgar su tamaño). El peso del motor junto con la batería es de aproximadamente 4,4 kg.
Las pruebas del motor del barco se realizaron en el lago en ausencia de olas. La carga total de la embarcación neumática biplaza JAM 220 T era de aproximadamente 100 kg. Su velocidad con la batería completamente cargada y la potencia máxima del motor era de 4,5 km/h. El motor funcionó continuamente durante 2 horas y 20 minutos antes de detenerse. A potencia mínima, estas cifras fueron de 3,6 km/h y 3 horas 45 minutos, respectivamente. Por lo tanto, de los datos presentados se desprende claramente que una batería de polímero de litio se puede utilizar con éxito para crear motores eléctricos para embarcaciones fuera de borda, fáciles de usar y de bajo peso, con una fuente de energía ubicada directamente en el motor. Autor: A. Gavrilov
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