Důležité:    DF MoNaKo - diskuze    Chat    Členové    Kalendář akcí    Galerie    Partnerské weby

   Můžete se registrovat!    Ukažte obrázky svých modelů!    Jak napsat článek?    Napište nám   

Kategorie článků
Vyhledávání
Model Club MoNaKo
MC MoNaKo

Otevřené sdružení lodních modelářů nejen z celé ČR...
Modelářský klub MoNaKo


Čtenář
Jméno:
Heslo:


Registrace | Info
Zapomenuté heslo

Chat - popovídejte si

Přehledy
Stálé odkazy
RSS

Pokud chcete odebírat naše články přes RSS, do své čtečky RSS kanálů zadejte tuto adresu. Též můžete použít odebírání nových tématpříspěvků z DF.

Vše naráz přímo na plochu svého PC získáte s miniaplikací MoNaKo-Mini:

MoNaKo-Mini

Čtenářské galerie
stavba
skouška
zobrazení: 3269
známka: 1.33
Zajímavý odkaz
Thingiverse.com

Všem, kteří si pořídili 3D tiskárnu, by se mohla hodit tato stránka, na které naleznou řadu připravených věcí k tisku (a to i z oblasti lodních modelů).

Historie zajímavých odkazů

Partneři

MoNaKo - ikona

Pokud přidáte ikonu MoNaKa na svůj web, na oplátku přidáme odkaz na Vaše stránky mezi naše partnery.

Správa webu a DF

O tyto stránky se stará: MoNaKo Web Team

Návštěvnost
Mapa přístupů
Licence

Licence Creative Commons

Novinky
31.12.2017:

Konference KLoM ČR se uskuteční 10. 2. 2018 v Hradci Králové. Termíny dalších konferencí najdete zde.


21.12.2017:

K nejčtenějším článkům končícího roku patří seriál Naše cesta k RG-65. Jeho dalším pokračováním je článek Manta na pátý pokus - ten však vyšel na specializovaném webu RG65.sk. Hezké čtení!

 

 Archiv novinek


Elektronika

Superkondenzátory jako zdroj pro pohon modelu - 2. díl

Úvodní obrázek článku Poprvé jsem se se superkondenzátorem osobně setkal v roce 2008 v malých hračkách, dvou modelech letadélek s rozpětím asi 20 cm, které dovážela firma Pelikán. Uvnitř byl kondenzátor 3 F / 2,7 V o hmotnosti 1 g, jehož vývody současně tvořily kontakty pro nabíjení, dál miniaturní vypínač a stejnosměrný motor z vibračního vyzvánění mobilů s vrtulkou. Model samotný byl dutý, tenká skořepina odstříknutá z extrudovaného polystyrénu. Dodávaný „nabíječ“ nebyl ničím jiným než pouzdrem na dvě tužkové (AA) baterie s vyvedeným konektorem.

Tato hračka je příkladem nejjednoduššího možného použití i zapojení. Při nabíjení, které by podle návodu mělo trvat nejvýše 5 s, byl proud omezen jen vnitřním odporem baterií a kondenzátoru. Reálně stačily k nabití 2 s, počáteční proud dosahoval 3,5 A a byl hodně závislý na stavu tužkových baterií. Napětí bylo omezené bateriemi na 3 V, dokonce se počítalo i s poklesem při zatížení, proto také neměl být „nabíječ“ připojen déle než 5 s. Došlo by k „přebití“, přesněji řečeno nepřípustnému nárůstu napětí.

Obrázek v článku Obrázek v článku Obrázek v článku
Vlevo: Komplet jednoho z letadel, model se stojánkem a nabíječ
Uprostřed: Příprava k nabíjení
Vpravo: Kondenzátor uvnitř, ohnuté vývody jsou nabíjecím konektorem.

Po připojení motoru byl výkon největší, vypuštěné letadlo začalo stoupat do výšky asi 3 m, ale výkon rychle klesal. Let trval průměrně 12 – 15 s, i když vrtulka se točila někdy až 30 s. Model se choval téměř stejně, jako by měl pohon gumou, jen odpadlo nepříjemné natáčení gumy. K letu byl připravený doslova za pár sekund, fungoval stejně při jakékoli teplotě. Životnost je omezená pravděpodobně motorem, i po sedmi rocích a nespočetných startech funguje model stejně jako nový.

Tento model už na trhu není, ale v čínských internetových obchodech se dají koupit podobné hračky, zejména autíčka, v nichž se využívá superkondenzátor bez jakékoli elektroniky pro nabíjení nebo vybíjení. Chod po dobu několika sekund stačí, když se něco zablokuje, nevadí, zdroj se stejně brzy vybije a nic nespálí, není třeba měnit baterie (leda ty v nabíječi, pokud není síťový). Dokonale se využívají výhody superkondenzátorů, velký výkon po krátkou dobu, rychle nabít, rychle vybít, téměř neomezený počet cyklů. Jako náhrada „gumáčků“ jsou elektromodely s kondenzátorem velmi vhodné, jsou menší a zdroj není třeba měnit, může být pevnou součástí konstrukce, třeba i zalitý v plastu. Musí to být jen hračky? Co třeba záchranný člun spuštěný z RC modelu, který sám po dotyku s vodou nahodí motor a odjede? To vše ve velikosti „angličáku“.

Větší rádiem ovládané hračky mají v sobě dva nebo tři kondenzátory s kapacitou stovek faradů zapojené sériově, ale většinou žádný měnič napětí, takže výkon v průběhu několika málo minut výrazně klesá a využívá se jen zlomek energie.

Obrázek v článku Obrázek v článku Obrázek v článku
Vlevo: Jedno z malých autíček poháněných superkondenzátorem
Uprostřed: Dvoumotorové letadélko na superkondenzátor
Vpravo: Malý „chodící“ robot na čtyři kondenzátory

Když si budete chtít superkondenzátory vyzkoušet, asi napoprvé nesáhnete po špičkových výrobcích (za cenu přiměřenou kvalitě), které se používají v profesionálních aplikacích, ale budete hledat něco levného nebo s optimálním poměrem ceny a výkonu. Postupoval jsem stejně a napálil jsem se. Obstaral jsem kondenzátory 500 F / 2,7 V korejské firmy Samwha. Šest kusů stojí nyní na www.aliexpress.com ani ne 30 USD včetně poštovného, lepší poměr se těžko najdete. Parametry slibovaly i slušný výkon (15 mΩ vnitřního odporu, 10A proud), šest kusů dá dohromady zdroj, který se dá nabít na 16 V.

První dojem byl vynikající. Teprve v okamžiku, když superkondenzátor připojíte na laboratorní zdroj, nastavíte napětí 2,7 V a omezení proud třeba na 10 A, pak vše spustíte, tak přes všechny znalosti a výpočty podvědomě čekáte, že se svižně nabije. Je to přece pouhý kondenzátor. Místo toho zavrčí trafo, rozhučí se chladicí ventilátory v plných otáčkách, a napětí začne stoupat. Ne po celých voltech, ne po desetinách, ale hodně pomalu a váhavě po setinách voltu. Právě v takovém okamžiku si doopravdy uvědomíte, co to vlastně držíte v ruce, co prakticky znamená kapacita ve stovkách nebo tisících faradů. Tohle sice je kondenzátor, ale chová se naprosto jinak, než jste zatím byli zvyklí. Rozdíl v kapacitě proti klasickým „velkým“ 5mF kondenzátorům do zesilovačů je 5 řádů (tj. 100000 x). Jestli vám to pořád nic neříká, tak si představte svoje možnosti, když vstoupíte do obchodu a máte v kapse 1 Kč nebo 100000 Kč. Stačí?

Tyto kondenzátory Samwha 500 F jsem měl v lodi Lacaille, která jezdila mimo soutěž při Jablonecké kotvě 2014. Bylo mi jasné, že musím zajistit jejich stejné nabití, ale balancovat zatím nebylo čím. Všechny kondenzátory měly svůj konektor, při nabíjení vně lodě jsem je spojil paralelně a nabíjel na společné napětí 2,6 V. K tomu mi posloužil nabíječ iCharger 208B nastavený do režimu NiCd a na proud 20 A. Napětí jsem hlídal sám podle multimetru a nabíjení ukončil ručně. To bylo poněkud nebezpečné, při překročení napětí by se kondenzátory zničily, ale byly to první pokusy, nic víc. A potěším ty, kdo před soutěží dodělávají modely během poslední noci nebo až na mole - kondenzátory mi došly sotva pár dnů předem a Lacaille jsem přestrojoval den před odjezdem do Jablonce.

Obrázek v článku Obrázek v článku Obrázek v článku
Vlevo: Nabíjecí pracoviště pro první praktické pokusy v Jablonci
Uprostřed: Sada kondenzátorů vyndaná z lodi, izolepou spojené trojice
Vpravo: Uložení kondenzátorů v lodi po stranách od motoru

V lodi byly kondenzátory uloženy po stranách od motoru, prostě se tam dobře vešly. Lacaille měla v sobě čtyřčlánek NiMH pro napájení přijímače a serva řízení, ale pohon měl kondenzátory za jediný zdroj energie a jakmile bych překročil dobu jízdy, loď by se zastavila. Tak trochu jsem počítal s tím, že na soutěži bude v nouzi „odtahová služba“ na člunu na rozdíl od situace, kdy bych pohon zkoušel sám někde na rybníce.

Motor byl velikosti 600, ale pomaluběžný německý ServoNaut TM72, určený do modelů trucků, který má perfektní moment a účinnost. Není to úplně běžný a levný motor, ale je to standardně vyráběný a prodávaný typ, žádná specialita. Motor byl v Jablonci jen spínaný (ne s regulátorem výkonu, natož obousměrným). Aby bylo jasně vidět, že jsou okruhy pohonu a přijímače oddělené, byl v lodi mechanický vačkový spínač Robbe nasazený na servo (to je to oranžové vpravo na fotografii).

Po nabití se paralelně spojené kondenzátory rozpojily a v lodi sestavily do sady jinak, sériově. Společně daly 15,6 V. Mezi kondenzátory a motorem byl spínaný snižující nastavitelný měnič koupený z Číny asi za 3 USD včetně dopravy, napětím jsem nastavil přiměřený chod motoru. Protože jsem nevěděl, jak dlouho „to“ poběží, uvázal jsem loď za záď na provázek, spustil motor v lodi na vodě i stopky a čekal. Bylo sice dost těch, kteří nechápali (ani nemohli chápat), co ten starý blázen s lodí dělá, a proč se baví tím, že vodí po hladině kolem břehu lodičku jako dítě autíčko na provázku, ale výsledek předčil očekávání.

Při mírné jízdě jela Lacaille konstantní rychlostí nepřetržitě skoro 35 minut! Když jsem později nastavil vyšší rychlost, kdy už dělala hezkou příďovou vlnu, 16 minut. Samozřejmě nejela zrovna v kluzu, to mi v dané chvíli měnič ani motor neumožnil, ale obecně by mohla, jen by to trvalo krátce, asi tak 3 minuty. Další jízdy byly už s RC ovládáním (bez provázku) a snažil jsem se nepřekročit ¾ zjištěné maximální doby jízdy, abych nezůstal „viset“. Nabití po jízdě trvalo 6,5 minuty, ale jen kvůli velmi nevhodnému improvizovanému postupu, později jsem stejné kondenzátory nabíjel za jednu minutu a kvalitnější za 15 sekund. Poměr doby nabíjení a jízdy 6:32 nebo dokonce 1:32 myslím není pro začátek špatný, příprava modelu k plavbě za minutu také ne. Jak dlouho nabíjíte svoje akumulátory?

Obrázek v článku Obrázek v článku Obrázek v článku
Vlevo: Lacaille s kondenzátory při jízdě malou rychlostí v Jablonci
Uprostřed: Podobný měnič jako byl v Lacaille (tento umí i zvýšit napětí).
Vpravo: Kvalitní kondenzátory pro další práci

Jak moc se použité kondenzátory „rozjíždějí“ se ukázalo později, když jsem spojil kondenzátory k nabíjení až druhý den po jízdě. Z kabelů se zakouřilo a bleskově přehořely. Měřením jsem pak zjistil, že jeden z kondenzátorů ztrácí skoro všechnu energii samovybíjením během necelého jednoho dne, další dva asi tak za tři dny a zbylé tak jak to má být mnohem pomaleji. V kapacitě byly také rozdíly, neměly udávaných 500 F, ale od 339 F do 436 F (odchylka od -13 do -32 %). Hodnoty byly zcela mimo výrobní tolerance, i když to nikde nebylo uvedeno, asi proto byly tak levné. Na to, jaké skutečně byly, byly drahé až moc. I když se první pokus povedl, z podobného „materiálu“ nemůžete sestavit správně fungující sadu, to prostě nejde!

Budete-li shánět superkondenzátory, asi nejlepší dělá americká firma Maxwell, vyhněte se podezřele levným nabídkám. To ale neznamená, že musíte kupovat draze, dostanou se třeba kondenzátory vybrané z likvidovaných autorádií nebo bloky několika kusů na desce. Jsou levnější, použité, někdy i viditelně povrchově potlučené a poškrábané, ale mnohem lepší, než bezvadně vypadající výhodná nabídka „mimotoleranční Číny“. Pro ilustraci uvedu parametry 11 ks kondenzátorů Maxwell D-Cell (velikost velkého monočlánku) s udávanou kapacitou 350 F. Vnitřní odpor jednoho je nejvýše 3,2 mΩ (srovnatelné s Li-pol), povolený krátkodobý pracovní proud 220 A / 1 s (na tyhle jsem startoval auto), maximální výkon (jednoho kusu) přes 900 W (ovšem při nízkém napětí a brutálním proudu).

To ale není to hlavní. Všech 11 kusů, které jsem měl k dispozici, mělo parametry téměř dokonale shodné. Průměrná ztráta energie za 48 hodin od nabití byla necelých 14 % (jako u povedených kusů Samwha), ale rozdíly v napětí se vešly do tolerance pouhých ±7 mV! Kapacita byla doslova šokující, všechny kusy měly víc, než udává výrobce, nejslabší 354 F (+1,1 %) a nejsilnější 362 F (+3,4 %). Kdyby se vynechal jediný „ujetý“ kus, vešly by se rozdíly ostatních do tolerance ±1,2 %. Takové tolerance nenajde běžně ani mezi „měřicími“ kondenzátory. Z těchto kondenzátorů šlo sestavit sadu libovolně náhodně i bez měření.

Ono tak moc nezáleží na tom, jestli jsou parametry trochu lepší nebo horší, hlavně když jsou v sadě stejné, vybíjejí a nabíjejí se stejně. Je to totéž jako s Li-pol, jenomže je to důležitější, protože v Li-pol vždy necháváme poměrně dost energie nevyužité, zatímco kondenzátory lze vybíjet skoro do nuly. Součet nula ale může znamenat, že jeden v sadě má napětí 0,3 V a druhý -0,3 V, a to je špatně, to už se ničí. Ochranné diody na kondenzátorech moc nepomohou, protože problém je už s přepólovaným napětím, při němž se ještě diody neotevřou a nic neochrání! I sada složená z kvalitních součástek potřebuje balancer a hlídat maximální i minimální napětí, ale s „rozjetou“ sadou toho reálně moc neuděláte.

Co dál? Věnuji se spíš použití superkondenzátorů v jiných než modelářských oblastech, ale možná dojde v následující sezóně na vystrojení nějaké rychlého člunu. Měl by být schopen jezdit kolem 30 km/h, i když výdrže podobných lodí s akumulátory dosáhnout nemůže. Na druhou stranu akumulátory zase nenabijete za 30 s.

S RC letadlem je trochu složitější, ve větších rozměrech se negativně projevuje hmotnost kondenzátorů. Charakterem nejvíc vyhovuje elektrovětroň, který jednou rychle vystoupá do výšky, a pak může delší dobu klouzat. Podle předběžného výpočtu by to fungovat mělo a už proběhly i úspěšné zkoušky letu s nezapojenými kondenzátory (napájení ztěžklého modelu malým Li-pol akumulátorem).

Souhrnně lze říct asi to, že napájení kondenzátory je technicky velmi zajímavé, ale nečekejte od něj lepší parametry, než poskytuje napájení z Li-pol. Může být lepší ve vyšším výkonu po velmi krátkou dobu, to ovšem neupotřebíte zrovna často. Může být lepší v tom, že zabudujete kondenzátor do miniaturního modelu bez možnosti výměny a bude tam sloužit desítky let, to je také speciální případ zajímavý snad někdy pro maketáře. Může dodat velký proud, na který nestačí palubní zdroje, když stačí krátká doba činnosti, týká se to třeba palníků pyrotechniky. Může udivit tím, že „bez baterie“ nahromadí energii z malého solárního panelu a pak předvede rychlou jízdu, i když je to tak trochu podvod. V typických RC modelech je to spíš technická zajímavost, skutečný přínos najdete jen v okrajových aplikacích, například v modelech (hračkách), kde stačí několik sekund činnosti jako náhrada za pohon pérem nebo gumou.

Příště se podíváme na elektroniku, kterou budete potřebovat, když to budete chtít zkusit.

Fotogalerie
Fotogalerie

Foto: Ing. Michal Černý a weby výrobců © 2015

Pro MoNaKo Ing. Michal Černý Na začátek článku

Autor: Ing. Michal Černý | Vydáno dne 12. 03. 2015 | 3951 přečtení
Počet komentářů: 0 | Přidat komentář
Informační e-mailVytisknout článek
Pridat.eu



Elektronika -> Superkondenzátory jako zdroj pro pohon modelu - 2. díl
Old MoNaKo - články z roku 2006 a starší
Pozvánky
Nejnovější akce

Termíny dalších akcí najdete v Kalendáři akcí.

Reklama
Nejkomentovanější
Pár rad stavitelům parních lodí
08. 10. 2017
Počet komentářů: 25

Jarní Lužiny 2017 se soutěží Footy a RG-65
28. 02. 2017
Počet komentářů: 12

Naše cesta k RG-65: Oplachtění swing rig
24. 02. 2017
Počet komentářů: 11

Prosek 2017 - přijďte si v srpnu 2x zajezdit!
23. 07. 2017
Počet komentářů: 10

Pár rad stavitelům parních lodí: Kotlíky
12. 11. 2017
Počet komentářů: 6

Začátečník vyrábí reverzaci pro šoupátkový parní stroj
28. 08. 2017
Počet komentářů: 6

Nejčtenější za rok