prąd między rowerami

parę słów o prądzie, akumulatorach i żarówkach.

Jeżeli prąd płynący przez opornik ma wartość 1A a spadek napięcia na tym oporniku wynosi 1V to rezystancja tego opornika wynosi 1 ohm.

Wzorki: R = U/I
U=R*I
I=U/R gdzie: U - napięcie; I - prąd; R - rezystancja.

Moc
wydzielana na rezystorze jest iloczynem spadku napięcia na tym rezystorze oraz prądu przez niego przepływającego.P = U*I

To tak na przypomnienie, każdy miał prawo ohma w podstawówce na fizyce. Teraz zastosowanie praktyczne.

Wielokrotnie spotkałem się z pomysłem łączenia żarówki przez opornik w celu zasilenia jej ze źródła o wyższym napięciu. Pomysł może być OK gdy nie zależy nam na energii. Ale w rowerze, jak wiadomo, energia jest towarem deficytowym. Marnowanie jej na ciepło opornika jest zwykle bez sensu.

Przykład: Żarówka 6V 2.7W (rowerowa) akumulator 9.6V. Aby zapewnić żarówce standardowe warunki pracy trzeba przez nią przepchnąć 0,45A prądu:
I = P/U = 2.7W/6V = 0.45A
Różnica napięć wyniesie:
U_R = 9.6V - 6V = 3.6V
czyli na rezystorze trzeba stracić 3.6V. Rezystancja rezystora wyniesie:
R = U_R/I = 3.6V/0.45A = 8 ohm
Natomiast moc wydzielona na rezystorze: P_R = I*U_R = 0.45A*3.6V = 1.6W
Można więc dobrać katalogowy rezystor 8.2 ohm 3W. Fajnie. Będzie działać. Ale ile tracimy ?
1.6W/(1.6W+2.7W)*100% = 37% (!!!)
Czyli ponad jedna trzecia energii marnuje się. Łatwo zauważyć, że w tym układzie stratę można wyliczyć dzieląc napięcie na oporniku z napięciem akumulatora:
(3.6V/9.6V)*100% = 37%

W tym przykładzie napięcie akumulatora było o 37% większe niż napięcie żarówki. Gdy różnica będzie większa tracona energia również będzie większa. Dla akumulatora 12V i żarówki 6V będzie to połowa a dla akumulatora 24V będzie to 3/4.
Jak widać z przykładu nie warto stosować opornika w celu ograniczenia prądu żarówki. Lepiej poszukać innego akumulatora lub innej żarówki tak aby dopasowanie było jak najlepsze.
Czasami gdy różnica napięć jest mała, np. akumulator 6V żarówka 5.2V można pokusić się na wstawienie szeregowo diody. Spadek napięcia na diodzie praktycznie zawsze wynosi 0.7V (niezależnie od przepływającego prądu). Nie unikniemy oczywiście strat.

Diody LED
wykorzystywane zwykle w tylnych lampach podłączamy ZAWSZE przez opornik. Spadek napięcia na diodzie LED wynosi około 1,8V (zależnie od koloru i sztuki od 1,6V do 2,5V). Z jednego "paluszka" 1.5V dioda będzie świecić bardzo słabo (dlatego w tylnych lampkach są po dwie baterie). Prąd jaki musi przepływać przez diodę jest zwykle około 10 mA (0,01A). Potrzebny opornik można wyliczyć z prawa ohma: R_D=(U-1.8V)/0.01A
Przy zasilaniu z akumulatora 6V rezystor będzie miał wartość: (6V-1.8V)/0.01A=420ohm.
Tak jest dla pojedyńczej diody. Gdy chcemy połączyć kilka diod sprawa się lekko komplikuje. Łączenie diod LED

Łącząc diody szeregowo może "zabraknąć" napięcia. Do akumulatora 6V można podłączyć najwyżej 3 diody LED. Wzór na opornik nieco się zmieni: R_D=(U_Akumulatora-1.8V*ilosc_diod)/0.01A

Jeśli chcemy więcej LED'ek trzeba je połączyć równolegle. Niestety ze względu na różnice napięć między egzemplarzami, każdej diodzie trzeba dać osobny opornik, bo inaczej jedna dioda będzie świecić bardzo mocno (albo się spali) a pozostałe będą ledwo "bździć".

Pojemność akumulatora
zwykle podaje się w jednostce zwanej amperogodziną (Ah) albo jej tysięcznych częściach (mAh). Może być to bardzo mylące, gdyż nie określa bezpośrednio ile energii "zmieści" się w akumulatorze tylko jaki prąd można z niego pobierać przez godzinę. Oznacza to, że akumulator 6V 10Ah ma dwa razy mniejszą pojemność niż akumulator 12V 10Ah chociaż "Ah" mają takie same. Trzeba się niestety z tym liczyć.

Jak podałem wcześniej moc jest iloczynem napięcia i prądu. Ma to zastosowanie również między akumulatorami. 6V 4Ah oznacza możliwość pobrania 6V*4Ah=24Wh. Pomijając nieliniowość akumulatora, żarówka 6V o mocy 10W będzie świecić: 24 Wh/10W czyli ponad 2 godziny.

Ta sama żarówka podłączona przez opornik do akumulatora 9V o pojemności 0,15Ah (150 mAh) poświeci około 5 minut.

9V*0,15Ah/(10W+5W) = 0,09 h

Ile czasu poświeci lampka rowerowa z żarówką 3.6V 0.5A zasilana z trzech akumulatorków NiCd 1000 mAh? To proste do wyliczenia: Moc żarówki 1.8W, energia zgromadzona w akumulatorach 3.6V*1000mAh = 3.6Wh. Czyli żarówka będzie świecić: 3.6Wh/1.8W = 2h. Teoretycznie. Bo nigdy nie rozładowujesz akumulatora do "zera" oraz wraz z rozładowaniem napięcie maleje więc moc pobierana także (prawo ohma).

Źródło prądowe
- a ściślej źródło o stałej wydajności prądowej nazywamy takie źródło prądu elektrycznego, które dostarcza do obwodu zewnętrznego prądu o stałej wartości, niezależnie od wartości oporu w tym obwodzie.

I poco to komu? Otóż przyda się do ładowania akumulatorów. Gdy rozpoczynamy ładowanie akumulatora napięcie na jego zaciskach jest małe, więc prąd ładowania ze zwykłego zasilacza jest bardzo duży. Akumulatory nie lubią dużych prądów ładowania - szybko się wtedy niszczą. Ze wzrostem stopnia naładowania napięcie podnosi się, prąd ładowania maleje, w szczególnym przypadku do zera, akumulator pozostaje niedoładowany, czego też bardzo nie lubi. Aby zapewnić stały prąd ładowania, niezależnie od stopnia naładowania akumulatora (jak również rodzaju zasilacza) warto zastosować ładowarkę ze źródłem prądowym. Układ elektryczny źródła prądowego jest bardzo prosty. Składa się z dwóch tranzystorów i dwóch rezystorów.

Tranzystor T1 musi być większej mocy i musi być zamocowany na radiatorze. Rezystor R1 też musi być większej mocy. Przez te dwa elementy popłynie cały prąd ładowania akumulatora.

Niestety jak zawsze nie ma róży bez kolców. Ładując przez taki układzik istnieje ryzyko tzw przeładowania akumulatora. Trzeba po prostu kontrolować czas tak aby do akumulatora dostarczyć określoną porcję energii (max 1.5 pojemności)