סוללות. דוגמאות חישוב
סוללות הן מקורות זרם אלקטרוכימיים אשר לאחר פריקה ניתן לטעון באמצעות זרם חשמלי הנלקח ממטען. כאשר זרם הטעינה זורם בסוללה מתרחשת אלקטרוליזה, כתוצאה ממנה נוצרות תרכובות כימיות על האנודה והקתודה שהיו על האלקטרודות במצב ההפעלה הראשוני של הסוללה.
אנרגיה חשמלית, כאשר היא נטענת בסוללה, מומרת לצורה כימית של אנרגיה. כאשר הוא משוחרר, הצורה הכימית של האנרגיה הופכת לחשמלית. לטעינת סוללה נדרשת יותר אנרגיה ממה שניתן להשיג על ידי פריקתה.
המתח של כל תא של סוללת עופרת-חומצה לאחר טעינת 2.7 וולט לא אמור לרדת מתחת ל-1.83 וולט בעת פריקה.
המתח הממוצע של סוללת ניקל-ברזל הוא 1.1 וולט.
זרמי הטעינה והפריקה של הסוללה מוגבלים ומוגדרים על ידי היצרן (כ-1 A ל-1 dm2 של הצלחת).
כמות החשמל שניתן לשאוב מסוללה טעונה נקראת קיבולת אמפר-שעה של הסוללה.
סוללות מתאפיינות גם ביעילות אנרגטית וזרם.החזר האנרגיה שווה ליחס בין האנרגיה המתקבלת במהלך הפריקה לבין האנרגיה המושקעת בטעינת הסוללה: ηen = Araz / Azar.
עבור סוללת עופרת חומצה ηen = 70% ולסוללת ברזל ניקל ηen = 50%.
תפוקת הזרם שווה ליחס בין כמות החשמל המתקבלת במהלך הפריקה לכמות החשמל הנצרכת במהלך הטעינה: ηt = Q פעמים / Qchar.
לסוללות עופרת יש ηt = 90% ולסוללות ברזל-ניקל ηt = 70%.
חישוב סוללה
1. מדוע החזר הזרם של הסוללה גדול מהחזר האנרגיה?
ηen = Araz / Azar = (Up ∙ Ip ∙ tp) / (Uz ∙ Iz ∙ tz) = Up / Uz ∙ ηt.
החזר האנרגיה שווה להחזר הזרם ηt כפול היחס בין מתח הפריקה למתח הטעינה. מאז היחס Uр / U3 <1, אז ηen <ηt.
2. סוללת עופרת-חומצה בעלת מתח של 4V וקיבולת 14 Ah מוצגת באיור. 1. חיבור הלוחות מוצג באיור. 2. חיבור הפלטות במקביל מגדיל את קיבולת הסוללה. שני סטים של לוחות מחוברים בסדרה כדי להגביר את המתח.
אורז. 1. סוללת עופרת-חומצה
אורז. 2. חיבור הלוחות של סוללת עופרת-חומצה למתח של 4V
הסוללה נטענת תוך 10 שעות בזרם של Ic = 1.5 A ומתרוקנת תוך 20 שעות עם זרם של Ip = 0.7 A. מהי יעילות הזרם?
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. הסוללה נטענת בזרם של 0.7 A למשך 5 שעות. כמה זמן הוא יפרק עם זרם של 0.3 A עם פלט זרם ηt = 0.9 (איור 3)?
אורז. 3. איור ותרשים למשל 3
כמות החשמל המשמשת לטעינת הסוללה היא: Qz = Iz ∙ tz = 0.7 ∙ 5 = 3.5 A • h.
כמות החשמל Qp המשתחררת בזמן פריקה מחושבת על ידי הנוסחה ηt = Qp / Qz, משם Qp = ηt ∙ Qz = 0.9 ∙ 3.5 = 3.15 A • h.
זמן פריקה tp = Qp / Ip = 3.15 / 0.3 = 10.5 שעות.
4. סוללת ה-20 Ah נטענה במלואה תוך 10 שעות מרשת החשמל באמצעות מיישר סלניום (איור 4). המסוף החיובי של המיישר מחובר למסוף החיובי של הסוללה בעת הטעינה. באיזה זרם הסוללה נטענת אם יעילות הזרם ηt = 90%? באיזה זרם ניתן לפרוק את הסוללה תוך 20 שעות?
אורז. 4. איור ותרשים למשל 4
זרם הטעינה של הסוללה הוא: Ic = Q / (ηt ∙ tc) = 20 / (10 ∙ 0.9) = 2.22 A. זרם פריקה מותר Iр = Q / tr = 20/20 = 1 A.
5. סוללת מצבר המורכבת מ-50 תאים נטענת בזרם של 5 A. תא סוללה אחד 2.1 V, וההתנגדות הפנימית שלה rvn = 0.005 אוהם. מהו מתח הסוללה? מה זה וכו ' ג חייב להיות מחולל מטען עם התנגדות פנימית rg = 0.1 אוהם (איור 5)?
אורז. 5. איור ותרשים למשל 5
D. d. C. סוללה שווה ל: Eb = 50 ∙ 2.1 = 105 V.
התנגדות פנימית של הסוללה rb = 50 ∙ 0.005 = 0.25 אוהם. מחולל D. d. S. שווה לסכום ה. וכו ' עם סוללות ונפילת מתח בסוללה ובגנרטור: E = U + I ∙ rb + I ∙ rg = 105 + 5 ∙ 0.25 + 5 ∙ 0.1 = 106.65 V.
6. סוללת האחסון מורכבת מ-40 תאים עם התנגדות פנימית rvn = 0.005 Ohm ו-e. וכו ' עמ' 2.1 V. הסוללה נטענת בזרם I = 5 A מהגנרטור, למשל. וכו ' עםשהוא 120 וולט וההתנגדות הפנימית rg = 0.12 אוהם. קבע את ההתנגדות הנוספת rd, הספק של הגנרטור, הספק השימושי של המטען, אובדן הכוח בהתנגדות הנוספת rd ואובדן הכוח בסוללה (איור 6).
אורז. 6. חישוב המצבר
מצא התנגדות נוספת באמצעות החוק השני של קירכהוף:
למשל = 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 אוהם …
מאז ה' וכו'. ג.כאשר הסוללה נטענת, EMF של התא בתחילת הטעינה הוא 1.83V, לאחר מכן בתחילת הטעינה, עם התנגדות נוספת קבועה, הזרם יהיה יותר מ-5A.על מנת לשמור על טעינה קבועה הנוכחי, יש צורך לשנות את ההתנגדות הנוספת.
אובדן הספק בהתנגדות הנוספת ∆Pd = rd ∙ I ^ 2 = 6.88 ∙ 5 ^ 2 = 6.88 ∙ 25 = 172 W.
אובדן הספק בגנרטור ∆Pg = rg ∙ I ^ 2 = 0.12 ∙ 25 = 3 W.
אובדן הספק בהתנגדות הפנימית של הסוללה ∆Pb = 40 ∙ rvn ∙ I ^ 2 = 40 ∙ 0.005 ∙ 25 = 5 W.
ההספק המסופק של הגנרטור למעגל החיצוני הוא Pg = Eb ∙ I + Pd + Pb = 84 ∙ 5 + 172 + 5 = 579 W.
כוח טעינה שימושי Ps = Eb ∙ I = 420 W.