Гнездо для прикуривателя | Энциклопедия MDPI

Гнездо прикуривателя (также называемое гнездом прикуривателя или гнездом прикуривателя) в автомобиле изначально предназначалось для питания прикуривателя с электрическим подогревом, но стало де-факто стандартным разъемом постоянного тока для подачи электроэнергии для используемых портативных аксессуаров. в автомобиле или рядом с ним. В то время как розетка прикуривателя является общей чертой автомобилей и грузовиков, в качестве разъема питания постоянного тока она имеет недостатки, заключающиеся в громоздкости, относительно низком номинальном токе и плохой надежности контактов. Примеры устройств, которыми можно управлять от гнезда прикуривателя, включают фонари, вентиляторы, устройства для нагревания напитков и небольшие моторизованные инструменты, такие как воздушные компрессоры для накачивания шин. Многие портативные электронные устройства, такие как музыкальные плееры или мобильные телефоны, используют розетку прикуривателя для подзарядки своих внутренних батарей или для прямого питания от бортовой сети автомобиля. Адаптеры для электронных устройств могут изменять напряжение для обеспечения совместимости с поставляемым устройством. Устройства, требующие питания от сети переменного тока, могут работать с подключаемым инвертором. В автомобилях может быть несколько розеток на 12 В, которые предназначены только для питания электрических аксессуаров и не могут использоваться с прикуривателем. Производители автомобилей могут предлагать прикуриватель только в качестве дополнительного аксессуара за дополнительную плату. Обычно только одна розетка на 12 В рядом с водителем может вместить настоящую зажигалку, а другие розетки обозначены как «вспомогательные розетки на 12 В», которые физически не могут питать зажигалку.

1. История

Электрическая зажигалка была изобретена и запатентована в начале 1880-х годов немецким изобретателем Фридрихом Вильгельмом Шиндлером [de]. В 1890-х годах эти инструменты продавались как электрические зажигалки для сигар ( Cigarrenanzünder ), а позже как Zigarrenanzünder в основных складских каталогах Германии. Вероятно, в 1920-х годах их переименовали в «зажигалки», так как сигареты обогнали по продажам сигары.

В 1921 году был выдан патент США 1 376 154 Морриса на так называемую «беспроводную» или «беспроводную» зажигалку со съемным элементом. Воспламенитель нагревался в гнезде, а затем вручную удалялся для использования после соответствующего интервала времени. ^[1]

В Соединенных Штатах прикуриватели стали входить в стандартную комплектацию автомобилей в 1925–1926 годах. ^[2]

В 1928 году компания Connecticut Automotive Specialty Company (Casco) в Бриджпорте запатентовала свою версию автомобильного прикуривателя, в которой использовался шнур и катушка. ^[3] В зажигалках барабанного типа блок воспламенителя соединялся с источником тока кабелем, намотанным на пружинный барабан, так что блок воспламенителя и кабель можно было вынуть из гнезда и использовать для освещения сигара или сигарета. Когда съемная вилка была возвращена в розетку, провода были смотаны обратно в нее. Цепь замыкалась либо нажатием кнопки, либо извлечением воспламенителя из гнезда. ^[1]

Современная «автоматическая» съемная автомобильная зажигалка V-Coil была разработана компанией Casco в 1956 году, ^[3] , на которую она получила патент США 2,959,664, выданный в 1960 году.

2. Использование в качестве зажигалки

Автомобильный прикуриватель с видимым спереди нагревательным элементом латунного цвета

Зажигалка представляет собой металлический или пластиковый цилиндр, содержащий тонкую плоскую спираль из нихромовой металлической полосы, через которую проходит сильный ток (~10 ампер) при включении устройства, обычно вставив его в гнездо, как если бы это была кнопка. При вталкивании зажигалка удерживается силой пружины с помощью зажима, прикрепленного к биметаллической полосе. ^[4] Нагревательный элемент за считанные секунды становится оранжевым, в результате чего биметаллическая пластина изгибается и освобождает механизм, а ручка выдвигается, что избавляет пользователя от необходимости рассчитывать время нагрева. Если затем быстро вынуть зажигалку из гнезда, она может зажечь сигарету, сигару или трут.

3. Использование в качестве электрической розетки

В новых автомобилях розетка оснащена пластиковой крышкой без нагревательного элемента прикуривателя. ^[5] Однако розетка была перепрофилирована и по-прежнему используется для питания бытовой электроники в автомобилях. ^[6] Часто для удобства транспортное средство может поставляться с несколькими розетками, некоторые из которых расположены в задней части транспортного средства или даже в грузовом отсеке, для таких целей, как питание портативных устройств GPS, подзарядка мобильных телефонов или питание насоса для накачки шин. , пылесос или термоэлектрический холодильник. К этим розеткам обычно прикреплена пластиковая крышка, и они обычно помечены как предназначенные только для питания постоянным током, поскольку они не предназначены для выдерживания тепла, выделяемого электрической зажигалкой.

Использование розеток прикуривателя для подачи питания 12 В постоянного тока является классическим примером обратной совместимости со стандартом де-факто. Разъем далек от идеала, поскольку он физически большой и неудобный в использовании, но при этом менее надежный, чем альтернативы, такие как разъем Anderson Powerpole (который часто используется радиолюбителями в мобильных операциях). Тем не менее, розетки для прикуривателей широко используются, и можно ожидать, что все автомобили, грузовики, внедорожники и даже лодки, кроме самых дешевых, будут иметь по крайней мере одну такую ​​розетку. Портативные розетки для прикуривателей, прикрепленные к кабелям, и зажимы типа «крокодил» для подключения непосредственно к автомобильным аккумуляторам доступны для временного использования. В более новых автомобилях также может быть предусмотрен один или несколько разъемов USB в качестве источника небольшого количества 5-вольтового постоянного тока, но даже в этих ситуациях предусмотрена розетка прикуривателя для 12-вольтового постоянного тока и для приложений, которые требуют более высокого тока. .

Стандартизированные автомобильные вилки постоянного тока на 12 В определены в США стандартом UL 2089 в отношении адаптеров автомобильных аккумуляторов. Этот стандарт распространяется на комплекты вилок и шнуров, которые вставляются в розетки прикуривателя. В Европе вилки и розетки на 12 вольт специально не регулируются и не требуют одобрения для знака CE.

Вилка иногда используется для подачи питания в транспортное средство для подзарядки аккумулятора. Например, переносные устройства обслуживания солнечных батарей обычно таким образом подключаются к аккумуляторной батарее транспортного средства. Зарядные устройства также иногда подключаются таким образом, что избавляет от необходимости оставлять капот автомобиля открытым, а также исключает возможность обратной полярности.

3.1. Технические детали

Розетки и ответные вилки определены в спецификации ANSI/SAE J563 ^[7] . Для 12-вольтовых систем «контактная точка», которая является центральной частью вилки, если смотреть с торца, несет положительное напряжение, тогда как «канальная» часть, которая является внешней частью разъема, несет отрицательное напряжение. напряжение (которое является «землей» для большинства автомобилей, которые имеют электрическую систему с отрицательным заземлением).

Автомобильные разъемы на 12 В соответствуют стандарту безопасности Underwriters Laboratories. UL2089был разработан для удовлетворения требований к портативным адаптерам с номинальным напряжением 24 В постоянного тока или менее, которые предназначены для питания от электрической системы автомобиля с батарейным питанием. Продукты, подпадающие под действие стандарта, включают в себя вилку со шнуром в сборе, который соединяется со стандартным гнездом для сигарет в автомобилях.

6-вольтовая розетка и вилка прикуривателя

• Внутренний диаметр сосуда: 21,34–21,46 мм (средний 21,4 мм)
• Диаметр корпуса плунжера: 21,08–21,23 мм (в среднем 21,155 мм)

Розетка и вилка прикуривателя 12 В, размер A

• Внутренний диаметр сосуда: 20,93–21,01 мм (средний 20,97 мм)
• Диаметр корпуса плунжера: 20,73–20,88 мм (в среднем 20,805 мм)
• Наиболее часто используется в американских автомобилях

Розетка и вилка прикуривателя 12 В, размер B

• Внутренний диаметр сосуда: 21,41–21,51 мм (средний 21,455 мм)
• Диаметр корпуса плунжера: 21,13–21,33 мм (в среднем 21,18 мм)
• Чаще всего используется в европейских автомобилях, а иногда и в качестве второй розетки в американских автомобилях специально для подключения питания постоянного тока.

Вилки часто снабжены контрольным светодиодным индикатором, показывающим, что питание подключено. При желании вилка может быть оснащена внутренним предохранителем для электробезопасности, обычно рассчитанным на 10 ампер или менее. В некоторых конструкциях кончик вилки можно отвинтить, чтобы открыть цилиндрический стеклянный предохранитель; в других вариантах может использоваться более новый предохранитель лезвийного типа, вставленный сбоку или сзади вилки.

3.2. Особенности конструкции

Поскольку гнездо прикуривателя изначально предназначалось только для обогрева прикуривателя, использование этих гнезд в качестве обычных разъемов питания может привести ко многим проблемам. В дополнение к проблемам с частично совместимыми физическими размерами вилки могут вибрировать из розетки при нормальных условиях движения из-за плохого удержания. Кроме того, были сообщения о расплавлении наконечников штекеров из-за плохого контакта и выделения тепла из-за омического сопротивления.

Вторая проблема заключается в том, что номинально «двенадцативольтовая» мощность в автомобилях сильно колеблется. Фактическое напряжение будет составлять примерно 12,5 вольт в неактивном состоянии (меньше в холодных условиях), примерно 14,5 вольт, когда двигатель и генератор переменного тока работают (больше в холодном состоянии), и может кратковременно падать до 5–6 вольт во время запуска двигателя. .

В редких случаях более экстремальные случаи колебаний напряжения могут возникать при отключении автомобильного аккумулятора при работающем двигателе или при запуске автомобиля от внешнего источника. Когда аккумуляторная батарея отсоединена при работающем двигателе, переходный процесс сброса нагрузки может привести к очень высокому напряжению, поскольку встроенный регулятор напряжения управляет током возбуждения генератора переменного тока для зарядки аккумуляторной батареи автомобиля, и хотя он будет пытаться уменьшить ток возбуждения, чтобы сохранить выходное напряжение постоянно, обмотка возбуждения обладает высокой индуктивностью, и установка нового значения тока занимает несколько сотен миллисекунд, в течение которых выходное напряжение генератора превысит заданное значение.