Учебное пособие: Электротехника с основами электроники

11. Как определить цену деления комбинированного (многопредельного) прибора?

12. Как измерить ЭДС аккумулятора?

13. Два одинаковых сопротивления соединены последовательно (параллельно). Чему равно результирующее сопротивление?

14. Что будет, если в исследуемой цепи поменяли местами амперметр и вольтметр?

Методические указания к лабораторной работе №2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АККУМУЛЯТОРОВ

Цель работы

Изучить режимы работы аккумулятора как источника постоянного тока, определить его внутренне сопротивление, проанализировать энергетические соотношения и особенности работы аккумуляторов при их последовательном и параллельном соединении.

1. Основные теоретические положения.

Аккумулятор является химическим источником энергии. Его основными параметрами являются электродвижущая сила (ЭДС) Е и его внутреннее сопротивление R_В . ЭДС характеризует способность источника энергии создать ток в электрической цепи, она численно равна напряжению между его зажимами при отсутствии тока (холостой ход, нагрузка отключена), и внутри источника направлена от отрицательного зажима к положительному (рис.1).

Если к аккумулятору подключить нагрузочный реостат с сопротивлением R , то в цепи возникает ток, величина которого определяется по закону Ома для электрической цепи с ЭДС

(1)

Преобразуем это выражение и получим формулу зависимости напряжения на зажимах приемника от тока нагрузки (рис.1)

Так как IR=U, то U=E-IR_B . (2)

Величина внутреннего сопротивления аккумулятора R_B практически постоянна и составляет сотые доли Ом, поэтому падение напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора IR_B растет пропорционально току нагрузки. Таким образом, величина напряжения на зажимах аккумулятора (приемника) будет уменьшаться с увеличением тока нагрузки. При этом внутри аккумулятора теряется часть мощности, . Величина выделившейся тепловой энергии определяется по закону Джоуля-Ленца.

ч, (3)

где t - время прохождения тока, ч.

Следовательно, внутреннее сопротивление - параметр, характеризующий тепловые потери в источнике и влияющий на его энергетические характеристики. Внутреннее сопротивление аккумулятора может быть определено на основании закона Ома по данным режимов холостого хода и какого-либо рабочего режима

(4)

или по эмпирической формуле для 100% заряженного аккумулятора (кислотного) при температуре 20°С

, (5)

где U_{ном -} напряжение на зажимах аккумулятора при номинальном разрядном токе, В;

Q - емкость аккумулятора, А×ч.

Величина внутреннего сопротивления аккумулятора может быть определена по его внешней характеристике - зависимости напряжения на зажимах аккумулятора от тока нагрузки. Напряжение на зажимах аккумулятора линейно зависит от силы тока и нагрузки и графически изображается в виде прямой линии, пересекающей оси I и U (рис.2). Точка пересечения с осью U (I=0, R¥, режим холостого хода) дает величину ЭДС, а точка пересечения с осью I (U=0, R=0, режим короткого замыкания) дает величину тока в нагрузке при сопротивлении внешней нагрузки, равной нулю. В этом случае:

E=I_K ×R_B и , (6)

где I_K - ток короткого замыкания.

Если известна только часть внешней характеристики (рис.2), то внутреннее сопротивление аккумулятора можно определить по формуле

, Ом (7)

Важнейшими эксплуатационными параметрами аккумулятора являются также его зарядный и разрядный токи, максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку и коэффициент полезного действия. Эти величины указываются в паспортных данных аккумулятора. При практических расчетах величина зарядного тока принимается