Источники питания в современной технике: Урок 11. источники питания в современной технике — Естествознание — 11 класс

Содержание

Урок 11. источники питания в современной технике - Естествознание - 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 11. Источники питания в современной технике

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Каков принцип работы химических источников тока.

Каковы основные составляющие источника питания.

Какими параметрами характеризуются источники питания.

В каких приборах используются химические источники питания.

Глоссарий по теме:

Аккумулятор—устройство для накопления энергии с целью её последующего использовании.

Внутреннее сопротивление источника питания – это его количественная характеристика, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник тока нагрузки.

Гальванический элемент – источник электрической энергии, вырабатывающий электрический ток методом химического взаимодействия двух металлов в электролите (в качестве которого используются растворы щелочей или кислот).

Ёмкость аккумулятора – показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Обычно емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов - в миллиампер-часах.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

  1. Естествознание. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд.,– М.: Просвещение, 2017. : с 53 -58.
  2. Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 2. Электричество и магнетизм.–12-е изд. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 480 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Главным способом получения электрической энергии в современном обществе является применение вращающихся генераторов, так как с их помощью получают электроэнергию на тепловых электростанциях, гидро и атомных электростанциях.

Способы получения электричества

Виды электростанций

Определение

Обозначение

Тепловая электростанция

Электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора

ТЭС

Гидроэлектростанция

Электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока

ГЭС

Атомная электростанция

Электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов преобразуется в электроэнергию.

АЭС

Ветряная

устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую

Солнечная

устройства специальной конструкции, в которых энергия солнца преобразуется в электрическую

В 1786 году итальянский профессор медицины, физиолог Луиджи Алоизио Гальвани проводя исследования на лягушках обнаружил, что мышцы задних лапок свежевскрытого трупика лягушки, подвешенного на медных крючках, сокращаются, если к ним прислонять стальной скальпель. Гальвани пришёл к выводу, что это — проявление «животного электричества».

В первых опытах ученые в раствор кислоты опускали две металлические пластины: медную и цинковую. Пластины соединяли проводником, на медной пластине появлялись газовые пузырьки, а цинковая пластина растворяется. На этом основано действие гальванических элементов.

Распад электролита на ионы происходит в результате процесса электролитической диссоциации. Электролит чаще состоит из раствора кислоты, щелочи или солей натрия и калия. Такие гальванические элементы сегодня называют батарейками. Величина напряжения батарейки зависит от используемых металлов и от числа элементов, находящихся в ней.

Виды

Достоинства

Недостатки

Щелочные

Длительный срок службы,

Возможность глубокого разряда,

Небольшой удельный вес,

Работа при отрицательных температурах

Высокая цена

Солевые

Удобство применения,

Малая цена,

Простая технология производства,

Дешёвое и доступное сырьё

Малый срок хранения,

Резкое падение свойств при понижении температуры,

Быстрое уменьшение напряжения во время работы

Литиевые

Малые размеры и масса,

Длительный срок эксплуатации,

Стабильные параметры в различных условиях,

Большая ёмкость

Высокая цена, возможность внезапного возгорания.

Гальванические элементы характеризуются электродвижущей силой, ёмкостью; энергией; сохраняемостью.

Электродвижущая сила гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита.

Электрическая ёмкость элемента — это количество электричества, которое источник тока отдаёт при полном разряде.

Энергия гальванического элемента численно равна произведению его электрической ёмкости на напряжение.

Сохраняемость — это срок хранения элемента, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. Сохраняемость элемента уменьшается с ростом температуры хранения.

В истории первым создателем химического источника питания был Алессандро Вольта, но он не смог сделать полученный им гальванический элемент перезаряжаемым.

В 1859 году французский ученый Гастон Планте создал прототип современного аккумулятора – первую свинцово-кислотную батарею, которую можно было в отличие от гальванического элемента перезаряжать.

Американский изобретатель Томас Эдисон первым предложил использовать аккумуляторы на транспорте.

Перед использованием аккумулятор заряжают. Для этого через него пропускают постоянный ток. В процессе зарядки в результате химических реакций аккумулятор накапливает энергию.

Применение аккумуляторов в современном обществе:

- в сотовых телефонах,

- под капотом машины для запуска двигателя,

- для блоков бесперебойного питания,

- на электротранспорте,

- в системах охраны,

- в переносных радиопередатчиках и аппаратуре.

Сферы использования химических источников тока:

На транспорте;

В переносных устройствах;

В космической технике;

В оборудовании научных исследований;

В медицинских приборах;

Электромобили;

Фото и видеотехника

В бытовой сфере (батарейки, батареи аккумуляторов электроники, аккумуляторы на автомобилях).

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Назовите фамилию русского инженера, внёсшего большой вклад в развитие электричества?

а) Пирогов;

б) Яблочков;

в) Каблуков;

г) Павлов

Ответ: б.

Задание 2: Решите ребус, установив соответствие картинки и зашифрованного слова.

Варианты ответов:

1.катод;

2.кислота;

3.электрод.

Ответ: 2

Современные источники питания - MegaObzor

Различные электронные устройства давно и прочно вошли в нашу жизнь. Приборы самой широкой сферы применения и степени сложности выводят нашу жизнь на совершенно новый уровень комфорта и возможностей. Однако для того, чтобы какое-либо оборудование функционировало, оно должно иметь доступ к электроэнергии. Для этого необходимы источники питания – устройства, отвечающие за подачу электропитания.

При этом практически все виды источников питания отвечают за выполнение трех основных функций:

  • преобразования электроэнергии
  • стабилизации
  • регулировки.

Виды источников питания

Все источники питания можно разделить на две группы: первичные и вторичные.

  • Первичные занимаются превращением разнообразных видов энергии в электрическую. К примеру, существуют аккумуляторы, которые химическую энергию преобразовывают в электричество.
  • Вторичные не отвечают за генерирование электроэнергии. Они занимаются лишь изменением ее характеристик, необходимых конкретному оборудованию. В частности, меняются показатели тока, напряжения, пульсации напряжения и пр.

Среди различных видов ИП, относящихся к категории вторичных, особенно востребованы блоки питания.

Какие бывают блоки питания

Блоки питания (или вторичные источники электропитания) представляют собой устройства, обеспечивающие электроприборы необходимой им электрической энергией посредством преобразования энергии, полученной от других источников. При этом энергия должна соответствовать ряду параметров, вроде тока, напряжения и пр.

Блоки питания могут быть:

  • встроенными в общую схему
  • использоваться в виде модуля
  • размещаться в отдельном помещении.

Существует два основных вида конструкций источников питания: импульсные и трансформаторные, они же сетевые.

Преимуществом импульсных блоков питания является надежность, наличие цепей защиты от форс-мажорных ситуаций, широкий диапазон частоты и питающего напряжения, меньшей, чем у сетевых моделей стоимостью, высоким КПД и меньшим весом.

Преимуществом сетевых БП считается доступная база элементов, простота конструкции, отсутствие, в отличие от импульсных моделей, создаваемых радиопомех, надежность.

Среди разновидностей ИП особенного внимания заслуживают источники бесперебойного питания, пользующиеся огромной популярностью, как в промышленной, так и бытовой сфере.

Особенности источников бесперебойного питания

Источники бесперебойного питания, они же ИБП, представляют собой электронное автоматическое устройство, оснащенное аккумулятором. ИБП обеспечивают бесперебойную подачу электрического питания для компьютера и его комплектующих, в течение краткого периода времени.

ИБП необходим для того, чтобы в случае внезапного падения или обрыва входного питающего напряжения, иметь возможность сохранить необходимые данные и корректно завершить работу ПК.

Следует помнить, что источники бесперебойного питания не подходят для постоянной, или хотя бы длительной подачи электроэнергии на компьютер. ИБП, они же UPS (Uninterruptible Power Supply), являются лишь вспомогательным оборудованием. Для того, чтобы обеспечить ПК долгосрочной подачей энергии, можно использовать устройства наподобие генераторов или источников резервного питания (ИРП).

Какие бывают UPS

Среди разнообразия ИБП, представленных на рынке, лишь три типа устройств действительно являются разновидностями источников бесперебойного питания:

  • UPS Line-Interactive
  • UPS On-Line
  • UPS Off-Line.

Все прочие подобные устройства на самом деле являются только их производными.

Подводя итоги

Источники питания давно стали необходимо частью нашей жизни. Они востребованы как в промышленной сфере, так и бытовой, ведь именно на электричестве работает большая часть используемых человеком приборов. Безусловно, блоки питания, равно как и источники бесперебойного питания, являются одним из важнейших изобретений в истории человечества, решают многие проблемы, связанные с подачей электроэнергии.

Обзор новых технологий в производстве источников питания / Хабр

Текущий месяц выдался удачным для разработчиков элементов питания. В различных источниках то и дело появляются новости о новинках в этой отрасли. Я решил собрать информацию о них и поделиться с вами. Под катом вас ждёт много различных технологий хранения энергии — от сахарных до квантовых.


«Квантовая» батарея

С 26 по 28 февраля в Токио проходит выставка накопителей, на которой среди прочих представлена компания Micronics Japan Co. Ltd. О её предыдущих разработках мало что известно, но совсем недавно она заявила о том, что разработала и подготовила к производству слоистую батарею нового типа. Одиночная ячейка, которую демонстрирует компания, представляет собой плёнку из металл-оксид-полупроводниковой структуры n-типа, в которой используются частицы диоксида титана, диоксида олова и оксида цинка, покрытые изолирующей плёнкой. В опытном образце используется лист нержавеющей стали толщиной 10 мкм, но вскоре его заменят на алюминиевый.

Квантовой разработчики назвали свою батарею чтобы подчеркнуть её физическую, а не химическую природу. Несмотря на то, что для хранения энергии вместо ионов в ней используются электроны, по принципу действия эта батарея отличается от конденсаторов. Утверждается, что система основана на хранении электронов «в запрещённой зоне» полупроводника.

При производстве структур «металл — оксид — полупроводник» зарядовый слой накопителя облучают ультрафиолетом. После изготовления, при зарядке, электроны занимают свободные энергические уровни в рабочем материале и хранятся там до тех пор, пока батарею не потребуется разрядить. В итоге получаются перезаряжаемые батареи с очень высокой плотностью хранения энергии.
Какими показателями обладают тестовые образцы неизвестно, но разработчик заявляет, что серийные образцы, которые появятся в скором будущем, будут иметь ёмкость до 500 Вт•ч/л и при этом смогут выдавать до 8 000 Вт пиковой мощности на литр объёма.
Такие накопители объединяют лучшие черты аккумуляторов и суперконденсаторов. Даже при малой ёмкости они смогут выдавать большую пиковую мощность. Напряжение, снимаемое с таких накопителей, не уменьшается по мере их разрядки, а до конца остаётся стабильным.
Заявленный диапазон рабочих температур от -25 до +85 °C. Батарея может быть подвержена 100 тыс. циклов зарядки-разрядки до падения ёмкости ниже 90% от первоначальной. Способность быстро забирать и отдавать энергию сильно уменьшит время зарядки. Кроме того, такие батареи пожаробезопасны. Редкие или дорогие материалы в её производстве не используются. В общем, плюсов столько, что даже не верится.

Самозаряжающаяся батарея

Группа исследователей во главе с Чжунлинь Ваном (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии (США) создала самозаряжающуюся батарею, не требующую для возобновления заряда подключения к розетке.
Устройство заряжается от механического воздействия, а точнее — от нажатия. Его планируется применять в сматрфонах и других устройствах сенсорных устройствах.
Разработчики разместили своё устройство под клавишами калькулятора и смогли обеспечить его работоспособность в течение суток за счёт энергии от нажатия кнопок.

Батарея представляет собой «прирог» из поливинилиденфторидной и цирконат-титанатосвинцовой плёнок толщиной в несколько сот микрометров. При нажатии на неё ионы лития мигрируют от катода к аноду в силу пьезоэлектрического эффекта. Чтобы повысить эффективность прототипа, исследователи добавили в его пьезоэлектрический материал наночастицы, усиливающие соответствующий эффект, и добились серьёзного увеличения ёмкости и скорости подзарядки устройства.
Нужно понимать, что батарея непрозрачная, поэтому может помещаться только под кнопками, либо под экраном.
Батарея не имеет таких выдающихся характеристик, как ранее описанное устройство (сейчас ёмкость батареи размером со стандартную «таблетку» для матплат выросла с начальных 0,004 до 0,010 мА•ч), но разработчика обещают ещё поработать над её эффективностью. До промышленных образцов ещё далеко, хотя гибкие экраны — основные устройства, в которых разработчика планируют разместить свою батарею — пока слабо распространены. Ещё есть время доработать своё изобретение и внедрить в производство.

Батарея на основе сахара

Складывается впечатление, что разработкой батарей занимаются только азиаты. Прототип очередной необычной батареи создали в американском Политехническом университете Вирджинии.

Эта батарея по сути работает на сахаре, точнее на мальтодекстрине — полисахариде, полученном в результате гидролиза крахмала. Катализатором в такой батарее является энзим. Он намного дешевле платины, которая сейчас применяется в обычных батареях. Такая батарея относится к типу энзимных топливных элементов. Электричество здесь производится путём реакции кислорода, воздуха и воды. В отличии от водородных топливных элементов, энзимы негорючи и невзрывоопасны. А после того, как батарея исчерпает свой ресурс, по словам разработчиков, её можно будет снова заправить сахаром.
О технических характеристиках данного типа аккумуляторов пока известно мало. Утверждается лишь, что плотность энергии в них в несколько раз выше, чем в обычных литий-ионных батареях. Стоимость таких батарей существенно ниже обычных, поэтому разработчики полны уверенности найти им коммерческое применение в ближайшие 3 года. Подождём обещанного.

Батарея со структурой граната

А вот учёные из американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете решили увеличить объём обычных батарей, воспользовавшись структурой граната.

Разработчики максимально уменьшили размер анодов и поместили каждый из них в углеродную оболочку. Это позволяет предотвратить их разрушение. В процессе зарядки, частицы расширяются и объединяются в кластеры, которые так же помещаются в углеродную оболочку. В результате таких манипуляций, ёмкость этих аккумуляторов в 10 раз превышает ёмкость обычных литий-ионных батарей.
Из опытов следует, что после 1000 циклов заряда/разряда, батарея сохраняет 97% первоначальной ёмкости.
Но о коммерческом применении данной технологии говорить пока рано. Слишком уж дороги в производстве кремниевые наночастицы и слишком сложен сам процесс создания таких батарей.

Атомные батареи

И напоследок расскажу о разработке британских учёных. Они решили переплюнуть своих коллег создав миниатюрный ядерный реактор. Прототип атомного аккумулятора, созданный исследователями университета Сюррея на основе трития, производит достаточно энергии для работы мобильного телефона в течение 20 лет. Правда подзарядить его потом уже не получится.

В батареи, представляющей собой интегральную микросхему, происходит ядерная реакция, в результате которой вырабатывается 0,8 – 2,4 ватт энергии. Рабочая температура батареи составляет от -50 до +150. При этом ей не страшны резкие перепады температуры и давления.
Разработчики утверждают, что для человека тритий, который содержится в батареи не опасен, т.к. его содержание там очень мало. Однако, о массовом производстве таких источников питания пока рано говорить — учёным предстоит провести ещё массу исследований и испытаний.

Заключение

Конечно, далеко не все из вышеописанных технологий найдут своё применение, тем не менее, надо понимать, что в ближайшие несколько лет должен произойти прорыв в технологии производства аккумуляторных батарей, который повлечёт за собой всплеск распространения электромобилей и производства смартфонов и других электронных устройств нового типа.

Урок естествознания в 11 классе "Источники питания в современной технике" - ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ - ПЛАНЫ-КОНСПЕКТЫ УРОКОВ - Каталог файлов

      Цель:
      Познакомить учащихся с принципом работы химических источников тока и основными параметрами источников питания.

      Планируемые результаты обучения:
1. Учащиеся понимают особенности, специфику и принципы работы химических источников тока, аккумуляторов; имеют представление о роли различных источников питания в устройствах, используемых человеком.
2. Учащиеся убеждаются в необходимости изучения основных параметров источников питания для правильного применения; понимают, что разнообразие приборов требует разнообразия источников питания; могут приводить примеры устройств, где применяются основные источники питания.
3. Учащиеся умеют работать с информационным текстом, изучая и систематизируя большой по объему материал с помощью групповой работы, используя стратегию «Зигзаг-1».
      Используемая стратегия: «Зигзаг-1» (Аронсон, Джонсон и Холубек, Каган).
      Форма работы: индивидуально-групповая.

      Предполагаемый ход урока:

      I. Стадия вызова
      1) Учащимся предлагается обсудить список трудных вопросов, например:
      • Каков принцип работы химических источников тока?
      • Каковы основные составляющие источника питания?
      • Какими параметрами характеризуются источники питания?
      • Как влияет на здоровье человека использование химических источников питания?
      2) Каждая группа учащихся объединяет вопросы в пункты плана.
      3) Учитель обобщает предложения учащихся и формулирует основные темы «Зигзага-1» (на этой стадии может быть применен прием «Кластеры» для систематизации вопросов по изучаемой теме).

      II. Стадия осмысления
      1) Группы учащихся изучают текст § 22 учебника по четырем основным темам «Зигзага-1»:
      • Каков принцип работы химических источников тока? Из чего получается электричество?
      • Каковы основные составляющие источника питания? Напряжение как параметр различия источников питания.
      • Размеры и форма как параметры различия источников питания.
      • В каких приборах используются химические источники питания? Как влияет на здоровье человека использование химических источников питания?
      Идет первоначальное знакомство с текстом, первичное чтение.
      2) Работа в экспертных группах.
      В экспертные группы объединяются «специалисты» по отдельным вопросам. Их задача — внимательное вторичное чтение текста, выделение ключевых слов и фраз (работа ведется индивидуально).
      3) Отбор материала, его структурирование и дополнение (групповая работа).
      4) Подготовка к трансляции текста в рабочих группах.
      5) Подготовка к презентации (плакат).

      III. Стадия рефлексии
      1) Трансляция в группе тем 1—4 последовательно.
      2) Обсуждение, ответы на вопросы.
      3) Презентация отдельных тем.
      4) Возвращение к трудным вопросам.

      IV. Домашнее задание
      Изучить материал § 22 и выполнить задания 2, 3.

Источники питания в современной технике

Сегодня перед всей Россией стоит огромная проблема – качественные системы питания. Не секрет, что 85% систем питания морально, да и физически устарели, что естественно ведёт к излишним затратам, КПД многих систем питания оставляет желать лучшего, да и постоянные поломки и простой оборудования приносят колоссальные убытки.
Эти проблемы заметны не только в масштабах всей страны, рядовой производитель тоже обеспокоен их решением. Ведь иметь в своём производстве системы питания, удовлетворяющие современным требованиям уже далеко не роскошь, а – необходимость. Именно поэтому актуальность производства качественных систем питания налицо.
С середины 90х годов ощущается значительный подъём электронной промышленности Российской Федерации, также затронувший рынок отечественных систем питания.
ООО «СТК-ВИКОМ» специализируется в разработке и производстве высоконадёжных систем питания, применяемых в промышленности, медицине, военном и аэрокосмическом производстве.
Стремительный рост индустрии позволил перейти на качественно высший уровень в проектировке и производстве источников питания. Высокий уровень КПД, низкие отклонения от установленного выходного напряжения и тока, работа при заведомо нестабильной электросети и даже работа в жёстких условиях окружающей среды с повышенной влажностью и загрязнением на сегодняшний день является нормой для систем питания СТК-ВИКОМ.
Поэтому в этой статье мы поговорим о некоторых не столь «обычных» качествах, характеристиках и исполнениях источников питания (далее ИП).

Получение импульсов лазерного излучения с изменяющейся во времени интенсивностью.
В области лазерной сварки металлов существует задача получения импульса излучения с изменяющейся во времени интенсивностью. В зарубежной литературе такой режим работы лазера известен как «Pulse shaping».Это открывает дополнительные технологические возможности, что в конечном итоге приводит к повышению качества сварного шва (рис.1) и расширению номенклатуры свариваемых материалов.
Использование режима Pulse shaping позволяет уменьшить внутренние напряжения и пористость сварного шва при сварке высокоуглеродистых сталей, отливок с пустотами и включениями загрязняющих веществ, материалов с различной температурой плавления .
Наиболее распространенные формы импульса в режиме Pulse shaping: Быстрый нагрев и плавное охлаждение свариваемых деталей (Cool-down), Плавный нагрев и быстрое охлаждение (Ramp-up).
Такие формы импульса, могут быть получены путем последовательного разряда нескольких накопителей энергии (конденсаторов, заряженных до различных уровней напряжения) на лампу накачки лазера. Однако этот путь приводит к существенному усложнению источника питания лазера, неэффективному использованию накопителей энергии и имеет ограниченные возможности по получению необходимой формы импульса.
Достижения компании «СТК-ВИКОМ» в области получения изменяемого светового потока газоразрядных ламп воплощены в разрядном коммутаторе, построенном на основе интеллектуальных силовых IGBT модулей.
Суть технологии состоит в широтно-импульсной модуляции тока разряда в лампе.
Хотя ток через лампу и не является непрерывным, тепловая инертность плазмы позволяет получить непрерывное во времени и изменяющееся по амплитуде излучение лампы. При этом интенсивность излучения лампы не падает ниже порога генерации, что позволяет получать непрерывное в рамках импульса лазерное излучение с изменяющейся во времени интенсивностью.
Колебания интенсивности излучения за счет прерывистого характера тока через лампу составляют не более 5-10% от амплитудного значения; это достигается за счет высокой частоты ШИМ сигнала разрядного коммутатора (20 кГц и более).

Данная технология позволяет более эффективно использовать возможности накопителя энергии, что улучшает массогабаритные показатели источника питания.
Во время прохождения импульса тока через лампу напряжение на накопителе неизбежно снижается, что приводит к уменьшению интенсивности излучения в рамках одного импульса. Широтно-импульсная модуляция разрядного импульса позволяет избавиться от этого эффекта и получать импульсы излучения практически произвольной формы.
Данная разработка включает в себя программное обеспечение, позволяющее задавать необходимый режим работы лазера (рис.3). Интерфейс с пользователем имеет несколько уровней доступа. Например, сварщик имеет доступ только к заданным режимам работы для сварки определенных материалов. Технолог же имеет возможность выбора произвольной формы импульса излучения и перевода выбранного режима в статус стандартного, доступного для сварщика. Кроме того, заложена возможность записи всех применяемых сварщиком режимов. Это позволяет контролировать соблюдение технологии в процессе выполнения сварочных работ.
Питание асинхронных двигателей.
В современной технике все чаще используются электродвигатели асинхронного типа. Такие двигатели имеют ряд преимуществ перед коллекторными собратьями. Прежде всего, к достоинствам асинхронных двигателей следует относить большой ресурс, малую шумность и высокий КПД. Однако их основной проблемой является то, что питаются они от трехфазной сети переменного тока с синусоидальной формой огибающей. Это привязывает такие двигатели к фиксированной скорости вращения, определяемой частотой питающей сети.
Сегодня, благодаря электронным модулям управления, асинхронные двигатели используются в прецизионных приводах, в электроприводах автомобилей, в робототехнике.
Разработка СТК-ВИКОМ направлена на расширение условий применения асинхронных электродвигателей. Наш преобразователь не только генерирует трехфазную диаграмму питания электродвигателя, но и, что еще важнее, содержит повышающий преобразователь напряжения с диапазоном входных напряжений от 20 В до 30 В. Преобразователь работает с электродвигателями номинальной мощностью до 3кВт. Диапазон питающего напряжения обеспечивает работу от систем питания со стандартом 24В (27В, 28В).
Повышающая схема Преобразователя построена по импульсной схеме, но при этом имеет специальный алгоритм работы, обеспечивающий низкий уровень пульсаций тока в питающей сети. Данное техническое решение призвано снизить потери в подводящих проводах сети, снизить уровень генерируемых в сеть помех, а также учитывает возможность питания Преобразователя от батареи свинцовых аккумуляторов, что характерно для сети 24-28В.
Выходные сигналы Преобразователя — это генерируемые посредством ШИМ-модуляции псевдосинусоидальные фазные напряжения. Частота модуляции составляет 10-15кГц. Преобразователь позволяет управлять трехфазными асинхронными электродвигателями с паспортными частотами от 50 до 400Гц. Следует также отметить, что при пуске двигателя Преобразователь осуществляет «мягкий» старт, т.е. плавное наращивание оборотов, что снимает проблему стартового перегрева, характерного для асинхронных электродвигателей.
Управление системой питания посредством Ethernet / Internet .
Проблема рационального использования ресурсов, в том числе человеческих волнует любого менеджера. В идеале необходимо автоматизировать весь процесс производства, но в жизни это можно реализовать не в каждой производственной линии. Так зачастую линии промышленных предприятий требуют вмешательства операторов, в ч астности для изменения режимов работы источников питания, или же для банального сбора профилактической информации. При отсутствии чётко налаженной системы связи, обмена информации, производитель сталкивается с проблемами, возникающими вследствие элементарных человеческих ошибок, а также несёт убытки от нерационального использования рабочего времени.
Процесс управления источниками питания можно значительно упростить. Разработчики ООО «СТК-ВИКОМ» создали принципиально новую систему управления источником питания, она основывается на управлении ИП, используя обычный сетевой протокол.
ИП обеспечивает установку величины выходного напряжения и длительности импульсов по поступающим данным с органов управления или от внешнего компьютера через интерфейс Ethernet.
Данная система позволяет изменять весь спектр настроек, или же контролировать состояние не ограниченного количества ИП, всего лишь с одного компьютера. Каждый блок имеет свой уникальный IP адрес, несколько блоков можно объединить в сеть. Так же есть возможность отслеживать состояние источника через глобальную сеть Internet , вести журналы, и упрощать обслуживание источника.
С уверенностью можно сказать, что на сегодняшний день, некоторые отечественные разработки во многом превосходят импортные аналоги не только по цене, но и по качеству и надёжности. Конечно, недостаток финансирования со стороны государства, и некоторая доля недоверия к отечественным продуктам тормозит рост этой перспективной отрасли, но нельзя не учитывать огромный научный потенциал российской электроники, который способствует развитию.

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 11. Источники питания в современной технике

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Каков принцип работы химических источников тока.

Каковы основные составляющие источника питания.

Какими параметрами характеризуются источники питания.

В каких приборах используются химические источники питания.

Глоссарий по теме:

Аккумулятор—устройство для накопления энергии с целью её последующего использовании.

Внутреннее сопротивление источника питания – это его количественная характеристика, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник тока нагрузки.

Гальванический элемент – источник электрической энергии, вырабатывающий электрический ток методом химического взаимодействия двух металлов в электролите (в качестве которого используются растворы щелочей или кислот).

Ёмкость аккумулятора – показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Обычно емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов — в миллиампер-часах.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

  1. Естествознание. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд.,– М.: Просвещение, 2017. : с 53 -58.
  2. Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 2. Электричество и магнетизм.–12-е изд. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 480 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Главным способом получения электрической энергии в современном обществе является применение вращающихся генераторов, так как с их помощью получают электроэнергию на тепловых электростанциях, гидро и атомных электростанциях.

Способы получения электричества

Электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора

Электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока

Электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов преобразуется в электроэнергию.

устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую

устройства специальной конструкции, в которых энергия солнца преобразуется в электрическую

В 1786 году итальянский профессор медицины, физиолог Луиджи Алоизио Гальвани проводя исследования на лягушках обнаружил, что мышцы задних лапок свежевскрытого трупика лягушки, подвешенного на медных крючках, сокращаются, если к ним прислонять стальной скальпель. Гальвани пришёл к выводу, что это — проявление «животного электричества».

В первых опытах ученые в раствор кислоты опускали две металлические пластины: медную и цинковую. Пластины соединяли проводником, на медной пластине появлялись газовые пузырьки, а цинковая пластина растворяется. На этом основано действие гальванических элементов.

Распад электролита на ионы происходит в результате процесса электролитической диссоциации. Электролит чаще состоит из раствора кислоты, щелочи или солей натрия и калия. Такие гальванические элементы сегодня называют батарейками. Величина напряжения батарейки зависит от используемых металлов и от числа элементов, находящихся в ней.

Длительный срок службы,

Возможность глубокого разряда,

Небольшой удельный вес,

Работа при отрицательных температурах

Простая технология производства,

Дешёвое и доступное сырьё

Малый срок хранения,

Резкое падение свойств при понижении температуры,

Быстрое уменьшение напряжения во время работы

Малые размеры и масса,

Длительный срок эксплуатации,

Стабильные параметры в различных условиях,

Высокая цена, возможность внезапного возгорания.

Гальванические элементы характеризуются электродвижущей силой, ёмкостью; энергией; сохраняемостью.

Электродвижущая сила гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита.

Электрическая ёмкость элемента — это количество электричества, которое источник тока отдаёт при полном разряде.

Энергия гальванического элемента численно равна произведению его электрической ёмкости на напряжение.

Сохраняемость — это срок хранения элемента, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. Сохраняемость элемента уменьшается с ростом температуры хранения.

В истории первым создателем химического источника питания был Алессандро Вольта, но он не смог сделать полученный им гальванический элемент перезаряжаемым.

В 1859 году французский ученый Гастон Планте создал прототип современного аккумулятора – первую свинцово-кислотную батарею, которую можно было в отличие от гальванического элемента перезаряжать.

Американский изобретатель Томас Эдисон первым предложил использовать аккумуляторы на транспорте.

Перед использованием аккумулятор заряжают. Для этого через него пропускают постоянный ток. В процессе зарядки в результате химических реакций аккумулятор накапливает энергию.

Применение аккумуляторов в современном обществе:

— в сотовых телефонах,

— под капотом машины для запуска двигателя,

— для блоков бесперебойного питания,

— в системах охраны,

— в переносных радиопередатчиках и аппаратуре.

Сферы использования химических источников тока:

В переносных устройствах;

В космической технике;

В оборудовании научных исследований;

В медицинских приборах;

Фото и видеотехника

В бытовой сфере (батарейки, батареи аккумуляторов электроники, аккумуляторы на автомобилях).

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Назовите фамилию русского инженера, внёсшего большой вклад в развитие электричества?

Задание 2: Решите ребус, установив соответствие картинки и зашифрованного слова.

«>

Импульсный источник питания (ИИП): принцип действия, устройство

Импульсный блок питания

Для обычного человека, не вникающего в электронику, был незаметен переход всех питающих устройств с линейных на импульсные. Именно импульсные источники (ИИП) питания устанавливаются во всей современной аппаратуре. Основная причина перехода на такой тип преобразователей напряжения — это уменьшение габаритов. Так как всё время, с начала появления и изобретения, электронные приборы требуют постоянного уменьшения их размеров. На рисунке изображен для сравнения габариты обычного и импульсного источника постоянного тока. Не вооруженным глазом видны различия в размерах.

Принцип действия ИИП и его устройство

ИИПИмпульсный источник питания — это устройство, которое работает по принципу инвертора, то есть сначала преобразует переменное напряжение в постоянное, а потом снова из постоянного делает переменное нужной частоты. В конечном итоге последний каскад преобразователя всё равно основан на выпрямлении напряжения, так как большинство приборов всё же работают на пониженном постоянном напряжении. Суть уменьшения габаритов этих питающих и преобразующих устройств построена на работе трансформатора. Дело в том, что трансформатор не может работать с постоянным напряжением. Просто-напросто на выходе вторичной обмотки при подаче на первичную постоянного тока не будет индуктироваться ЭДС (электродвижущая сила). Для того чтобы на вторичной обмотке появилось напряжения оно должно меняться по направлению или же по величине. Переменное напряжение обладает этим свойством, ток в нём меняет своё направление и величину с частотой 50 Гц. Однако, чтобы уменьшить габариты самого блока питания и соответственно трансформатора, являющегося основой гальванической развязки, нужно увеличить частоту входного напряжения.Принцип работы

При этом импульсные трансформаторы, в отличие от обычных линейных, имеют ферритовый сердечник магнитопровода, а не стальной из пластин. И также современные блоки питания работающие по этому принципу состоят из:

  1. выпрямителя сетевого напряжения;
  2. генератора импульсов, работающего на основе ШИМ (широтно-импульсная модуляция) или же триггера Шмитта;
  3. преобразователя постоянного стабилизированного напряжения.

После выпрямителя сетевого напряжения генератор импульсов с помощью ШИМ генерирует его в переменное с частотой около 20–80 кГц. Именно это повышение с 50 Гц до десятков кГц и позволяет значительно уменьшить, и габариты, и массу источника питания. Верхний диапазон мог быть и больше, однако, тогда устройство будет создавать высокочастотные помехи, которые будет влиять на работу радиочастотной аппаратуры. При выборе ШИМ стабилизации обязательно нужно учитывать также и высшие гармоники токов.

Даже при работе на таких частотах эти импульсные устройства вырабатывают высокочастотные помехи. А чем больше их в одном помещении или в одном закрытом помещении тем больше их в радиочастотах. Для поглощения этих негативных влияний и помех устанавливаются специальные помехоподавляющие фильтры на входе устройства и на его выходе.Состав импульсного блока питания

Это наглядный пример современного импульсного блока питания применяемого в персональных компьютерах.

A — входной выпрямитель. Могут применяться полумостовые и мостовые схемы. Ниже расположен входной фильтр, имеющий индуктивность;
B — входные с довольно большой емкостью сглаживающие конденсаторы. Правее установлен радиатор высоковольтных транзисторов;
C — импульсный трансформатор. Правее смонтирован радиатор низковольтных диодов;
D — катушка выходного фильтра, то есть дроссель групповой стабилизации;
E — конденсаторы выходного фильтра.
Катушка и большой жёлтый конденсатор, находящиеся ниже E, являются компонентами дополнительного входного фильтра, установленного непосредственно на разъёме питания, и не являющегося фрагментом основной печатной платы.

Если схему радиолюбитель изобретает сам то он обязательно заглядывает в справочник по радиодеталям. Именно справочник является основным источником информации в данном случае.

Обратноходовой импульсный источник питания

Это одна из разновидностей импульсных источников питания, имеющих гальваническую развязку как первичных, так и вторичных цепей. Сразу был изобретён именно этот вид преобразователей, который был запатентован ещё в далёком 1851 году, а его усовершенствованный вариант применялся в системах зажигания и в строчной развертке телевизоров и мониторов, для подачи высоковольтной энергии на вторичный анод кинескопа.Обратноходовой источник питания

Основная часть этого блока питания тоже трансформатор или может быть дроссель. В его работе есть два этапа:

  1. Накопление электрической энергии от сети или от другого источника;
  2. Вывод накопленной энергии на вторичные цепи полумоста.

Во время размыкания и замыкания первичной цепи во вторичной появляется ток. Роль размыкающего ключа выполнял чаще всего транзистор. Узнать параметры которого нужно обязательно использовать справочник. управление же этим транзистором чаще всего полевым выполняется за счёт ШИМ-контроллера.

Управление ШИМ-контроллером

Преобразование сетевого напряжения, которое уже прошло этап выпрямления, в импульсы прямоугольной формы выполняется с какой-то периодичностью. Период выключения и включения этого транзистора выполняется с помощью микросхем. ШИМ-контроллеры этих ключей являются основным активным управляющим элементом схемы. В данном случае как прямоходовой, так и обратноходовой источник питания имеет трансформатор, после которого происходит повторное выпрямление.

Для того чтобы с увеличением нагрузки не падало выходное напряжение в ИИП была разработана обратная связь которая была заведена непосредственно в ШИМ-контроллеры. Такое подключение даёт возможность полной стабилизации управляемым выходным напряжения путём изменения скважности импульсов. Контроллеры, работающие на ШИМ модуляции, дают большой диапазон изменения выходного напряжения.

Микросхемы для импульсных источников питания могут быть отечественного или зарубежного производства. Например, NCP 1252 – ШИМ-контроллеры, которые имеют управление по току, и предназначены для создания обоих видов импульсных преобразователей. Задающие генераторы импульсных сигналов этой марки показали себя как надёжные устройства. Контроллеры NCP 1252 обладают всеми качественными характеристиками для создания экономически выгодных и надежных блоков питания. Импульсные источники питания на базе этой микросхемы применяются во многих марках компьютеров, телевизоров, усилителей, стереосистем и т. д. Заглянув в справочник можно найти всю нужную и подробную информацию обо всех её рабочих параметрах.

Преимущество импульсных источников питания перед линейными

В источниках питания на импульсной основе видны целый ряд преимуществ, которые качественно выделяют их от линейных. Вот основные из них:

  1. Значительное снижение габаритов и массы устройств;
  2. Уменьшение количества дорогостоящих цветных металлов, таких как медь, используемых в их изготовлении;
  3. Отсутствие проблем при возникновении короткого замыкания, в большей степени это касается обратноходовых устройств;
  4. Отличная плавная регулировка выходного напряжения, а также его стабилизация путём введения обратной связи в ШИМ-контроллеры;
  5. Высокие показатели КПД.

Однако, как и всё в этом мире, импульсные блоки имеют свои недостатки:

  1. Излучение помех, которые могут появляется при неисправных помехоподавляющих цепочек, чаще всего это высыхание электролитических конденсаторов;
  2. Нежелательная работа их без нагрузки;
  3. Более сложная схема с применением большего количества деталей для поиска аналогов которых необходим справочник.

Применение источников питания на основе высокочастотной модуляции (в импульсных) в современной электронике как в быту, так и на производстве, существенно повлияли на развитие всей электронной техники. Они давно вытеснили с рынка устаревшие источники, построенные на традиционной линейной схеме, и в дальнейшем будут только усовершенствоваться. ШИМ-контроллеры при этом являются сердцем этого аппарата и развитие их функциональности и технических характеристик постоянно улучшается.

Видео о работе импульсного источника питания

Доклады и статьи - АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК источники электропитания

Сборник статей ООО "АЭИЭП" 5 выпуск

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ОБЗОР НОВЫХ РАЗРАБОТОК ООО «AЭИЭП»А.А. Миронов, С. Л. Затулов, Д. А. Шепетя, С. В. Шендяпин, С. А. Чугунов, Е. С. Инякин

Статьи в сборнике условно разделены на два раздела. В первом разделе подробно описываются новые разработки предприятия: параметры, функциональные возможности, области применения. Во втором разделе рассматриваются особенности построения систем электропитания на основе приборов, выпускаемых нашим предприятием. Попутно описываются режимы работы приборов, повышающие надёжность РЭА и расширяющие её функциональные возможности.

версия для печати

ХХII Международная научная конференция "Решетневские чтения-2018"

Выбор оптимальной структуры ограничителя пускового тока для системы электропитания космических аппаратовМиронов А.А.

Описываются алгоритмы и особенности работы ограничителей пускового тока для системы электропитания космических аппаратов. Рассматриваются вопросы увеличения надежности, расширения их функциональных возможностей.

версия для печати

Конференция
«Электропитание» июнь 2017

Подавление радиопомех от многоканальных модульных источников питанияТвердов И.В., Затулов С.Л.

В статье описан многоканальный источник питания с малым уровнем помех – ниже графика 1 Норм. При построении источника питания использовались результаты поэтапно экспериментального определения уровня помех после установки фильтров на входе и выходе.

версия для печати

Конференция
«Электропитание» июнь 2017

Новые малогабаритные DC/DC модули АЭИЭП серии МДМ-ЕПТвердов И.В., Затулов С.Л.

Московское предприятие «АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК источники электропитания» (далее АЭИЭП) начало выпуск новых модулей электропитания серии МДМ-ЕП в диапазоне мощностей 7,5…750 Вт. Новые модули имеют удельную мощность 2500…3800 Вт/дм³ и по этому показателю превосходят продукцию многих отечественных и зарубежных фирм. В статье особое внимание уделяется ЭМС, так как модули работают на высоких частотах преобразования (до 500 кГц) и помехи с большим уровнем попадают в диапазон радиовещания и телевидения.

версия для печати

Конференция
«Электропитание» июнь 2016

Как выбрать модуль электропитания для распределенной системыЗатулов С.Л.

Рассмотрены DC/DC модули электропитания производства ООО «АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК источники электропитания», предназначенные для распределённых систем. Показано, что модули МДМ-ЕП обеспечивают решение большинства проблем таких систем.

версия для печати

Конференция
«Электропитание» июнь 2016

Надежность и тепловые режимы мощных модульных выпрямителейЧугунов С.А.

Модульное построение с n+1 избыточностью позволяет создавать надежные мощные выпрямительные устройства (ВУ). На предприятии ООО «АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК источники электропитания» для таких ВУ разработан двухкиловаттный модуль с КПД 93%. Рассмотрены тепловые режимы модуля с радиатором и вентилятором.

версия для печати

Сборник статей
март 2015

Подавление помех в цепях электропитанияЗатулов С.Л., Миронов А.А., Твердов И.В.

В сборнике освещены вопросы борьбы с импульсными высоковольтными помехами в бортсетях летательных аппаратов, рекомендации по выбору варисторов для ослабления импульсов, обеспечение работоспособности электронной аппаратуры при кратковременных провалах и пропаданиях напряжения, рекомендации по уменьшению радиопомех во входных и выходных цепях модулей питания. Приведены методики расчетов фильтров.

версия для печати

Конференция
«Электропитание» май 2012

Модули серии МДМ-ЕП с КПД 90%Кравченко М.Н.

В статье рассматривается основная проблема энергетической электроники – повышение КПД преобразователей. Увеличение КПД достигается за счет применения в преобразовательном модуле ключа с активным ограничением, планарного трансформатора и синхронного выпрямления.

версия для печати

Конференция МАИ декабрь 2011

Модули и дроссели фильтрации радиопомех для питающих цепейТвердов И.В., Затулов С.Л.

В системах электропитания (СЭП) подвижных объектов импульсные высокочастотные преобразователи, благодаря высоким энергетическим и массогабаритным характеристикам, практически вытеснили традиционные. Одновременно радиоэлектронная аппаратура (РЭА) получила в своем составе новый мощный источник радиопомех, который заметно ухудшает электромагнитную обстановку.

версия для печати

Доклад апрель 2008

Параллельное включение источников бесперебойного питанияЗатулов С.Л

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Новые модули питания с широким (4:1) диапазоном входных напряженийНагайцев А.Н

Одной из важных проблем энергетической электроники является разработка вторичных источников электропитания (ИВЭП), работающих от сети постоянного тока с широкими пределами изменения входного напряжения. Так в бортсетях самолетов и вертолетов напряжение 27 В в установившихся режимах изменяется от 17 В до 36 В , а в переходных – от 8 В до 80 В, при этом длительности выбросов и провалов напряжения находятся в пределах от 0,1 сек до 10 сек.

версия для печати

Доклад май 2006

Новые модули питания для спецаппаратуры предприятия «АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК источники электропитания»Нагайцев А.Н.

Предприятие АЭИЭП с основным направлением деятельности – разработка и производство модулей питания, предназначенных для использования в спецаппаратуре, представляет новую серию унифицированных модулей питания класса DC/DC МДМ-ЕП (ИП), которые рассчитаны на качество электроэнергии бортсетей самолетов и вертолетов. Также рассмотрены параметры модулей класса AC/DC серии KD, в которых после модернизации установлены эффективные фильтры радиопомех и устройства, отвечающие за параллельную работу в мощных выпрямителях.
Приведены также параметры блоков питания мощностью от 1 до 12 кВт, построенных на основе модуля KD-1200.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Модули электропитания МДМ и МДМ-П. Характристики и рекомендации по применениюНагайцев А.Н., Затулов С.Л.

Модули МДМ и МДМ-П класса DC/DC предназначены для питания стабилизированным напряжением аналоговой и цифровой аппаратуры специального и промышленного назначения, в том числе бортовой авиационной, ракетной и т. д. Модули обладают всеми качествами необходимыми для работы в особо жестких условиях. Они содержат полный набор необходимых функций, что при высокой энергетической плотности позволяет создавать миниатюрные высокоэффективные системы электропитания.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Модули DC/DC с входным напряжением до 400 В предприятия «Александер Электрик источники электропитания»Твердов И.В., Плоткин И.Р, Тюшевский В.А.

Одной из важных проблем энергетической электроники специального назначения является разработка ИВЭП, работающих от входной сети постоянного тока повышенного напряжения. Использование таких сетей в спецобъектах позволяет значительно (до 10 раз) сократить массу и объем энергетического оборудования.
Для решения этой проблемы предприятие «АЭИЭП», которое специализируется на создании модульных источников питания для военной техники и вооружения, разработало серию модулей МДМ-М, рассчитанных на бортсети с напряжением 110, 160, 230 В.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Исследование стойкости модулей электропитания серии «Мираж» к воздействию спецфакторовГерасимов В.Ф., Лось Д.С., Олухов В.М., Плоткин И.Р., Затулов С.Л

Представлены результаты экспериментальных исследований стойкости модулей электропитания серии «Мираж» к воздействию спецфакторов.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Производство источников электропитания промышленного и специального назначенияФилатьев А.И., Филипенко С.Л., Комаров О.И.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Анализ российского рынка модулей вторичного электропитания малой и средней мощностиФилатьев А.И., Трошин С.А

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Модули питания AC/DC и DC/DC мощностью от 20 до 1200 ВтЗатулов С.Л., Премяков С.Г.

В настоящее время блоки питания электронной аппаратуры в 70% случаев строятся на основе модулей электропитания, с добавлением к ним аксессуаров (радиаторов, тумблеров, разъёмов, кнопок, модулей фильтров т.д.) или в простейшем случае соединительных проводов. В статье рассматриваются две серии унифицированных модулей электропитания классов преобразования AC/DC и DC/DC, приводятся примеры применения модулей и построения на их основе законченных блоков питания.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Модули фильтрации радиопомех питающих цепей постоянного токаТвердов И.В, Плоткин И.Р.

версия для печати

Научно-технический семинар 2006

Сетевые фильтры радиопомехТвердов И.В., Затулов С.Л.

Сетевые источники вторичного электропитания (ИВЭП) с бестрансформаторным входом (БТВ), благодаря высоким энергетическим и массогабаритным характеристикам практически вытеснили традиционные. Но одновременно радиоэлектронная аппаратура (РЭА) получила в своём составе новый мощный генератор радиопомех, который заметно ухудшил электромагнитную обстановку. Чтобы уменьшить помехи в блоках питания на основе ИВЭП с БТВ используются фильтры радиопомех (ФРП), как во входных, так в выходных цепях, которые занимают до 10% объёма блока.

версия для печати

Выбор правильного источника питания: что нужно знать - Tom's Hardware

Принесено вам бабушкой по радио

Эта статья предназначена для тех, кто хочет больше узнать о фактах, технологиях и терминологии, лежащих в основе блоков питания для ПК. Если вы действительно хотите покопаться, мы также рекомендуем ознакомиться с нашей статьей о PSU 101.

Сохраняя простоту объяснения

Не волнуйтесь, это не будет сложно или скучно. Мы просто быстро объясним, как работает импульсный блок питания, а затем воспользуемся примерами, чтобы проиллюстрировать некоторые из наиболее распространенных технических проблем.Мы объясним, что означают эффективность, потери и реактивная мощность, и почему эти слова имеют отношение к вам. Затем мы рассмотрим возможные и (что более важно) необходимые защитные меры, прежде чем применять теоретические знания к практическим примерам.

Практические примеры

Большой против малого, эффективный против высокопроизводительного; мы собираемся изучить три разных ПК на основе трех различных моделей использования, рассчитать блоки питания, которые им действительно нужны, а затем объяснить, какой класс блоков питания будет использоваться в них, исходя из качества и долгосрочного воздействия на окружающую среду.

Уловка частоты

Помните те древние радиоприемники с электронными лампами? Они были массивными и имели тенденцию быть неуклюжими и тяжелыми. Однако на их вес повлияла не только деревянная рама. Массивные трансформаторы внутри также были важным фактором.

Уже тогда умные инженеры использовали изящный физический прием, который позже стал использоваться в каждом современном импульсном блоке питания. Чтобы преобразовать высокий переменный ток в низкий и добиться гальванической развязки токов, использовали обычные, хотя и мощные трансформаторы с сердечником из железных пластин.

В то время как частота сети 60 Гц требовала сравнительно большого трансформатора, так называемые выходные трансформаторы, которые доставляли гораздо более высокие низкочастотные сигналы в диапазоне от 100 Гц до 16 кГц, могли быть построены намного меньшего размера при той же мощности. Агрессивно ограничивая частоты в нижнем конце спектра, можно было увеличить мощность, с которой мог справиться трансформатор того же размера. С изобретением и последующим внедрением новых компонентов, таких как мощные переключающие лампы и, позднее, полупроводники, использующие тот же основной физический принцип, это преимущество было перенесено в другие области.

И как это применимо к моему ПК?

Из-за требований современных компьютеров обычный трансформаторный блок питания больше не может преобразовывать сетевое питание в низкое напряжение, необходимое для компонентов ПК. Трансформатор, необходимый для работы, будет слишком большим и, следовательно, слишком тяжелым. Вместо этого мы используем импульсные блоки питания, которые используют тот же частотный трюк, что и старые добрые ламповые радиоприемники. Их задача - максимально эффективно обеспечивать требуемые напряжения и токи, а также надежно поддерживать эти уровни.Аналоговые (линейные) решения больше не жизнеспособны. Вместо этого мы теперь полагаемся на транзисторы в качестве переключателей для преобразования мощности сети в более высокие частоты, что позволяет нам использовать трансформаторы меньшего размера для передачи высоких уровней мощности. Действительно, отсюда и появился термин «импульсный источник питания». Не волнуйтесь, это проще, чем кажется.

.

4.0 Промышленные технологии и цепочка поставок | Виктор Роман

Victor Roman

В современном обществе спрос становится все более изощренным и индивидуальным. В отрасли это означает, что для удовлетворения потребностей людей и компаний важно применять более эффективный и интеллектуальный способ производства, максимизируя рентабельность всех задействованных процессов, радикально сокращая затраты и предельное время производства. Одним словом, оптимизация производства. В настоящее время цепочки поставок - это уже не просто системы для отслеживания продуктов в цепочке, они стали способом получить конкурентное преимущество и даже создать собственный бренд.

Интеграция технологий в умные фабрики

Таким образом, четвертая промышленная революция характеризуется созданием интеллектуальных фабрик, которые реализуют и интегрируют современные технологии, такие как киберфизические системы (которые объединяют материальные активы с цифровыми двойниками), IIoT (промышленный Интернет). of Things), аналитика данных, аддитивное производство, 3D-печать и искусственный интеллект. Применение этих технологий позволяет добиться необходимой оптимизации и автоматизации для сокращения затрат и времени производства.Это позволит нам производить тысячи продуктов различных конфигураций и производить очень небольшие партии товаров по очень низкой цене.

Цепочки поставок - одна из основных областей, в которых использование этих технологий может произвести революцию в оптимизации и автоматизации процессов. Основные проблемы, с которыми в настоящее время сталкиваются цепочки поставок, - это недостаточная прозрачность всей цепочки и сложность отслеживания товаров, которые по ней проходят.

Участники цепочки поставок

Это печально известный случай Maersk, международной компании по транспортировке грузов в контейнерах, которая имеет самую большую долю рынка в своем секторе (примерно 20%).Стоимость управления доставкой контейнера в настоящее время выше, чем стоимость физической транспортировки самого контейнера, из-за разрешений и процедур, которые должны быть выполнены в участвующих странах и соответствующими органами. Короче говоря, из-за отсутствия прозрачности информации и отслеживаемости активов, что замедляет весь процесс и резко увеличивает расходы.

Вот почему применение и интеграция технологий Интернета вещей, блокчейна и больших данных, относящихся к четвертой промышленной революции, станет поворотным моментом в производственных процессах, и это то, что мы будем исследовать на протяжении всей статьи.

Архитектура Интернета вещей

В частности, технологии Интернета вещей представляют особый интерес в этой революции до такой степени, что был придуман новый термин для обозначения применения этих технологий в контексте отрасли 4.0: промышленный Интернет вещей (или IIoT). Устройства, которые являются частью этих масштабируемых и интегрируемых экосистем, должны подвергаться чрезвычайно эффективному управлению, поскольку аутентификация и обмен данными между различными киберфизическими системами являются ключевыми в этих технологиях, сбои при сборе, обработке или хранении сгенерированных данных могут иметь катастрофические последствия. последствия по всей производственной цепочке и даже влияние на человеческие потери.

Вот почему децентрализованное, неизменное и интегрированное управление данными имеет решающее значение, и именно в этом контексте технологии блокчейн могут обеспечить отличную ценность. Благодаря применению этой технологии активность и идентичность каждого интегрированного устройства могут быть записаны в производственной системе без риска манипулирования данными и их последствий.

Различные архитектуры сети

Кроме того, блокчейн может быть интегрирован с помощью протоколов связи между машинами, что позволяет создать новую экономику между самими устройствами, в которой они могут достигать соглашений о поставках сырья, энергии, запчастей, обслуживания и даже логистика, через смарт-контракты, оплата которых будет выполняться автоматически после выполнения ранее установленных условий.Уже есть примеры микроплатежей через Blockchain или Tangle с датчиками, которые продают свои данные, и электромобили, которые обмениваются электроэнергией между собой и точками подзарядки.

Первая точка подзарядки IoTA

Эта интеграция включает оптимизацию и автоматизацию сотен процессов, которые в настоящее время требуют большого количества промежуточных этапов, которые затрудняют и увеличивают текущие производственные процессы. Это в сочетании с резким снижением необходимости вмешательства регулирующих (и человеческих) третьих сторон значительно снизит связанные с этим расходы.Таким образом можно добиться снижения предельных затрат, необходимых для удовлетворения потребностей индивидуализированного и унитарного производства. Ключевым моментом является дезинтермедиация производственного процесса, чтобы компании могли получать запросы на децентрализованный портал, неподкупный и легко доступный для всех вовлеченных сторон.

Когда эти данные, хранящиеся в безопасных и прозрачных сетях, становятся доступными, технологии, относящиеся к контексту науки о данных (такие как аналитика данных, машинное обучение и большие данные), позволяют обрабатывать данные.Это позволяет нам извлекать важную информацию и выполнять точный и эффективный прогнозный анализ спроса, цен на запчасти и техническое обслуживание для обеспечения надлежащего функционирования цепочек поставок и производственных систем

Панель данных для визуального управления

С точки зрения цепочки поставок система, основанная на продуктах и ​​клиентах, которая требует сотрудничества между различными агентами, такими как покупатели, поставщики, дистрибьюторы ... существует ряд целей, на которых важно подчеркнуть:

1) Эффективность обмена и обработки данных:

Управление активами, такими как запасы или транспортировка ресурсов, требует эффективности за счет совместных усилий.Эффективный обмен информацией между этими сторонами может иметь решающее значение между доставкой товаров в нужное место в нужное время, минимизацией затрат и удовлетворением требований клиента или, наоборот, хаосом. Поэтому чрезвычайно важно, как информация распределяется и обрабатывается в ходе операций.

2) Оптимизированные перевозки и логистика:

Каждый агент, участвующий в транспортировке, заказе и доставке товаров, полагается на оптимизацию деятельности, которая позволяет избежать высоких затрат и плохой синхронизации.В этом контексте очень полезны автоматические транзакции, но необходимо проявлять особую осторожность, и человек должен периодически проверять правильное функционирование системы.

3) Обратная связь для повышения качества:

Знание того, где находятся проблемы или недостатки системы, позволит агентам сосредоточиться на достоверной информации, указывающей на уязвимости или ошибки, допущенные в процессе. Это основано на принципе эффективного управления: «То, что нельзя измерить, нельзя улучшить».

4) Обеспечение долгосрочной стабильности:

Построение доверительных отношений в экосистеме цепочки поставок может обеспечить стабильность в операциях и укрепить планы сотрудничества, координацию и распределение общих бизнес-инициатив, что приведет к повышению согласованного обмена товары и все, улучшение отношений между покупателем и производителем.

IoT, понимается как сеть устройств, транспортных средств и домашних приложений, интегрированных с электроникой, программным обеспечением, датчиками и исполнительными механизмами, которые связаны между собой с целью сбора, хранения и обмена информацией с возможностью выполнения определенных действий в отношении нее. .

Печально известное снижение цен на микропроцессоры, контроллеры и датчики привело к распространению систем Интернета вещей, которые позволяют собирать, передавать и хранить огромные объемы данных.

В настоящее время концепция выходит далеко за рамки обмена данными между машинами (M2M) и описывает расширенную сеть подключения для устройств, систем и служб, которая соответствует широкому спектру протоколов, доменов и приложений.

Пример IoT и цепочки поставок IBM

IoT, а точнее его промышленная версия, IIoT, призваны произвести революцию в цепочках поставок с точки зрения операционной эффективности, бизнес-возможностей и доходов производителей.Этого можно добиться с помощью:

1) Отслеживание активов:

В прошлом отслеживание номеров и штрих-кодов осуществлялось для управления товарами в цепочке поставок. В настоящее время методы RFID и датчики GPS могут отслеживать состояние и местонахождение продуктов с момента их производства до момента доставки конечному потребителю. Возможность получить контроль над управлением и качеством поставок вовремя, а также прогнозирование спроса, что позволяет это в определенной степени изменить правила игры.

2) Отношения с поставщиками:

По данным IBM, до 65% стоимости продукции компании получают ее поставщики. Данные, полученные путем отслеживания активов, позволяют производителям оптимизировать планирование производства и распознавать шаблоны во взаимоотношениях с поставщиками, открывая значительные возможности для бизнеса. Следовательно, очень важно уделять особое внимание всему процессу, связанному с ними, потому что более высокое качество услуг и продуктов способствует улучшению отношений с клиентом.

3) Запасы и прогнозы:

Датчики Интернета вещей могут отслеживать запасы и складские запасы для будущего производства одним щелчком мыши, а также сохранять информацию в общих пространствах в облаке, легко доступных для всех заинтересованных сторон. Все это позволяет составлять производственные графики еще эффективнее.

4) Подключенные перевозки:

Цепочки поставок не перестают расти, как вертикально, так и поперечно, и становится все более важным обеспечить, чтобы все контейнеры и флот были связаны между собой, чтобы обеспечить целостную и эффективную передачу информации по вся цепочка поставок.

Короче говоря, блокчейн - это система хранения информации, безопасная, анонимная, децентрализованная, свободная от манипуляций, благодаря криптографии, с которой она работает.

Блокчейн можно понимать как серию текстовых файлов, содержащих информацию, которую мы хотим сохранить, образующих цепочку блоков, в которых каждый блок содержит информацию из предыдущего блока, а этот - из предыдущего и т. Д. .

Содержимое блока и взаимосвязь между блоками

Следовательно, цепочка блоков - это сеть компьютеров, в которой все устройства, являющиеся частью сети, хранят копию сети.Это отличается от традиционных серверов баз данных, где есть только одна копия информации, она централизована на одном сервере, и каждый пользователь ищет информацию на этом сервере.

В отличие от этого, блокчейн можно найти на всех устройствах, составляющих сеть, это децентрализованная и распределенная база данных, и это характеристика, которая делает записанную информацию намного более безопасной и трудной для манипулирования или утери в отношении традиционные базы данных, и именно это дает Blockchain ключ к успеху.

Консенсус и интеллектуальные контракты позволяют блокчейну автоматизировать транзакции, которые происходят в процессах цепочки поставок. Таким образом, это случай текущих приложений Blockchain, которые используют преимущества этих функций, таких как Hyperledger и решения IBM, основанные на его технологии.

Решение IBM и Hyperledger

Прогнозный анализ позиционируется как самый мощный инструмент, способный произвести революцию в цепочках поставок. Настолько, что ожидается, что рыночная стоимость этого сектора к 2020 году превысит 9 триллионов долларов.Наука о данных и способность не только извлекать из них релевантную информацию, но и делать точные прогнозы позволяют принимать решения в реальном времени, которые значительно улучшают стратегии и действия в этом секторе.

Области науки о данных

Машинное обучение - одна из областей науки о данных, которая за последние годы стремительно выросла. Его можно определить как:

«Машинное обучение - это наука о том, как заставить компьютеры учиться и действовать, как люди, и улучшать свое обучение с течением времени автономно, путем подачи им данных и информации в форме наблюдений и реальных данных. мировые взаимодействия.”

Это, рука об руку с глубоким обучением, наукой, которая позволяет нам создавать системы с искусственным интеллектом, которые могут использовать возможности компьютеров для выполнения миллионов вычислений в секунду и очень помогают в процессе принятия решений и автоматизация повторяющихся задач.

В настоящее время это повсеместные технологии (которые являются частью нашей экосистемы и нашей повседневной жизни), и мы находим их отовсюду: от распознавания изображений (которые способны обнаруживать рак более точно, чем врачи), до игровых движков (которые может побить

.

дополнительных модулей SITOP | Блоки питания

Глобальный | английский

Установите эту страницу на

Deutsch

Siemens в вашей стране / регионе

.

Заряд в секундах, в последние месяцы

(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, они все еще ограничены мощностью. Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями. Но мы находимся на пороге революции власти.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов.В то время как чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона, прежде чем потребуется подзарядка.

Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки. Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.

Литий-ионная батарея без кобальта

Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт.Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт - наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», - сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уокера и директор Техасского института материалов. «И мы полностью устраняем это». Команда заявляет, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальта

Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт.Компания SVOLT, штаб-квартира которой расположена в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых батарей, предназначенных для рынка электромобилей. Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии

На шаг ближе к кремниевым анодным литий-ионным батареям

Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы шелухи ячменя.

Университет Монаша

Литий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные, снизить воздействие на окружающую среду

Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные. Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.

Утверждается, что новая аккумуляторная технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая потенциал для питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.

Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит по своим характеристикам литий-ионный

IBM Research сообщает, что они обнаружили новый химический состав аккумуляторов, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные. IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батареях и что материалы можно извлекать из морской воды.

Производительность аккумулятора многообещающая, при этом IBM Research заявляет, что он может превзойти литий-ионный в ряде различных областей - он дешевле в производстве, он может заряжаться быстрее, чем литий-ионный, и может иметь как более высокую мощность. и плотности энергии.Все это доступно в батареях с низкой горючестью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и вместе с Mercedes-Benz, среди прочих, компания работает над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.

Panasonic

Система управления батареями Panasonic

В то время как литий-ионные батареи повсюду и их количество растет, управление этими батареями, включая определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая значительно упростит отслеживание батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных в них.

Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с несколькими составными ячейками, которые можно найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных батарей.

Асимметричная модуляция температуры

Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к сверхбыстрой зарядке - XFC - который направлен на обеспечение 200 миль пробега электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем при зарядке - это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре, чтобы уменьшить гальванику, но ограничивает это 10-минутными циклами, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод уменьшает деградацию батареи, позволяя заряжать XFC.

Pocket-lint

Песочная батарея увеличивает время автономной работы в три раза

В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний для достижения в три раза большей производительности, чем у современных графитовых литий-ионных батарей. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разрушается, и его трудно производить в больших количествах.Используя песок, его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano - стартап по производству аккумуляторов, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение может быть применено к существующему производству литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности батареи на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Захват энергии от Wi-Fi

Хотя беспроводная индуктивная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которая представляет собой всего лишь несколько атомов, что делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может позволить использовать медицинские таблетки с питанием без необходимости во внутренней батарее (более безопасно для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования TENG принесут свои плоды. TENG или трибоэлектрический наногенератор - это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые нанопроволочные батареи

Великие умы Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие нанопроволочные батареи, способные выдержать много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.

Нанопроволока, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для батарей будущего. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы этого избежать. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали вообще никакой деградации.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.

В результате получился аккумулятор, способный работать на уровне суперконденсатора и полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает его идеальным для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем существующие батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до ста градусов Цельсия.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.

Графеновые батареи Grabat

Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших среди имеющихся. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.

Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также важен для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.

Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.

Микро-суперконденсаторы, созданные с помощью лазера.

Rice Univeristy

. Ученые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но в них используются лазеры, которые вскоре могут измениться.

При использовании лазеров для выжигания электродов на листы пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается аккумулятор, который может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние аккумуляторы, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.

Пенные аккумуляторы

Прието верит, что будущее аккумуляторов - за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется вспененная медь.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут обеспечивать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.

Prieto стремится в первую очередь помещать свои батареи в мелкие предметы, например, в носимые устройства. Но в нем говорится, что батареи можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Carphone Warehouse

Складной аккумулятор похож на бумагу, но прочный

Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и носимые устройства.

Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе ее сложили более 200 000 раз без потери производительности.

Ник Билтон / The New York Times

uBeam по воздуху зарядка

uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем преобразуются обратно в энергию при достижении устройства.

С концепцией uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или сделать предметами декоративного искусства, чтобы передавать энергию на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто необходим тонкий приемник, чтобы принимать заряд.

StoreDot

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, созданный на базе факультета нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, изготовленные из природных органических соединений, известных как пептиды - короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом возникнуть не должно.

Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и предлагает запас хода до 300 миль.

Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе - мы ожидали, что они появятся в 2017 году, - но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Pocket-lint

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямыми солнечными лучами, так и со стандартным освещением, как и обычные солнечные батареи.

Phienergy

Алюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки

Автомобиль сумел проехать 1100 миль на одной зарядке аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные батареи, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.

Бристольская робототехническая лаборатория

Батареи с питанием от мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно, чтобы зарядить смартфон, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы собирают мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.

Питание от звука

Исследователи из Великобритании создали телефон, способный заряжаться, используя окружающий звук в окружающей атмосфере.

Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, которые собирают окружающий шум и преобразуют его в электрический ток.

Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это означает, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой собственный телефон во время разговора.

Двойная угольная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее.

Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевые, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более устойчивы и экологически безопасны, чем существующие альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.

Натрий-ионные аккумуляторы

Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которые не нуждаются в литии, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натриево-ионных аккумуляторов продолжаются с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие пять-десять лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.

Upp

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам отвлекаться и оставаться экологически чистым.

Одна водородная ячейка обеспечит пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный побочный продукт - это водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.

Батареи со встроенным огнетушителем

Литий-ионные батареи нередко перегреваются, загораются и даже могут взорваться.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 - яркий тому пример. Исследователи Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.

В батарее есть компонент, называемый трифенилфосфатом, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.

Майк Циммерман

Батареи, защищенные от взрыва

Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала жидкого электролита, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может противостоять прокалыванию, измельчению и нагреванию, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет попасть на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.

Батареи Liquid Flow

Ученые Гарварда разработали батарею, которая накапливает свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долгое время по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение вдвое выше, чем у обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения непостоянных источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрого выпуска в сеть по запросу.

IBM и ETH Zurich разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, способной производить 1,4 Вт мощности на квадратный см, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.

Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор

Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, которая уже готова к использованию потребителями.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.

Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.

Цинково-воздушные батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, намного более дешевый, чем существующие методы.Воздушно-цинковые батареи можно считать более совершенными, чем литий-ионные, поскольку они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты.

Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а скорее с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования одежды в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическим наногенератором (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.

Эта технология может быть применена не только к одежде, она может быть интегрирована в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания ламп или в шинах автомобиля, чтобы может привести машину в действие.

Растягиваемые батареи

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимый биотопливный элемент, который может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновая батарея Samsung.

Компания Samsung сумела разработать «графеновые шары», которые способны увеличить емкость существующих литий-ионных аккумуляторов на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие аккумуляторы. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он выдерживает температуру до 60 градусов Цельсия.

Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов

Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы до пяти раз быстрее, чем рекомендуемые текущие пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.

Ученые обнаружили, что нынешние батареи действительно могут выходить за пределы рекомендуемых пределов, не влияя на производительность или перегрев. Может быть, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!

Написано Крисом Холлом.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о