Paristot. Laskuesimerkkejä

Akut ovat sähkökemiallisia virtalähteitä, jotka purkautumisen jälkeen voidaan ladata laturista otetulla sähkövirralla. Kun latausvirta kulkee akussa, tapahtuu elektrolyysi, jonka seurauksena anodille ja katodille muodostuu kemiallisia yhdisteitä, jotka olivat elektrodeilla akun alkukäyttötilassa.

Akussa ladattu sähköenergia muunnetaan kemialliseksi energiamuodoksi. Kun se puretaan, energian kemiallinen muoto muuttuu sähköiseksi. Akun lataamiseen kuluu enemmän energiaa kuin sen purkamisella saadaan.

Lyijyakun jokaisen kennon jännite 2,7 V:n latauksen jälkeen ei saa laskea alle 1,83 V:n purkamisen aikana.

Nikkeli-rauta-akun keskijännite on 1,1 V.

Akun lataus- ja purkausvirrat ovat valmistajan rajoittamia ja asettamia (noin 1 A per 1 dm2 levyä).

Sähkön määrää, joka voidaan ottaa ladatusta akusta, kutsutaan akun ampeerituntikapasiteetiksi.

Akuille on ominaista myös energia- ja virtatehokkuus.Energian palautus on yhtä suuri kuin purkautumisen aikana vastaanotetun energian suhde akun lataamiseen käytettyyn energiaan: ηen = Araz / Azar.

Lyijyakulle ηen = 70% ja rauta-nikkeliakulle ηen = 50%.

Virtateho on yhtä suuri kuin purkamisen aikana vastaanotetun sähkön määrän suhde latauksen aikana kulutettuun sähkömäärään: ηt = Q kertaa / Qchar.

Lyijyakuissa on ηt = 90 % ja rauta-nikkeliakuissa ηt = 70 %.

Akun laskenta

1. Miksi akun nykyinen palautus on suurempi kuin energian tuotto?

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

Energian palautus on yhtä suuri kuin virran palautus ηt kerrottuna purkausjännitteen ja latausjännitteen suhteella. Koska suhde Uр / U3 <1, niin ηen <ηt.

2. Lyijyakku, jonka jännite on 4 V ja kapasiteetti 14 Ah, on esitetty kuvassa. 1. Levyjen liitos on esitetty kuvassa. 2. Levyjen kytkeminen rinnan lisää akun kapasiteettia. Kaksi levysarjaa on kytketty sarjaan jännitteen lisäämiseksi.

Riisi. 1. Lyijyakku

Riisi. 2. Lyijyakun levyjen liittäminen 4 V jännitteelle

Akku latautuu 10 tunnissa virralla Ic = 1,5 A ja purkautuu 20 tunnissa virralla Ip = 0,7 A. Mikä on virran hyötysuhde?

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. Akkua ladataan 0,7 A virralla 5 tunnin ajan. Kuinka kauan se purkautuu 0,3 A virralla, kun virtalähtö ηt = 0,9 (kuva 3)?

Riisi. 3. Kuva ja kaavio esimerkiksi 3

Akun lataamiseen käytetty sähkömäärä on: Qz = Iz ∙ tz = 0,7 ∙ 5 = 3,5 A • h.

Purkauksen aikana vapautuvan sähkön määrä Qp lasketaan kaavalla ηt = Qp / Qz, josta Qp = ηt ∙ Qz = 0,9 ∙ 3,5 = 3,15 A • h.

Purkausaika tp = Qp / Ip = 3,15 / 0,3 = 10,5 tuntia.

4. 20 Ah akku latautui täyteen 10 tunnin sisällä verkkovirrasta seleenitasasuuntaajan kautta (kuva 4). Tasasuuntaajan positiivinen napa on kytketty akun positiiviseen napaan latauksen aikana. Millä virralla akku ladataan, jos virran hyötysuhde ηt = 90%? Millä virralla akku purkautuu 20 tunnissa?

Riisi. 4. Kuva ja kaavio esimerkiksi 4

Akun latausvirta on: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0,9) = 2,22 A. Sallittu purkausvirta Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.

5. 50 kennosta koostuva akkuparisto ladataan 5 A virralla. yksi paristokenno 2,1 V ja sen sisäinen resistanssi rvn = 0,005 ohmia. Mikä on akun jännite? Mikä on jne. c. täytyy olla varausgeneraattori, jonka sisäinen vastus rg = 0,1 ohm (kuva 5)?

Riisi. 5. Kuva ja kaavio esimerkiksi 5

D. d. C. akku on yhtä suuri kuin: Eb = 50 ∙ 2,1 = 105 V.

Akun sisäinen vastus rb = 50 ∙ 0,005 = 0,25 Ohm. D. d. S. generaattori on yhtä suuri kuin e:n summa. jne. akuilla ja jännitehäviöllä akussa ja generaattorissa: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0,25 + 5 ∙ 0,1 = 106,65 V.

6. Akku koostuu 40 kennosta, joiden sisäinen resistanssi rvn = 0,005 ohm ja e. jne. s. 2,1 V. Akku ladataan virralla I = 5 A generaattorista, esim. jne. kanssajoka on 120 V ja sisäinen resistanssi rg = 0,12 ohmia. Määritä lisäresistanssi rd, generaattorin teho, latauksen hyötyteho, lisävastuksen rd tehohäviö ja akun tehohäviö (kuva 6).

Riisi. 6. Akun laskenta

Etsi lisävastusta käyttämällä Kirchhoffin toinen laki:

Eg = 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 ohmia …

Koska e. jne. c. Kun akku on ladattu, kennon EMF latauksen alussa on 1,83 V, sitten latauksen alussa jatkuvalla lisäresistanssilla virta on yli 5 A. Vakiolatauksen ylläpitämiseksi virta, on tarpeen muuttaa lisävastusta.

Tehon menetys lisävastuksessa ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6,88 ∙ 5 ^ 2 = 6,88 ∙ 25 = 172 W.

Generaattorin tehohäviö ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0,12 ∙ 25 = 3 W.

Tehohäviö akun sisäisessä resistanssissa ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0,005 ∙ 25 = 5 W.

Generaattorin ulkoiseen piiriin syötetty teho on Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.

Hyödyllinen latausteho Ps = Eb ∙ I = 420 W.