כחול 72 - אוקטובר 2017
גליון 72 יצא לאור בעיצוב חדש ומרעננן, מה דעתכם על הלוגו החדש של המגזין המודפס?



 
דף הבית > כתבות טכניות > חשמל ואלקטרוניקה > חשמל זה פשוט
חשמל זה פשוט
אורי לוינסון, שייט ומדריך שיט ותיק, מומחה לחשמלאות ימית ינסה בסדרת הכתבות הבאה להסביר לנו איך פועלת מערכת החשמל.

חשמל זה פשוט!
גליון 24

מאת אורי לוינסון

 בקרב רוב בעלי היאכטות קיים חשש מנושא החשמל, לכן הנטייה הטבעית היא לדחוק נושא זה לתחתית סולם העדיפויות. לביצועי מערכת החשמל השפעה מכרעת על בטיחות ההפלגה ואיכות החיים ביאכטה. למרות מורכבות הנושא, אורי לוינסון, שייט, מדריך שיט ותיק וחשמלאי מנוסה ינסה להוריד את מפלס החשש ולתת לקוראים כלים לפתור בעיות בסיסיות במערכת ולהתאים אותה לצורכיהם.
 
המרכיבים העיקריים במערכת החשמל הם: מצברים, אלטרנטור, מטען, מבודד טעינה, לוח ראשי, צרכנים "כבדים", צרכנים רגילים, מערכת בקרה, הגנות, כבלים, מפסקים.
מדי פעם, על מנת לפשט את ההסברים, נדמה את המתרחש במערכת החשמל למערכת מים.
 
מצברים.
מצבר הוא מקור אנרגיה המייצר פוטנציאל חשמלי (וולטים) ע"י פעילות כימית (מקביל ללחץ באטמוספרות במערכת מים). בד"כ מורכב מצבר משישה תאים נפרדים המחוברים ביניהם בטור, כלומר קוטב בעל פוטנציאל חיובי וקוטב בעל פוטנציאל שלילי. כל תא מייצר פוטנציאל של שני וולט ולכן בקוטבי המצבר הראשיים נקבל מתח (לחץ) של כשנים עשר וולט (נתון לשנוי לפי מצב הטעינה של המצבר).
המצברים מתחלקים לשני סוגים עיקריים, מצברי התנעה ומצברי פריקה עמוקה.
מצברי התנעה: בנויים לספק זרם (אמפר - ניתן להשוותו למים הזורמים בצינור) גבוה לזמן קצר. בזמן התנעת המנוע, המתנע צורך זרם גבוה למספר שניות. בבואנו לבחור מצבר התנעה יש לשים לב לשני נתונים. הראשון הוא אמפר/שעה (AH ). לדוגמא מצבר של 100 אמפר/שעה מסוגל לספק 100 אמפר למשך שעה אחת, 10 אמפר למשך 10 שעות וכו'. נתון זה מיועד רק לקבלת מידע על גודל המצבר. מעשית אסור לפרוק מצברים אלה פריקה מלאה, פריקה של יותר מ 50% מקצרת את חייהם.
הנתון השני הוא זרם התנעה מקסימלי. לדוגמא, על מצבר 100 אמפר/שעה של VARTA מצוין זרם התנעה של 650 אמפר. מצבר זה מסוגל לספק 650 אמפר לזמן קצר הדרוש להתנעת המנוע.
מצברי פריקה עמוקה: מיועדים לספק זרמים נמוכים לזמן ארוך. בבואנו לבחור מצבר פריקה עמוקה לצריכה שוטפת ביאכטה, הנתון החשוב ביותר הוא קיבולת המצבר באמפר/שעה ב- 20 שעות פריקה. למשל על מצבר פריקה עמוקה של חברת EXIDE יופיעו הנתונים הבאים: 245 אמפר/שעה בשימוש איטי נקוב של 20 שעות, ו- 205 אמפר/שעה בשימוש מהיר של 5 שעות. כלומר אותו מצבר ייתן ביצועים טובים יותר ככל שנפרוק אותו לאט יותר. מצברים אלו ניתן לפרוק פריקה עמוקה של עד 80% ללא גרימת נזק. נתון נוסף שמצביע על איכות המצבר, הוא מספר מחזורי פריקה וטעינה מלאים (CYCLES) שהמצבר אמור לספק. לדוגמא, המצבר האמור של EXIDE מספק 700 מחזורים. קיים בארץ יצרן מצברי פריקה עמוקה טובולריים המספקים 1500 מחזורים. למרות שמפרשית ממוצעת לא תגיע לכזה מספר מחזורים גדול, נתון זה מצביע על איכות ואורך חיי המצבר החשובים מאוד לכולנו.
 
שיקולים עיקריים בבחירת סוג וגודל מצבר לצריכה שוטפת ((domestic battery:
1. מספר השעות הנדרש לאספקת זרם ללא טעינה בזמן הפלגה או בעגינה: לדוגמא, על מנת לבצע הפלגת מפרשים רצופה של 20 שעות כאשר בספינה מופעלים הגה אוטומטי, מקרר ותאורה בזרם כולל של כ-10 אמפר בממוצע, עלינו לפרוק מהמצברים 20 H X 10 A = 200 AH (אמפר/שעה). מכיוון שניתן לפרוק עד 80% מהמצבר דרוש לנו מצבר פריקה עמוקה של 250  AHב- 20 שעות, או מצבר התנעה של 400 AH מכיוון שכאמור במצברי התנעה ניתן לפרוק עד 50% .
2. זמן טעינה: אין מחלוקת שהשאיפה היא לטעון את המצברים במינימום שעות מנוע. זהו שיקול מרכזי בבואנו להחליט בין מצבר אטום רטוב או ג'ל ללא טיפול לבין מצבר רטוב עם טיפול. במערכת שבה מצברים עם אפשרות להוספת מים ואלטרנטור עם ווסת טעינה ימי (יוסבר בהמשך), ניתן לקצר משמעותית את זמן הטעינה לעומת מצברים אטומים הרגישים לטעינה מהירה.
3. חיבור מקבילי של מצברים. ביאכטות רבות מחוברים מצברים במקביל (פלוס לפלוס ומינוס למינוס) על מנת ליצור בנק מצברים גדול יותר. לדוגמא, 3 מצברים של 80 אמפר/שעה 12 וולט יהפכו לבנק של 240 אמפר/שעה 12 וולט. בבואכם להחליף מצברים יש להשתדל להימנע משיטה זו. עדיף מצבר אחד גדול של 240 אמפר/שעה. מערכת בעלת מצברים קטנים המחוברים ביניהם במקביל תתפקד פחות טוב ותהיה בעלת חיים קצרים יותר.
 
מערכת טעינה מהאלטרנטור.
אלטרנטור מותקן על מנוע ספינה שמסובב אותו בעזרת רצועה. סיבוב האלטרנטור יוצר אנרגיה חשמלית המומרת לזרם ישר המיועד למילוי המצברים. השליטה על המתח ועוצמת הזרם מתבצעת ע"י ווסת טעינה שהוא למעשה המוח של האלטרנטור. הזרם היוצא מהאלטרנטור מוזרם אל המצברים דרך מבודד הטעינה (ראה שרטוט). תפקיד המבודד לאפשר מעבר זרם אל כיוון המצברים בלבד בזמן הטעינה ולמנוע קשר ביניהם בזמן הפלגת מפרשים על מנת להבטיח שלא נשתמש במצבר המנוע לצריכה שוטפת. זהו למעשה מפצל זרם עם שסתומים חד כיווניים. ניתן להשוות את האלטרנטור למשאבה שמייצרת לחץ מים הנשלט ע"י ווסת ומזרימה אותם דרך צינורות ושסתומים חד כיווניים לשני מיכלים. היתרון של מערכת זו הוא היותה פשוטה. החיסרון הגדול שלה הוא קצב טעינה איטי ביותר שפירושו זמן מנוע רב וטעינה לא מלאה של המצברים. גורם ראשון לבעיה הוא ווסת המתח של האלטרנטור הסטנדרטי המייצר מתח קבוע של 14 וולט (אלו למעשה ווסתים המיועדים לכלי רכב, שבהם אין חשיבות לקצב הטעינה). גורם שני הוא המבודד הגורם למפל מתח גדול כאשר הזרם עובר דרכו. הוא מפחית את מתח הטעינה הנמוך ממילא כבר ביציאה מהאלטרנטור. נחזור להשוואה למים: דמיינו שהאלטרנטור הוא משאבה הדוחפת מים בלחץ, X אטמוספרות דרך צינורות למיכל בעל נפח של 250 ליטר. הלחץ מייצר זרימה של 50 ליטר לשעה. כלומר בחמש שעות יתמלא המיכל. עכשיו נחליף קטע בצינור לקוטר דק מאוד. לחץ המים בצד המיכל יקטן ובעקבותיו תפחת הזרימה בחצי והמיכל יתמלא בעשר שעות, כלומר זמן כפול.
הפתרון הקיים לבעיה זו הוא התקנת ווסת מתח חיצוני חכם המחליף את ווסת האלטרנטור והופך אותו למטען חכם, שגם מפצה על ההפסדים שגורם המבודד וגם טוען את המצברים באופן מושלם ובזמן קצר. לאחרונה פותחה יחידה ממוחשבת המחליפה את המבודד ומשפרת את ביצועי המערכת. היתרון של יחידה זו על פני ווסת חיצוני הוא חוסר צורך במבודד ופשטות ההתקנה.
 
תגובות
שם הכותב
כותרת

טוען תגובות..
© כל הזכויות שמורות | טלפון: 03-6950950 | פקס: 03-6957282
<