Patareid. Arvutamise näited

Akud on elektrokeemilised vooluallikad, mida saab pärast tühjenemist laadida laadijast võetud elektrivooluga. Laadimisvoolu voolamisel akus toimub elektrolüüs, mille tulemusena tekivad anoodil ja katoodil keemilised ühendid, mis olid aku algses tööseisundis elektroodidel.

Aku laetuna muundatakse elektrienergia keemiliseks energiavormiks. Kui see tühjeneb, muutub energia keemiline vorm elektriliseks. Aku laadimiseks kulub rohkem energiat, kui selle tühjenemisega saab.

Pliiaku iga elemendi pinge pärast 2,7 V laadimist ei tohiks tühjenemisel langeda alla 1,83 V.

Nikkel-raudaku keskmine pinge on 1,1 V.

Aku laadimis- ja tühjendusvoolud on piiratud ja tootja poolt määratud (ca 1 A plaadi 1 dm2 kohta).

Elektrienergia kogust, mida laetud akust saab ammutada, nimetatakse aku mahutavuseks ampertunnis.

Akusid iseloomustab ka energia- ja voolutõhusus.Energiatagastus võrdub tühjenemisel saadud energia ja aku laadimiseks kulutatud energia suhtega: ηen = Araz / Azar.

Pliiaku puhul ηen = 70% ja raud-nikkelaku puhul ηen = 50%.

Voolu väljund on võrdne tühjenemisel saadud elektrienergia koguse ja laadimise ajal tarbitud elektrienergia koguse suhtega: ηt = Q korda / Qchar.

Pliiakudel on ηt = 90% ja raud-nikkelakudel ηt = 70%.

Aku arvutamine

1. Miks on aku praegune tootlus suurem kui energiatagastus?

ηen = Araz / Azar = (Üles ∙ Ip ∙ tp) / (Uz ∙ Iz ∙ tz) = Üles / Uz ∙ ηt.

Energiatagastus on võrdne voolutagastusega ηt, mis on korrutatud tühjenduspinge ja laadimispinge suhtega. Kuna suhe Uр / U3 <1, siis ηen <ηt.

2. 4 V pingega ja 14 Ah mahutavusega pliiaku on näidatud joonisel fig. 1. Plaatide ühendus on näidatud joonisel fig. 2. Plaatide paralleelne ühendamine suurendab aku mahtuvust. Pinge suurendamiseks on järjestikku ühendatud kaks komplekti plaate.

Riis. 1. Pliiaku

Riis. 2. Pliiaku plaatide ühendamine pingele 4 V

Aku laetakse 10 tunniga vooluga Ic = 1,5 A ja tühjeneb 20 tunniga vooluga Ip = 0,7 A. Kui suur on voolu efektiivsus?

Qp = Ip ∙ tp = 0,7 ∙ 20 = 14 A • h; Qz = Iz ∙ tz = 1,5 ∙ 10 = 15 A • h; ηt = Qp / Qz = 14/15 = 0,933 = 93%.

3. Akut laetakse 0,7 A vooluga 5 tundi. Kui kaua see tühjeneb voolutugevusega 0,3 A väljundvooluga ηt = 0,9 (joonis 3)?

Riis. 3. Joonis ja diagramm näiteks 3

Aku laadimiseks kuluv elektrienergia hulk on: Qz = Iz ∙ tz = 0,7 ∙ 5 = 3,5 A • h.

Tühjenemisel vabaneva elektrienergia kogus Qp arvutatakse valemiga ηt = Qp / Qz, kust Qp = ηt ∙ Qz = 0,9 ∙ 3,5 = 3,15 A • h.

Tühjendusaeg tp = Qp / Ip = 3,15 / 0,3 = 10,5 tundi.

4. 20 Ah aku laaditi 10 tunni jooksul vahelduvvooluvõrgust seleenialaldi kaudu täis (joonis 4). Alaldi positiivne klemm ühendatakse laadimise ajal aku positiivse klemmiga. Millise vooluga akut laetakse, kui voolutõhusus ηt = 90%? Millise vooluga saab aku tühjaks 20 tunni jooksul?

Riis. 4. Joonis ja diagramm näiteks 4

Aku laadimisvool on: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0,9) = 2,22 A. Lubatud tühjendusvool Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. 50 elemendist koosnev akupatarei laetakse vooluga 5 A. üks akuelement 2,1 V ja selle sisetakistus rvn = 0,005 Ohm. Mis on aku pinge? Mis on jne. c) peab olema laengugeneraator, mille sisetakistus rg = 0,1 oomi (joonis 5)?

Riis. 5. Joonis ja diagramm näiteks 5

D. d. C. aku on võrdne: Eb = 50 ∙ 2,1 = 105 V.

Aku sisetakistus rb = 50 ∙ 0,005 = 0,25 oomi. D. d. S. generaator on võrdne e summaga. jne. akude ja aku ja generaatori pingelangusega: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0,25 + 5 ∙ 0,1 = 106,65 V.

6. Aku koosneb 40 elemendist sisetakistusega rvn = 0,005 Ohm ja e. jne. lk 2,1 V. Akut laetakse generaatorist vooluga I = 5 A nt. jne. koosmis on 120 V ja sisetakistus rg = 0,12 Ohm. Määrake lisatakistus rd, generaatori võimsus, laengu kasulik võimsus, võimsuskadu lisatakistusest rd ja võimsuskadu akus (joonis 6).

Riis. 6. Aku arvutamine

Leidke lisatakistus kasutades Kirchhoffi teine ​​seadus:

Nt = Eb + rd ∙ I + rg ∙ I + 40 ∙ rv ∙ I; rd = (Eg-Eb-I ∙ (rg + 40 ∙ rv)) / I = (120-84-5 ∙ (0,12 + 0,2)) / 5 = 34,4 / 5 = 6,88 oomi …

Kuna e jne. c.Kui aku on laetud, on elemendi EMF laadimise alguses 1,83V, siis laadimise alguses on pideva lisatakistusega vool üle 5A. Pideva laadimise säilitamiseks praegune, on vaja muuta lisatakistust.

Võimsuse kadu lisatakistusest ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6,88 ∙ 5 ^ 2 = 6,88 ∙ 25 = 172 W.

Toitekadu generaatoris ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0,12 ∙ 25 = 3 W.

Toitekadu aku sisetakistuses ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0,005 ∙ 25 = 5 W.

Generaatori poolt välisele vooluringile antav võimsus on Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.

Kasulik laadimisvõimsus Ps = Eb ∙ I = 420 W.