Elektromechanik_724[05]_Z1.01

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Ryszard Zankowski

Eksploatacja źródeł energii elektrycznej oraz pomiary ich
parametrów 724[05].Z1.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Pomiary parametrów źródeł elektrochemicznych

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Ładowanie akumulatorów

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Badanie prądnic prądu stałego

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Badanie prądnic prądu przemiennego

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik, który Ci przekazujemy, będzie pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej

budowy i działania źródeł energii elektrycznej w postaci akumulatorów i prądnic oraz
kształtowaniu umiejętności ładowania akumulatorów, uruchamiania prądnic i określania
parametrów tych urządzeń, a także korzystania z różnych źródeł informacji na ich temat.

W Poradniku będziesz mógł znaleźć następujące informacje ogólne:

–

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez
problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

–

cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia w ramach
tej jednostki modułowej,

–

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,

–

zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści,

–

ćwiczenia, zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

–

sprawdziany postępów pozwalające sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń,

–

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich
wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu jednostki
modułowej,

–

literaturę związaną z programem jednostki modułowej, umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.

W poradniku został zamieszczony wybrany materiał nauczania, ćwiczenia z zakresu

eksploatacji źródeł energii elektrycznej i pomiaru ich parametrów, pytania sprawdzające.

Szczególną uwagę zwróć na przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas

wykonywania pomiarów.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp oraz

instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te
poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

724[05].Z1.06

Dobieranie środków ochrony

przeciwrażeniowej

724[05].Z1.04

Dobieranie i sprawdzanie

aparatury łączeniowej

i sterowniczej

724[05].Z1.03

Dobieranie przewodów, osprzętu

i opraw oświetleniowych

w instalacjach elektrycznych

724[05].Z1.05

Uruchamianie silników

elektrycznych oraz pomiary ich

parametrów

Moduł 724[05].Z1

Budowa i eksploatacja maszyn

i urządzeń elektrycznych

724[05].Z1.01

Eksploatacja źródeł energii

elektrycznej oraz pomiary ich

parametrów

724[05].Z1.02

Dobieranie transformatorów oraz

sprawdzanie ich parametrów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej, powinieneś umieć:

–

rozróżniać elementy obwodów elektrycznych,

–

czytać i rysować schematy obwodów elektrycznych,

–

wyjaśniać podstawowe pojęcia dotyczące obwodów elektrycznych,

–

interpretować podstawowe prawa i zależności wykorzystywane w obwodach
elektrycznych,

–

obliczać i szacować wielkości elektryczne w prostych obwodach prądu stałego
i przemiennego,

–

weryfikować doświadczalnie poprawność obliczeń,

–

posługiwać się miernikami elektrycznymi,

–

dobierać do wykonywanych pomiarów metody pomiarowe oraz rodzaj i zakres
mierników,

–

mierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i przemiennego,

–

interpretować wyniki pomiarów,

–

wykonywać połączenia elementów i urządzeń elektrycznych,

–

stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego i przemiennego,

–

analizować pracę prostych urządzeń elektrycznych na podstawie ich schematów ideowych
oraz uzyskanych wyników pomiarów,

–

korzystać z Internetu w zakresie poszukiwań informacji technicznej,

–

korzystać z innych źródeł informacji technicznej dotyczącej sprzętu elektrycznego,

–

stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

sklasyfikować źródła energii elektrycznej,

–

rozpoznać ogniwa i akumulatory na podstawie wyglądu zewnętrznego i oznaczeń,

–

rozpoznać podstawowe elementy budowy prądnic na przekrojach maszyn oraz na ich
rysunkach,

–

scharakteryzować podstawowe parametry źródeł energii elektrycznej,

–

skorzystać z danych zawartych na tabliczkach znamionowych prądnic,

–

uruchomić prądnice,

–

sprawdzić prawidłowość działania prądnic,

–

zmierzyć podstawowe parametry źródeł energii elektrycznej,

–

skorzystać z literatury, katalogów źródeł energii elektrycznej, norm oraz przepisów
eksploatacji,

–

skorzystać z Internetu w zakresie szukania danych katalogowych, opisów technicznych
i cen źródeł energii elektrycznej,

–

zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku
pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Pomiary parametrów źródeł elektrochemicznych

4.1.1. Materiał nauczania

Elektrochemiczne źródła energii elektrycznej
Akumulatory są to chemiczne źródła energii elektrycznej. Akumulatorem jest zarówno

zespół  ogniw  we  wspólnym  naczyniu  wielokomórkowym,  jak  i  pojedyncze  ogniwo
akumulatorowe.  Przykładem  zespołu  6  ogniw  akumulatorowych ołowiowych jest  akumulator
samochodowy  o  napięciu  znamionowym  12  V.  Ogniwo  akumulatorowe  składa  się z zestawu
płyt  akumulatorowych  i  elektrolitu,  zawartych  w  naczyniu  akumulatorowym. Ogniwo  to  nosi
także  nazwę  ogniwa  galwanicznego  wtórnego,  ponieważ  można  je  po  wyładowaniu,  czyli po
wyczerpaniu  energii,  ponownie  naładować.  Szerokie  zastosowanie  praktyczne  znalazły  dwa
typy akumulatorów:

−

kwasowe (ołowiowe),

−

zasadowe: kadmowo - niklowe i żelazowo - niklowe.
W akumulatorze ołowiowym elektrolitem jest wodny roztwór kwasu siarkowego, a płyty

są wykonane głównie z ołowiu i jego związków.

W akumulatorach kadmowo-niklowych i żelazowo - niklowych płyty dodatnie zawierają

głównie związki niklu, płyty ujemne zaś zawierają głównie związki kadmu lub związki żelaza,
zależnie od typu akumulatora. W akumulatorach tych elektrolitem jest roztwór zasady –
wodorotlenku potasu.

Akumulatory zasadowe są stosowane rzadziej niż kwasowe. Są bowiem kosztowniejsze

od kwasowych o tej samej pojemności i napięciu (1,5 – 2,5 razy), mają mniejszą wartość siły
elektromotorycznej i sprawność oraz wykazują większe zmiany napięcia podczas wyładowania
i ładowania. Są za to trwalsze niż kwasowe, mogą być przechowywane po całkowitym
wyładowaniu, dobrze znoszą zwarcia, są odporniejsze na wstrząsy i nie wymagają tak starannej
obsługi. W zasilaniu urządzeń akumulatory stanowią rezerwowe źródło energii elektrycznej.

Budowa akumulatorów ołowiowych (kwasowych)

Schemat budowy ogniwa akumulatorowego, ołowiowego pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Uproszczony schemat budowy ogniwa akumulatorowego ołowiowego (kwasowego) [1]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Akumulator składa się z dwóch grup płyt: dodatnich (4), których masą czynną jest

głównie dwutlenek ołowiu PbO

(o barwie brunatnej) i ujemnych (3), których masą czynną jest

gąbczasty  ołów  Pb  (o  jasno  szarej  barwie).  Masy  czynne  płyt  są  umieszczone  w  kratkach,
odlewanych  ze  stopu  ołowiu  i  antymonu  oraz  dodatków  antykorozyjnych.  Płyty  dodatnie
i ujemne  są  odizolowane  od  siebie  przekładkami  z  mikroporowatego  materiału  izolacyjnego,
nazwanymi  separatorami  (6).  Separatory  zapobiegają  zetknięciu  się  płyt,  lecz  nie  ograniczają
przepływu elektrolitu.

Płyty tej samej biegunowości połączone ze sobą ołowiowym mostkiem (2), tworzą zespół

płyt.  Zestaw  płyt,  złożony  z  zespołu  płyt  dodatnich  i  zespołu  płyt  ujemnych  wraz
z separatorami,  umieszczony  w  naczyniu  (5)  wypełnionym  elektrolitem  tworzy  ogniwo
akumulatorowe.  Do  akumulatorów  zestawionych  np.  z  3  lub  6  ogniw  stosuje  się  naczynia
wielokomorowe.
W  pojedynczym  ogniwie  akumulatorowym  mostki  są  zakończone  końcówkami  biegunowymi
(1).  W  akumulatorze  złożonym  z  kilku  ogniw  mostki  zespołów  płyt  różnoimiennych,
usytuowanych  obok  siebie  ogniw,  są  połączone  łącznikami  międzyogniwowymi.  Łączniki  te
mogą być odkryte (przechodząc ponad wieczkami komór) lub zakryte. To ostatnie rozwiązanie
uniemożliwia pomiar napięć poszczególnych ogniw akumulatora. Skrajne mostki zespołów płyt
są zakończone końcówkami biegunowymi.

W akumulatorach o wzmocnionej budowie stosuje się – zamiast dodatnich płyt

kratkowych – płyty pancerne, w których masa czynna jest umieszczona w wielorurowej
osłonie z materiału izolacyjnego, przepuszczającego elektrolit. Przez środek rurek przechodzą
pręty z ołowiu, połączone w górnej części płaskownikiem (z ołowiu). Akumulatory kwasowe z
dodatnimi płytami pancernymi są znacznie trwalsze niż akumulatory o płytach kratkowych.

W ogniwie akumulatorowym liczba płyt ujemnych jest o jeden większa niż liczba płyt

dodatnich.  Akumulatory  ołowiowe  mogą  być  sprzedawane  jako:  suche  nie  ładowane,  suche
naładowane  oraz  zalane  elektrolitem  naładowane.  Ze  względu  na  przeznaczenie  rozróżnia  się
akumulatory:  stacjonarne,  trakcyjne,  rozruchowe.  W  temperaturze  20

C gęstość elektrolitu

w akumulatorze naładowanym powinna wynosić 1285 kg/m

(tj. 1,285 g/cm

). Napięcie

znamionowe ogniwa ołowiowego wynosi 2 V.

Poza opisanymi akumulatorami (ogniwami) otwartymi, wyposażonymi w korek

umożliwiający dolewanie wody destylowanej, coraz częściej jako akumulatory samochodowe
(rozruchowe) stosuje się akumulatory bezobsługowe, hermetycznie zamknięte. Płyty kratkowe
w tych akumulatorach, przedzielone separatorami z mikroporowatowego szkła, są zwijane
w spirale.

Cały elektrolit akumulatora jest zawarty w porach separatorów. Takie rozwiązanie

zapewnia uzyskanie dużych prądów rozruchowych, nawet w bardzo niskich temperaturach.

Budowa akumulatorów zasadowych
Płyty akumulatorów zasadowych są wykonywane z taśmy stalowej z kieszonkami na masę

czynną. Płyty dodatnie zawierają wodorotlenek niklu, a płyty ujemne – tlenek kadmu lub tlenek
żelaza. Płyty dodatnie są połączone ze stalową obudową akumulatora.

Elektrolit w akumulatorach zasadowych stanowi wodny roztwór wodorotlenku potasu

z dodatkiem wodorotlenku nitu o gęstości 1190–1210 kg/m

(tj. 1,19–1,21 g/cm

)

w temperaturze 20

C. Napięcie znamionowe ogniwa zasadowego wynosi 1,2 V. Akumulatory

zasadowe wyładowuje się praktycznie do napięcia 1,1 V lub 1,05 V, zależnie od przeznaczenia
akumulatorów. Proces samowyładowania przebiega w akumulatorach zasadowych znacznie
wolniej niż w kwasowych.

Ładowanie akumulatorów zasadowych wymaga zastosowania źródła dającego napięcie

1,35 V – 1,85 V na jedno ogniwo kadmowo - niklowe oraz mogą po uformowaniu być

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przechowywane w stanie suchym (bez elektrolitu) przez okres do 2 lat. Eksploatowane
akumulatory zasadowe wymagają wymiany elektrolitu w okresach 1 – 2lat, gdyż czystość
elektrolitu ma istotny wpływ na pracę akumulatorów.

Reakcje elektrochemiczne w ogniwach akumulatorowych
Reakcje elektrochemiczne w ogniwie stanowią 2 oddzielne procesy elektronowe,

przebiegające  na  granicy  faz  roztwór  – elektroda. Na skutek udziału swobodnych elektronów
w  reakcjach  elektrodowych  powstaje  różnica  potencjałów  elektrycznych  między  roztworem
(elektrolitem)  a  elektrodą  dodatnią  (+)  oraz  między  roztworem  a  elektrodą  ujemną  (–).
Różnica  tych  potencjałów  jest  nazywana  siłą  elektromotoryczną  (w  skrócie:  sem)  ogniwa
i oznaczana  symbolem  E.  Zwierając  elektrody  ogniwa  rezystorem  umożliwiającą  przepływ
prądu  elektrycznego  od  elektrody  (+)  do  elektrody  (–)  rozpoczynamy  proces  wyładowania
ogniwa (rys. 2a).

Rys. 2. Schemat wyładowania a) i ładowania b) akumulatora [1]

W czasie wyładowania ogniwa gąbczasty ołów (Pb) na elektrodzie ujemnej oraz ołów

zawarty w dwutlenku ołowiu (PbO

) na elektrodzie dodatniej przechodzą do roztworu

w postaci jonów dodatnich. Wskutek obecności kwasu siarkowego (H

) zachodzi

natychmiast reakcja powstawania siarczanu ołowiu (PbSO

), który jako związek słabo

rozpuszczalny pozostaje na elektrodach w postaci stałej. Jednocześnie elektrolit znajdujący się
w porach masy czynnej uległ rozcieńczeniu, bowiem utracił dwie cząsteczki wody (H

O).

Powstający w czasie wyładowania PbSO

zmniejsza porowatość mas czynnych. Utrudnia

to  wyrównywanie  stężenia  elektrolitu  znajdującego  się  wewnątrz  płyt,  czyli  w  porach  masy
czynnej  i  na  zewnątrz  między  płytami.  Powoduje  to  zmniejszanie  siły  elektromotorycznej
ogniwa  i wzrost  jego  rezystancji  wewnętrznej.  Szybkość  opisanego  procesu  wzrasta  ze
wzrostem natężenia prądu wyładowania.

W czasie ładowania ogniwa wskutek doprowadzenia napięcia zewnętrznego (U

rys. 2b) w ogniwie przebiega proces elektrochemicznego rozkładu PbSO

. Na elektrodzie (–)

połączonej z ujemnym biegunem źródła prądu powstaje ołów (Pb), zaś na elektrodzie (+)
połączonej z dodatnim biegunem źródła prądu powstaje dwutlenek ołowiu (PbO

Rozkład siarczanu ołowiu (PbSO

) otwiera pory masy czynnej elektrod. Umożliwia to

wyrównanie stężenia elektrolitu znajdującego się na zewnątrz oraz wewnątrz płyt, czyli
w porach masy czynnej elektrod.

Ze wzrostem stężenia elektrolitu wzrasta siła elektromotoryczna ogniwa i maleje jego

rezystancja wewnętrzna. W czasie ładowania następuje oddawanie elektronów elektrodzie (+)
i ich przepływ przez źródło zasilania do elektrody (–), co odpowiada dopływowi prądu I

z zewnętrznego źródła do elektrody (+).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie ładowania ogniwa (akumulatora), oprócz procesu rozkładu PbSO

występuje

również  proces  elektrolizy  wody,  czyli  jej  rozkład  na  tlen  i  wodór.  Wskutek  tego  ogniwo
zaczyna  gazować.  Gazowanie  w  sprawnym  technicznie  akumulatorze  występuje  po
przekroczeniu napięcia ładowania wynoszącego 2,4 V/ogniwo. W akumulatorze zasiarczonym
lub  w akumulatorze  z  zanieczyszczonym elektrolitem  proces  elektrolizy  wody  rozpoczyna się
już od początku ładowania.

Zasiarczanie płyt polega na przemianie drobnoziarnistego siarczanu ołowiu (PbSO

)

w gruboziarnisty, nieulegający rozkładowi na ołów (na elektrodzie „–”) i dwutlenek węgla
(na elektrodzie „+”) w czasie ładowania.

Zasiarczanie

następuje w wyniku:

−

zbyt głębokiego wyładowania akumulatora, kiedy napięcie wyładowania spada poniżej
napięcia końcowego określonego przez producenta,

−

pozostawienia akumulatora w stanie wyładowania,

−

magazynowania akumulatora przez kilka miesięcy bez okresowego doładowania.

Akumulator naładowany i nie używany ulega procesowi samowyładowania, w czasie

którego ołów (Pb) oraz dwutlenek ołowiu (PbO

) przechodzą na skutek działania kwasu

siarkowego (H

) w siarczan ołowiu (PbSO

), z czym wiąże się wydzielanie tlenu i wodoru.

Powstający PbSO

ma skłonność do starzenia się, związanego ze wzrostem jego kryształów.

Mając na uwadze to, że tlen i wodór stanowią mieszankę wybuchową, należy dysponować

sprawną wentylacją w pomieszczeniach z akumulatorami.

Ogniwa akumulatorowe charakteryzują cztery podstawowe wielkości:

−

siła elektromotoryczna E,

−

rezystancja wewnętrzna R

−

napięcie ogniwa, akumulatora lub baterii ogniw akumulatorowych U

−

pojemność Q

Napięcie ogniwa określa się na podstawie sem oraz rezystancji wewnętrznej.

Siła elektromotoryczna E
Siła elektromotoryczna ogniwa (sem) zależy głównie od rodzaju mas czynnych elektrod

oraz elektrolitu. Sem ogniwa ołowiowego można wyznaczyć wg wzoru

E = 0,84+0,001d,

w którym d – gęstość elektrolitu (roztworu kwasu siarkowego) znajdującego się w porach
masy czynnej; w temperaturze 20

C wartość d = 1050÷1300 kg/m

W procesie ładowania lub wyładowania ogniwa akumulatorowego powstaje duże

zróżnicowanie  gęstości  elektrolitu  znajdującego  się  w  porach  masy  czynnej  płyt  i  w  ich
sąsiedztwie.  Należy  więc  mieć  na  uwadze,  że  wyrównywanie  gęstości  elektrolitu  może
nastąpić  w  czasie  bezczynności  ogniwa  –  w  kilka  godzin  po  zakończeniu  ładowania  lub
wyładowania.

Siła elektromotoryczna ogniwa (tabela 1) w bardzo małym stopniu zależy od temperatury,

nie zależy natomiast od liczby, sposobu wykonania i rozmiarów płyt.

W czasie wyładowania ogniwa ołowiowego gęstość elektrolitu oraz jego sem maleje.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 1. Wartości siły elektromotorycznej różnych ogniw [1]

Ogniwo

Sem ogniwa naładowanego

Sem ogniwa wyładowanego

Ołowiowe (kwasowe)

2,125 V przy gęstości elektrolitu
1285 kg/m

(1,285 g/cm

) i temperaturze 20

1,85–1,80 V

Zasadowe żelazowo-niklowe

1,4 V

1,2–1,0 V

Zasadowe kadmowo-niklowe

1,36 V

1,2–1,0 V

Rezystancja wewnętrzna ogniwa R

Rezystancja wewnętrzna ogniwa R

jest sumą rezystancji elementów ogniwa

przewodzących prąd R

i rezystancji polaryzacji R

. Rezystancja R

natomiast jest sumą

rezystancji elektrolitu zawartego zarówno w przestrzeni międzyelektrodowej, jak i w porach
substancji czynnych (zasadnicza część rezystancji wewnętrznej), rezystancji elektrod oraz
pozostałych elementów przewodzących prąd.

Rezystancję wewnętrzną ogniwa (w Ω) można opisać równaniem:

= R

+ R

= R

+ E

Terminem polaryzacja elektrod określa się każdą zmianę potencjałów elektrod, wywołaną

przebiegiem ubocznych procesów zachodzących na powierzchni elektrod w czasie przepływu
prądu.

Rezystancja ogniwa zależy od:

−

wymiarów powierzchni płyt,

−

liczby płyt połączonych równolegle w jednym ogniwie,

−

odstępów między płytami,

−

konstrukcji płyt, mostków i trzpieni biegunowych,

−

rodzaju ogniwa (kwasowe, zasadowe),

−

gęstości i temperatury elektrolitu,

−

stanu naładowania (wyładowania) ogniwa.
Zasadniczą część rezystancji wewnętrznej ogniwa stanowi rezystancja elektrolitu.

W ogniwach  kwasowych,  gdzie  rezystancja  elektrolitu  stanowi  ok.  50%  rezystancji  ogniwa,
istotny  wpływ  na  jej  zmianę  ma  temperatura  i  gęstość  elektrolitu.  Spadek  temperatury
elektrolitu  wywołuje  duży  wzrost  jego  rezystancji,  a  tym  samym  wzrost  rezystancji
wewnętrznej ogniwa.

W ogniwach zasadowych elektrolit nie bierze udziału w reakcjach elektrodowych, więc

jego  gęstość  nie  ulega  dostrzegalnej  zmianie.  Wobec  powyższego,  rezystancja  elektrolitu
ogniwa  zasadowego  nie  zależy  od  stanu  wyładowania  lecz  jedynie  od  jego  temperatury.
Rezystancja  elektrolitu  (wodnego  roztworu  wodorotlenku  potasu  KOH)  ze  wzrostem
temperatury maleje przeciętnie o 2% na stopień.

Rezystancja akumulatora lub baterii n ogniw akumulatorowych R

jest równa sumie

rezystancji wewnętrznych ogniw R

, łączników międzyogniwowych R

łącz

oraz przewodów

przyłączeniowych R

prz

zatem:

= nR

+ (n - 1) R

łącz

+ R

prz

Czynnikiem powodującym wzrost rezystancji wewnętrznej ogniwa w końcowym etapie

ładowania jest wzrost sem polaryzacji. Wobec odmiennego przebiegu zmian rezystancji
w czasie wyładowania i w czasie ładowania ogniwa rozróżnia się rezystancję ogniwa i baterii w
czasie wyładowania R

, R

oraz w czasie ładowania R

wł

, R

Bł

Napięcie ogniwa, akumulatora, baterii ogniw akumulatorowych U

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Napięcie znamionowe ogniwa jest wartością umowną. Odpowiada ono średniej wartości

napięcia między końcówkami biegunowymi w pierwszej fazie powolnego wyładowania ogniwa
i wynosi:

−

= 2 V dla ogniwa ołowiowego,

−

= 1,2 V dla ogniwa kadmowo-niklowego i żelazowo-niklowego.

Napięcie znamionowe akumulatora lub baterii ogniw akumulatorowych jest iloczynem

napięcia znamionowego ogniwa i liczby ogniw połączonych szeregowo.

Oprócz napięcia znamionowego rozróżnia się:

−

napięcie wyładowania U

−

napięcie ładowania U

Zależności między napięciem ogniwa (akumulatora, baterii), jego sem oraz prądem

przepływającym w czasie ładowania (I

) i wyładowania (I

) określają nam następujące wzory:

−

ładowanie ogniwa

= E + I

wł

−

wyładowanie ogniwa

= E - I

−

ładowanie akumulatora, baterii

Bł

= E

+ I

Bł

−

wyładowanie akumulatora, baterii

= E

– I

= nE.

Pojemność elektryczna ogniwa akumulatorowego Q

Pojemność elektryczna Q

jest to ładunek elektryczny, który może być pobrany

z naładowanego ogniwa (akumulatora) w określonych warunkach wyładowania (tzn. przy
określonym prądzie wyładowania I

i określonej temperaturze elektrolitu), aż do osiągnięcia

końcowego napięcia wyładowania. Przy I

= const

= I

Pojemność znamionowa Q

jest to ustalona przez wytwórcę wartość pojemności

elektrycznej, charakteryzująca dane ogniwo lub dany akumulator. Pojemność ta jest
najmniejszą dopuszczalną pojemnością ogniwa (akumulatora), którą powinno mieć, pracując w
warunkach określonych przez producenta (po ładowaniu uruchamiającym i wymaganej liczby
pełnych cykli wyładowań i ładowań). Jako pojemność znamionową ogniw trakcyjnych przyjęto
pojemność 5-godzinną (Q

= Q

), czyli pojemność uzyskaną podczas wyładowania trwającego

5 godzin prądem równym 0,2 Q

do napięcia końcowego U

≈ 1,7 V, przy temperaturze

elektrolitu υ = 30

C i początkowej gęstości elektrolitu 1280 kg/m

. Dla akumulatorów

rozruchowych Q

= Q

, I

= I

= 0,05·Q

, U

= 1,75 V/ogniwo t

= 20 h.

Pojemność rzeczywista nowego sprawnego ogniwa (akumulatora) po kilkunastu pełnych

cyklach wyładowań i ładowań jest zazwyczaj o 10 do 20% większa niż pojemność
znamionowa.

Pojemność ogniwa zależy od:

−

ilości masy czynnej elektrod,

−

porowatości i grubości masy czynnej,

−

powierzchni płyt,

−

wartości prądu wyładowania,

−

temperatury i gęstości elektrolitu,

−

końcowego napięcia wyładowania,

−

ciśnienia atmosferycznego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Maksymalny prąd wyładowania ogniwa lub baterii ogniw

Maksymalny  prąd  wyładowania  ogniwa  określa,  jakie  maksymalne  obciążenie  można
podłączyć  do  tego  źródła  energii.  Z  prawa  Ohma  można  wyznaczyć  minimalną  wartość
rezystancji obciążenia, którą możemy zasilić z danego elektrochemicznego źródła napięcia. Ze
wzrostem  prądu  wyładowania  od  zera  (stan  jałowy)  do  maksymalnej  wartości  napięcie  na
biegunach  baterii  (lub  akumulatora)  maleje.  Zależność  tego  napięcia  od  prądu  wyładowania
nazywamy charakterystyką zewnętrzną źródła U = f(I)

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń:

1. Dlaczego w zastosowaniach przemysłowych najczęściej stosuje się akumulatory

ołowiowe?

2. Czym charakteryzują się akumulatory bezobsługowe?
3. Co jest przyczyną występowania różnicy potencjałów pomiędzy elektrodami ogniwa

akumulatorowego?

4.  Dlaczego w czasie wyładowania akumulatora ołowiowego gęstość elektrolitu maleje?
5.  Jakie czynniki powodują zasiarczenie akumulatora?
6.  Na czym polega proces samowyładowania akumulatora?
7.  Od czego zależy rezystancja wewnętrzna ogniwa?
8.  Co to jest pojemność znamionowa akumulatora?
9.  Od  czego  zależy  napięcie  między  zaciskami  biegunowymi  wyładowanego  i  ładowanego

akumulatora?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj pomiar rezystancji wewnętrznej akumulatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odczytać z tabliczki znamionowej parametry akumulatora,
2)  zaproponować układ pomiarowy do wyznaczania rezystancji wewnętrznej ogniwa,
3)  zaproponować  zakresy  mierników  i  nastawy  rezystorów  przedstawionych  w  układzie

pomiarowym,

4)  połączyć układ pomiarowy,
5)  sporządzić tabelę do wpisywania wyników badań,
6)  zaproponować  wzór  do  wyznaczenia  rezystancji  wewnętrznej  na  podstawie  wyników

pomiarów,

7)  wykonać pomiary dla kilku nastaw rezystora pomiarowego,
8)  obliczyć rezystancję wewnętrzną akumulatora dla każdej nastawy rezystora pomiarowego,
9)  obliczyć  wartość  średnią  rezystancji  wewnętrznej  akumulatora  oraz  określić  dokładność

pomiaru.

Wyposażenie stanowiska pracy:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

tekst przewodni,

−

badany akumulator,

−

zestaw mierników i rezystorów pomiarowych,

−

instrukcje obsługi mierników,

−

przewody połączeniowe,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

długopis, ołówek, linijka.

Ćwiczenie 2

Zbadaj wpływ prądu obciążenia na napięcie baterii ogniw - charakterystyka zewnętrzna

U = f(I).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odczytać z tabliczki znamionowej parametry akumulatora,
2) zaproponować układ pomiarowy do wyznaczania charakterystyki zewnętrznej

akumulatora,

3) zaproponować zakresy mierników i nastawy rezystorów przedstawionych w układzie

pomiarowym,

4)  połączyć układ pomiarowy,
5)  sporządzić tabelę do wpisywania wyników badań,
6)  wykonać pomiary dla kilku nastaw rezystora pomiarowego i wpisać wyniki do tabeli,
7)  narysować, na podstawie wyników pomiarów, charakterystykę zewnętrzną akumulatora,
8)  wyjaśnić przebieg tej charakterystyki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tekst przewodni,

−

badany akumulator,

−

zestaw mierników i rezystorów pomiarowych,

−

instrukcje obsługi mierników,

−

przewody połączeniowe,

−

zeszyt do ćwiczeń i papier milimetrowy,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić podstawowe parametry ogniw i akumulatorów?

2) odczytać z tabliczki znamionowej lub katalogu parametry

akumulatora?

3) podać wzory na napięcie ładowania i wyładowania ogniwa, baterii

ogniw lub akumulatora?

4) wykonać pomiary parametrów i charakterystyk akumulatora?

5) ocenić stan techniczny akumulatora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Ładowanie akumulatorów

4.2.1. Materiał nauczania

Metody ładowania akumulatorów ołowiowych otwartych
Akumulatory można ładować po połączeniu zacisku dodatniego źródła prądu stałego

(prostownika)  z  biegunem  dodatnim  akumulatora,  a  zacisku  ujemnego  źródła  z  biegunem
ujemnym  akumulatora.  Napięcie  źródła  zasilania  powinno  wynosić  2–2,7  V/ogniwo.  Ładując
akumulator  samochodowy  12  V  złożony  z  6  ogniw  powinniśmy  dysponować  źródłem
o napięciu regulowanym  w  granicach  12 V–16,2  V.  Przed włączeniem źródła zasilania należy
wyjąć  korki  z  poszczególnych  ogniw,  aby  umożliwić  swobodny  wylot  gazów  w  czasie
ładowania.

Akumulatory doładowywane w czasie eksploatacji, jak np. akumulatory stacjonarne lub

samochodowe, powinny mieć drożne otwory labiryntowe, znajdujące się w korkach. W czasie
ładowania temperatura elektrolitu powinna się mieścić w granicach 5–40

C. Proces ładowania

powoduje rozgrzewanie się elektrolitu, należy więc temperaturę kontrolować, aby nie
przekroczyła 55

C. W przypadku jej przekroczenia należy przerwać ładowanie lub zmniejszyć

prąd ładowania.

Uwaga! Przekraczanie dopuszczalnych prądów i napięć ładowania określonych w normie

PN-90/E-83007 lub w instrukcjach obsługi akumulatorów ma istotny wpływ na skracanie ich
trwałości użytkowej.

Ładowanie przy stałym prądzie – według charakterystyki I.
Stała wartość prądu przez cały czas ładowania jest utrzymywana przez urządzenie

ładujące o charakterystyce I (rys. 3a). Przebieg ładowania akumulatora przedstawiono na
(rys. 3b). Zalecane maksymalne prądy ładowania są zależne od konstrukcji akumulatora
i proporcjonalne do jego pojemności (patrz tablica 2). B) 0 I

Rys. 3. Ładowanie akumulatora metodą I: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg ładowania

[1]

Zgodnie z normą PN-90/E-83007 maksymalne prądy ładowania akumulatorów metoda I

(według charakterystyki I) o pojemności znamionowej Q

= 100 Ah wynoszą:

−

dla akumulatorów stacjonarnych pancernych (Q

= Q

), dla akumulatorów trakcyjnych

pastowanych i pancernych (Q

= Q

)

I = 0,05 Q

= 5A,

−

dla akumulatorów rozruchowych (Q

= Q

)

I = 0,1 Q

= 10A.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ładowanie metodą I prowadzi się do czasu osiągnięcia stanu pełnego naładowania,

charakteryzującego się stałością napięcia na końcówkach biegunowych z dokładnością do 0,05
V w 3 kolejnych pomiarach wykonywanych w odstępach 1 - godzinnych. Czas ładowania
akumulatora, znajdującego się w dobrym stanie technicznym, prądem I = 0,1 Q

wynosi

12–13 h. Po tym czasie powinno nastąpić automatyczne odłączenie akumulatora co oznaczono
na rys. 3 literą (a).

Ładowanie przy stałym napięciu - według charakterystyki U
Stała wartość napięcia między końcówkami akumulatora jest utrzymywana przez

urządzenie ładujące o charakterystyce U (rys. 4a). Przebieg ładowania przedstawiono na (rys. 4b).

Rys. 4. Ładowanie akumulatora metodą U: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg ładowania

[1]

Ładowanie prowadzi się przy napięciu (2,35±2,4) V/ogniwo z dokładnością ± 2%.

Maksymalną  wartość  prądu  akumulatora  o  pojemności  znamionowej  100  Ah,  w  końcowej
fazie ładowania metodą U, podano w (tabeli 2). Stan pełnego naładowania (dotyczy metody U
oraz  IU)  charakteryzuje  się  stałością  wartości  prądu  ładowania  z  dokładnością  do  0,1  A
w trzech  kolejnych pomiarach przeprowadzonych w odstępach 1-godzinnych. Czas ładowania
wynosi 8÷12 h.

Ładowanie przy malejącym prądzie - według charakterystyki W
Urządzenie ładujące o charakterystyce W (rys. 5a) zapewnia malenie prądu przy

jednoczesnym wzroście napięcia ładowania. Przebieg ładowania przedstawiono na rys. 5b.

Rys. 5. Ładowanie akumulatora metodą W: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg ładowania

[1]

Maksymalne wartości prądu ładowania od początku okresu gazowania I

oraz

końcowego prądu ładowania I

kł

dla akumulatora o pojemności znamionowej Q

= 100 Ah

zestawiono w tabeli 2. Czas ładowania wynosi powyżej 12 h.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 2. Dopuszczalne wartości prądu ładowania na 100 Ah pojemności znamionowej akumulatora [1]

Metoda ładowania

Pojemność

znamionowa

kł

Rodzaj

akumulatora

Konstrukcje

akumulatora

[A h]

[A]

Ołowiowe

otwarte

-trakcyjne

pastowane
i pancerne

-stacjonarne

wielkopo-

wierzchniowe

-stacjonarne

pancerne

-rozruchowe

8,5

3,5

Ołowiowe

zamknięte

-rozruchowe

bezobsługowe

(przy

=12V,

max

=14,4

―

Ładowanie dwustopniowe przy stałym prądzie i przy stałym napięciu – według

charakterystyki IU.

Urządzenie ładujące o tej charakterystyce (rys. 6a) zapewnia w pierwszym stopniu

ładowania stałą wartość prądu ładowania do chwili osiągnięcia napięcia gazowania, w drugim
stopniu – stałe napięcie. Pozostałe warunki ładowania metoda IU w drugim stopniu pokrywają
się z metodą U.

Rys. 6. Ładowanie akumulatora metodą IU: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg

ładowania [1]

Norma PN-90/E-83007 nie ogranicza wartości prądu ładowania do chwili osiągnięcia

napięcia gazowania (2,4 V/ogniwo) pod warunkiem utrzymania temperatury elektrolitu poniżej
maksymalnej. Natomiast producenci ograniczają wartość tego prądu np. do 0,2Q

. Czas

ładowania wynosi powyżej 12 h.

Ładowanie trójstopniowe przy stałym prądzie, stałym napięciu i ponownie przy stałym

prądzie – według charakterystyki IUIa.

Urządzenie ładujące o charakterystyce IUIa (rys. 7a) zapewnia w pierwszym stopniu stałą

wartość prądu ładowania do chwili osiągnięcia napięcia gazowania, w drugim – stałe napięcie
do czasu, aż prąd ładowania zmaleje do wartości podanych w dla metody I (z wyłączeniem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

akumulatorów  rozruchowych).  W  ostatnim  stopniu  ładowania  wartość  tego  prądu  jest
utrzymywana  do  chwili  wystąpienia  oznak  stanu  pełnego  naładowania  dla  metody  I,  po  czym
następuje  automatyczne  wyłączenie  urządzenia  –  (a)  na  rys.  5b.  Dla  akumulatorów
rozruchowych  ładowanych  metodą  IUIa prąd ostatniego (trzeciego) stopnia ładowania należy
ograniczyć do 0,05Q

Rys. 7. Ładowanie akumulatora metodą IUIa: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg

ładowania [1]

UWAGA! Akumulatory ołowiowe bezobsługowe należy ładować metodami IU lub W.

Początkowy prąd ładowania wg PN-90/E-83007 nie powinien przekraczać wartości 0,2Q

Napięcie ładowania nie powinno przekraczać 2,4 V/ogniwo.

Rodzaje ładowania akumulatorów ołowiowych
Formowanie, czyli ładowanie mające na celu wytworzenie masy czynnej lub aktywizację

masy  czynnej  w  płytach,  związane  jest  z  uruchamianiem  jedynie  akumulatorów  suchych,  nie
ładowanych  i  nie  formowanych.  Akumulatory  takie,  wykonane  według  „standardu  B”  są
obecnie produkowane przez nielicznych wytwórców. Formowanie należy prowadzić zgodnie z
instrukcją  producenta  akumulatorów.  Instrukcja  informuje  o  gęstości  elektrolitu,  którym
należy  zapełnić  akumulator  oraz  o  zalecanym  czasie  nasiąkania  płyt,  po  którym  należy
uzupełnić  poziom  elektrolitu  i  rozpocząć  ładowanie.  Przy  prądach  w  pierwszej  fazie  nie
przekraczających 0,1 Q

i w drugiej fazie nie przekraczających 0,05 Q

, czas ładowania może

przekroczyć  200  h.  Jeżeli  po  nasiąknięciu  płyt  temperatura  elektrolitu  utrzyma  się  powyżej
dopuszczalnej  wartości  (np.  60°C  -  wg  instrukcji  formowanego  akumulatora),  to  należy
przystąpić  do  ładowania  prądem  o  dużo  mniejszej  wartości.  Ładunek  dostarczany  do
akumulatora  w czasie formowania osiąga wartość 12 Q

Ładowanie pierwsze przeprowadza się w celu uruchomienia akumulatora suchego nie

ładowanego (normalnego), którego masa czynna została już uformowana w procesie produkcji
płyt. Ładowanie pierwsze przeprowadza się metodą I. Dla akumulatorów samochodowych
zalecany instrukcjami prąd pierwszego ładowania wynosi 0,05 Q

przez około 70 h, do

osiągnięcia stanu pełnego ładowania. Nie zaleca się w ciągu pierwszych 48 h przerywać
ładowania. Jeżeli w czasie ładowania temperatura elektrolitu przekroczy wartość określoną
instrukcją (np. 40ºC), to prąd ładowania należy zmniejszyć.

Akumulatory suchoładowane, zestawione z płyt już uformowanych, poddanych specjalnej

obróbce  elektrochemicznej,  nie  wymagają  ładowania.  Akumulatory  te  –  oznaczone  literą  S  –
po  napełnieniu  elektrolitem  o  gęstości  1280  kg/m³  i  wstępnym  nasiąknięciu  masy  czynnej
w czasie  30÷60  minut  są  gotowe  do  użytku.  Instrukcje  obsługi  akumulatorów
suchoładowanych  informują  o  konieczności  przeprowadzenia  „pierwszego  ładowania”,  jeżeli
od daty produkcji akumulatora minęło więcej niż 6 miesięcy lub akumulator w pierwszej fazie
eksploatacji  nie  zostanie  dodatkowo  doładowany.  Zalecany  prąd  ładowania  wynosi  0,1  Q

czas ładowania 4÷10 h.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ładowanie akumulatorów łączonych szeregowo można prowadzić tak, jak pojedynczego

akumulatora  –  pod  warunkiem,  że  ich  pojemności  znamionowe  i  stopień  wyładowania  będą
jednakowe. Ładując akumulatory o różnej pojemności nie wolno przekroczyć dopuszczalnego
prądu  ładowania  akumulatora  o  najmniejszej  pojemności.  Akumulatory  o  różnym  stopniu
wyładowania  (określonym  na  podstawie  zmierzonej  areometrem  gęstości  elektrolitu)  należy
podzielić na grupy w zależności od stopnia wyładowania. W czasie ładowania należy odłączyć
grupy lub pojedyncze akumulatory, które zostały naładowane.

Ładowanie akumulatorów łączonych równolegle jest dopuszczalne tylko w tym

przypadku,  gdy  w  każdej  gałęzi  liczba  akumulatorów  lub  ogniw  jest  jednakowa,  są  one  tego
samego  typu,  mają  jednakowe  napięcia  i  pojemności  znamionowe.  Akumulatory  o  różnych
pojemnościach  znamionowych  lub  różnym  stanie  naładowania  wolno  łączyć  równolegle  tylko
przy  stosowaniu  ładowania  metodą  IU,  nie  dopuszczając  do  przekroczenia  napięcia
gazowania. Po naładowaniu akumulatorów należy gałęzie równolegle niezwłocznie rozłączyć.

Ładowanie konserwacyjne przy stałym napięciu należy prowadzić przy 2,23 V/ogniwo ± 2%.

Przy takim napięciu ładowania prąd ładowania akumulatora powinien wynosić 40÷100mA na
100 A·h, przy temperaturze elektrolitu 20÷25ºC.

Ładowanie wyrównawcze to ładowanie małym prądem ( Ił ≤ 0,05Q

) w celu wyrównania

stanu naładowania wszystkich ogniw akumulatora lub baterii ogniw akumulatorowych.
W czasie ładowania doprowadza się do akumulatora ładunek Q

= 2 ÷3 Q

, pomimo

wystąpienia oznak pełnego naładowania; następuje wtedy szkodliwe przeładowanie
akumulatora, lecz niezbędne w celu pełnego naładowania wadliwych ogniw akumulatora, które
np. szybciej ulegają samowyładowaniu, co może doprowadzić do ich zasiarczenia i zniszczenia.

Doładowanie to ładowanie akumulatora częściowo naładowanego. Doładowanie można

prowadzić jedną z wcześniej opisanych metod ładowania.

Podładowanie jest przyspieszonym ładowaniem akumulatora stosowanym wyłącznie

w przypadkach awaryjnych, np. metodą U przy napięciu 2,4 V/ogniwo. Prąd ładowania wynosi
początkowo 0,9Q

, po czym maleje. Temperatura elektrolitu nie może przekroczyć 55ºC.

Stopień naładowania akumulatora (tabela 3) można określić na podstawie gęstości

elektrolitu, zmierzonej za pomocą areometru (kwasomierza).

Tabela 3. Zależność między stopniem naładowania i gęstością elektrolitu rozruchowego [1]
Stopień naładowania

100

Gęstość elektrolitu

kg/m³

1285

1240

1190

1114

1120

Zasady ładowania i wyładowania akumulatorów kadmowo-niklowych
Akumulatory kadmowo-niklowe otwarte (wyposażone w korek wlewowy, wyjmowany

przed ładowaniem) można ładować metodą I oraz metodą U. Zalecany prąd ładowania metodą
I akumulatorów (ogniw) normalnooporowych wynosi 0,25 Q

natomiast

niskooporowych 0,2 Q

(20  Ah  pojemności  znamionowej).  Akumulatory  uważa  się  za  w  pełni  naładowane,  jeżeli
doprowadzono do nich ładunek elektryczny 1,4÷1,6-krotnie większy w stosunku do uprzednio
wybranego  (wg  PN-90/E-83007)  ponieważ  akumulatory  zasadowe  nie  wykazują  oznak
pełnego  naładowania.  W  czasie  ładowania  napięcie poszczególnych  ogniw  wzrasta od  1,4  do
1,8  V.  Czas  ładowania  prądem  0,2  Q

wynosi 7 h. Ładowanie metodą U należy prowadzić

przy napięciu 1,40÷1,45 V/ogniwo ±2%, nie dopuszczając do przekroczenia maksymalnego
prądu ładowania równego 1,0 Q

Ładowanie konserwacyjne należy prowadzić przy napięciu 1,38÷1,45 V/ogniwo. Prąd

ładowania nowych akumulatorów w temp. 20 ÷ 25ºC mieści się w przedziale 20÷60 mA na
100 Ah pojemności znamionowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Akumulatory szczelnie zamknięte należy ładować metodą I, prądem 0,1 Q

przez 16 h.

Przy ładowaniu tych akumulatorów metodą U należy prąd na początku ładowania ograniczyć
do 0,1 Q

(do 10A na 100 Ah pojemności znamionowej).

W czasie ładowania akumulatorów kadmowo-niklowych otwartych oraz szczelnie

zamkniętych temperatura elektrolitu (dotyczy akumulatorów otwartych) oraz obudowy nie
powinna przekraczać 35ºC.

Akumulatornie

Duże baterie akumulatorów eksploatuje się w specjalnych pomieszczeniach, zwanych

akumulatorniami.  W  akumulatorniach  najczęściej  ustawia  się  akumulatory  ołowiowe  otwarte.
Podłoga,  ściany,  sufit  akumulatorni  powinny  być  odporne  na  działanie  kwasu  siarkowego.
Osiąga  się  to,  stosując  odpowiednią  posadzkę  oraz  pokrywając  ściany  i  sufit  farbą
kwasoodporną.  Sufit  akumulatorni  nie może  być pokryty  tynkiem wapiennym,  ze  względu na
możliwość jego odpadania i zanieczyszczenia otwartych ogniw.

Wejście do akumulatorni powinno prowadzić przez przedsionek lub bezpośrednio

z zewnątrz. Obok akumulatorni powinna znajdować się kwasownia, w której przechowuje się
kwas siarkowy, wodę destylowaną, zapasowe naczynia, płyty itd.

W akumulatorni nie wolno instalować żadnej aparatury elektrycznej poza akumulatorami

i związanymi z nimi przewodami oraz specjalnie przystosowaną instalacją oświetleniową.
Oprawy oświetleniowe powinny być szczelne, przewody doprowadzające – kabelkowe
obołowione. Wyłączniki, puszki rozgałęźne powinny być umieszczone poza akumulatornią.

Ze względu na wydzielenie z akumulatorów podczas ich ładowania wodoru i tlenu,

akumulatornia powinna mieć dobrą wentylację. Gazy powinny być odprowadzone co najmniej
dwoma kanałami wentylacyjnymi (jeden z wylotami na poziomie podłogi, drugi z wylotami pod
sufitem, tak aby odprowadzić zarówno lekki wodór, jak i ciężkie opary kwasu siarkowego).
Temperatura w akumulatorni powinna wynosić 10 ÷ 30ºC.

Warunki bhp przy obsłudze akumulatorów
Obsługa akumulatorów kwasowych polega na kontroli stanu ich naładowania przez

pomiar napięcia i pomiar gęstości elektrolitu, jak również na kontroli poziomu elektrolitu i jego
uzupełnianiu. Ponadto sporządza się elektrolit z kwasu siarkowego stężonego i wody
destylowanej oraz ewentualnie wymienia płyty w ogniwach otwartych.

Kwas siarkowy stężony i jego roztwory grożą poparzeniem ciała i stwarzają szczególne

zagrożenie dla oczu. Manipulacji z elektrolitem lub kwasem siarkowym należy dokonywać
w okularach ochronnych, w rękawicach i fartuchu kwasoodpornym.

UWAGA! Jeżeli sporządza się elektrolit dysponując stężonym kwasem siarkowym, to

należy pamiętać, aby wlewać kwas do wody cienkim strumieniem – nigdy odwrotnie, gdyż
grozi to poparzeniem rozpryskującym się kwasem.

W celu uzyskania 4 litrów elektrolitu o gęstości np. 1240 kg/m³ ze stężonego kwasu

siarkowego o gęstości 1834 kg/m³ należy wlać 1 litr kwasu do 3,12 litrów wody destylowanej.
Przed wlaniem elektrolitu do akumulatora należy zmierzyć jego gęstość za pomocą areometru i
dokonać korekty gęstości, dolewając do elektrolitu wody destylowanej lub kwasu siarkowego.

W przedsionku akumulatorni powinien znajdować się kran wodociągowy, umożliwiający

natychmiastowe obmycie miejsc na skórze poplamionych kwasem siarkowym.

Ołów jest metalem o właściwościach trujących, dlatego też po manipulacjach z ołowiem

należy starannie umyć ręce. Szczególnie szkodliwe może być spożywanie posiłków bez
uprzedniego umycia rąk.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Elektrolit w akumulatorach zasadowych ma w właściwości żrące. W razie poplamienia

skóry należy poplamione miejsce umyć możliwie szybko wodą lub roztworem kwasu bornego.

Do akumulatorni nie wolno wchodzić z otwartym ogniem. Zabronione jest palenie

papierosów.
W czasie ładowania akumulatorów szczególnie starannie należy dbać o skuteczną wentylację
akumulatorni.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaki wpływ na stan techniczny akumulatora ma przekraczanie dopuszczalnych prądów

i napięć ładowania?

2. Jakimi metodami ładujemy akumulatory ołowiowe otwarte?
3. Jakimi właściwościami powinno charakteryzować się urządzenie przeznaczone do

ładowania akumulatorów metodą IUIa?

4.  Na czym polega formowanie akumulatorów kwasowych?
5.  W jaki sposób należy ładować akumulatory kadmowo-niklowe szczelnie zamknięte?
6.  Dlaczego prace przy obsłudze akumulatorów należy wykonywać w okularach ochronnych,

w rękawicach i fartuchu kwasoodpornym?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dobierz liczbę ogniw i pojemność znamionową rozruchowego akumulatora ołowiowego

do określonych warunków obciążenia oraz przedstaw harmonogram działań związanych
z ładowaniem tego akumulatora ołowiowego określoną metodą.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z wartościami minimalnymi prądu i napięcia obciążenia,
2) określić liczbę ogniw akumulatora na podstawie znajomości napięcia końcowego

wyładowania pojedynczego ogniwa,

3) dobrać pojemność Q

akumulatora do prądu pobieranego przez obciążenie,

4)  obliczyć zakres regulacji napięcia źródła, z którego ładowany jest akumulator,
5)  określić poziom stężenia i zakres dopuszczalnych temperatur elektrolitu,
6)  obliczyć zakresy zmian prądów i napięć ładowania odpowiadających danej metodzie,
7)  ustalić czas ładowania akumulatora,
8)  podać sposób weryfikacji stanu pełnego naładowania akumulatora.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tekst przewodni,

−

dane techniczne akumulatorów,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

długopis.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić metody ładowania akumulatorów?

2) dobrać podstawowe parametry akumulatorów do określonych warunków

pracy?

3) odczytać parametry akumulatora na podstawie oznaczeń podanych na

obudowie akumulatora?

4) wyznaczyć zakresy zmian prądu i napięcia ładowania dla określonej

metody i danego akumulatora?

5) określić warunki ładowania akumulatora?

6) przedstawić zasady bhp, które należy przestrzegać podczas wykonywania

określonych czynności obsługowych akumulatora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Badanie prądnic prądu stałego

4.3.1. Materiał nauczania

Zasada działania prądnicy prądu stałego
Zasadę działania prądnicy najlepiej rozpatrywać w oparciu o model elementarny,

składający się z jednego zwoju obracającego się między dwoma biegunami magnesu. Początek
i koniec zwoju są połączone z dwoma pierścieniami ślizgowymi, po których ślizgają się
szczotki odprowadzające prąd do zamkniętego obwodu zewnętrznego (rys. 8).

Rys. 8. Elementarny model prądnicy prądu przemiennego: 1, 2 – boki zezwoju, 3 – odbiornik, 4

–

szczotki,

5 – pierścienie ślizgowe [3]

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to

w jego bokach o długości l indukuje się Sem o wartości:

sin

⋅

i kierunku zgodnym z regułą prawej dłoni.

Dla uproszczenia rozważmy przypadek szczególny, gdy pole magnetyczne jest jednorodne

i przewody (boki zezwoju) poruszają się ruchem jednostajnym postępowym.

Jeżeli obwód tego zwoju będzie zamknięty (przez szczotki i pierścienie ślizgowe), to

popłynie w nim prąd o kierunku zgodnym ze zwrotem indukowanej siły elektromotorycznej.
Zgodnie ze wzorem Sem podczas jednego obrotu zwoju będzie miała w tym wypadku przebieg
jednego okresu sinusoidy. Jak widać, w tak skonstruowanej elementarnej prądnicy napięcie nie
ma stałej wartości i jego kierunek również się zmienia w czasie jednego obrotu zwoju.
Napięcie odbierane na szczotkach jest więc napięciem przemiennym.

Jeżeli w analizowanej prądnicy dwa pierścienie zastąpimy dwoma półpierścieniami rys. 9, po

których ślizgają się szczotki, to zauważymy, że szczotka górna zawsze zbiera napięcie z boku
znajdującego się pod biegunem N, a szczotka dolna z boku znajdującego się nad biegunem S.
Tak więc na szczotkach będzie zawsze napięcie jednokierunkowe. Wspomniane pierścienie
tworzą komutator, a jeden półpierścień stanowi wycinek komutatora. Zatem w modelu na (rys. 9)
mamy komutator dwuwycinkowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9. Elementarny model prądnicy prądu stałego: 1, 2 – boki zezwoju, 3 – szczotki, 4

–

półpierscienie [3]

Wprowadzając zamiast pierścieni komutator dwuwycinkowy, udało się wprawdzie

otrzymać napięcie jednokierunkowe (sinusoida wyprostowana), ale nie jest to jeszcze napięcie
stałe.

Aby otrzymać napięcie o dostatecznej równomierności, w polu biegunów umieszcza się

nie  jeden  zwój,  ale  wiele  zwojów,  z  których  każdy  łączy  się  z  odpowiednim  wycinkiem
komutatora.  Na  rys.  10  pokazano  przebieg  Sem  w  każdym  zezwoju,  a  pogrubioną  linią
zaznaczono przebieg Sem na szczotkach. Widać, że zwiększenie liczby wycinków komutatora
wpływa na to, że przebieg napięcia odbieranego z prądnicy jest bardziej równomierny. Już przy
kilkunastu, a tym bardziej przy kilkudziesięciu wycinkach komutatora wahania napięcia są tak
nieznaczne,  że  praktycznie  nie  odgrywają  żadnej  roli.  Otrzymany  w ten  sposób  prąd  o
dostatecznej równomierności, nazywamy prądem stałym.

Rys. 10. Przebieg napięcia na szczotkach przy dwóch zezwojach i czterech wycinkach komutatora [3]

Budowa prądnicy prądu stałego
Prądnica prądu stałego, jak każda maszyna prądu stałego, składa się z dwóch

podstawowych części: nieruchomego stojana i wirującego wirnika.

Stojan najczęściej jest magneśnicą wytwarzającą pole magnetyczne. W skład

nieruchomego  stojana  wchodzą następujące elementy: jarzmo, bieguny główne z uzwojeniem
wzbudzającym,  bieguny  pomocnicze  (komutacyjne)  z  uzwojeniem,  tarcze  łożyskowe
i trzymadła szczotkowe. Jarzmo stojana, będące najczęściej odlewem żeliwnym lub staliwnym,
spełnia  dwie  role:  jednocześnie  jest  częścią  obwodu  magnetycznego  i  elementem
konstrukcyjnym  spełniającym  rolę  kadłuba,  do  którego  są  przymocowane  pozostałe elementy
wchodzące w skład stojana.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 11. Maszyna prądu stałego – szkic: 1 – twornik, 2

–

jarzmo stojana, 3 – biegun główny, 4 – nabiegunnik,

5 – biegun komutacyjny, 6 – uzwojenie wzbudzajace, 7 – uzwojenie biegunów komutacyjnycyh, 8 – uzwojenie

twornika, 9 – komutator, 10 – szczotki [3]

W maszynach prądu stałego, z wyjątkiem małych maszyn, pole magnetyczne jest

wytwarzane  przez  elektromagnes,  którego  uzwojenie  jest  umieszczone  na  biegunach
głównych.  Pole  magnetyczne  w  rdzeniu  bieguna  jest  praktycznie  stałe,  ale  w  nabiegunniku
występuje  pewna  pulsacja  strumienia  spowodowana  przez  otwarte  żłobki  wirnika.  Z  tego
względu  nabiegunniki  i  rdzenie  biegunów,  aby  zmniejszyć  straty  wiroprądowe,  wykonuje  się
z pakietu  blach.  Nabiegunnik  bieguna  głównego  jest  zwykle  dość  szeroki  i  zajmuje  około
2/3 podziałki  biegunowej.  Prawie  wszystkie  maszyny  komutatorowe,  z  wyjątkiem  maszyn
małej mocy, są wyposażone w bieguny pomocnicze.

Bieguny pomocnicze są elektromagnesami, których uzwojenie jest umieszczone na litym,

rzadziej pakietowanym, rdzeniu stalowym. Uzwojenie tych biegunów jest zawsze połączone
szeregowo z uzwojeniem twornika.

Twornikiem wytwarzającym Sem jest najczęściej wirnik. W jego skład wchodzą: rdzeń

wykonany ze względu na prądy wirowe z pakietu blach, uzwojenie twornika umieszczone
w żłobkach rdzenia oraz komutator.

Podstawowe wielkości i układy połączeń w maszynach prądu stałego

Zasada działania maszyny prądu stałego nie ulega zmianie niezależnie od tego, jak jest

wytwarzane pole magnetyczne w maszynie. Najczęściej pole magnetyczne jest wytwarzane
przez elektromagnesy, których uzwojenie jest zasilane prądem stałym zwanym prądem
wzbudzenia. Stąd w maszynach prądu stałego można mówić o trzech prądach Są to:

−

prąd twornika I

−

prąd wzbudzenia I

−

prąd obciążenia I (oddawany do sieci lub pobierany z sieci).
Ponadto, podstawowymi wielkościami opisującymi maszynę prądu stałego są:
U – napięcie twornika (wytwarzane w prądnicy),
R

– rezystancja obwodu twornika,

– rezystancja obwodu wzbudzenia,

E – siła elektromotoryczna indukowana w tworniku,
n – prędkość wirowania wirnika,
M – moment elektrodynamiczny.
Maszyna, w której pole magnetyczne jest wytwarzane przez elektromagnes, może być

maszyną obcowzbudną lub samowzbudną. Maszyną obcowzbudną nazywamy taką maszynę, w
której uzwojenie wzbudzające jest zasilane z oddzielnego źródła (innego niż uzwojenie
twornika). Maszyną samowzbudną nazywamy taką maszynę, w której uzwojenie wzbudzające

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jest zasilane z tego samego źródła co uzwojenie (w przypadku prądnic jest to napięcie
twornika).

Rys. 12. Schematy połączeń uzwojeń twornika i uzwojeń wzbudzających maszyny prądu stałego:

a) obcowzbudnej, b) bocznikowej, c) szeregowej, d) szeregowo-bocznikowej [3]

W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego i uzwojenia twornika,

rozróżnia się maszyny samowzbudne:

−

bocznikowe, w których uzwojenie wzbudzające jest połączone równolegle z uzwojeniem
twornika,

−

szeregowe, w których uzwojenie wzbudzające jest połączone szeregowo z uzwojeniem
twornika,

−

szeregowo-bocznikowe, w których uzwojenie wzbudzające składa się z dwóch części,
z których jedna jest połączona szeregowo, a druga równolegle z uzwojeniem twornika.
Najczęściej końcówki wszystkich uzwojeń znajdujących się w maszynie są wyprowadzone

na tabliczkę zaciskową, znajdującą się na obudowie maszyny. Oprócz uzwojenia twornika i
uzwojenia wzbudzającego w wielu maszynach prądu stałego znajdują się tzw. uzwojenia
pomocnicze. Są to uzwojenia:

−

biegunów komutacyjnych,

−

kompensacyjne.
Oznaczenia końcówek uzwojeń maszyn prądu stałego przedstawiono w tablicy 4.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 4. Oznaczenia zacisków uzwojeń maszyn prądu stałego [3]

Rodzaj

uzwojenia

Oznaczenie

obowiązujące

stosowane

dawniej

forma bardziej złożona

Uzwojenie
twornika

A1 A2

A B

Uzwojenie
biegunów
komutacyjnych

B1 B2

G H

1B1 1B2

2B1 2B2

Uzwojenie biegunów komutacyjnych

w 2 sekcjach z 4 zaciskami

Uzwojenie
kompensacyjne

C1 C2

1C1 1C2

2C1 2C2

Uzwojenie kompensacyjne w 2sekcjach z

4 zaciskami

Uzwojenie
wzbudzające
szeregowe

D1 D2

E F

Uzwojenie wzbudzające szeregowe
z 2 odgałęzieniami i z 4 zaciskami

Uzwojenie
wzbudzające
bocznikowe

E1 E2

C D

Uzwojenie
obcowzbudne

F1 F2

I K

F1 F2

F5 F6

Uzwojenie obcowzbudne przeznaczone

do szeregowego lub równoległego

połączenia z 4 zaciskami

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W jednej maszynie możemy spotkać trzy rodzaje uzwojeń. Są to:

−

uzwojenie biegunów głównych,

−

uzwojenie biegunów komutacyjnych,

−

uzwojenie twornika.
Uzwojenie biegunów głównych jest uzwojeniem wzbudzającym. Jego zadaniem jest

wytworzenie głównego pola magnetycznego w maszynie. Uzwojenia biegunów wykonane są
zawsze tak samo, w postaci cewki nałożonej na biegun. Jeżeli pole magnetyczne w maszynie
jest wytworzone przez magnes trwały, to nie ma w niej uzwojenia wzbudzającego.

Uzwojenie biegunów komutacyjnych służy do poprawy warunków pracy maszyny.

Wykonane jest podobnie do uzwojenia biegunów głównych. Nie występuje w maszynach małej
mocy.

Uzwojenie twornika jest umieszczone w wirniku. Od sposobu wykonania tego uzwojenia

zależy wartość napięcia w prądnicy. Uzwojenia te są dość różnorodne i złożone.

Prądnice prądu stałego

Prądnice prądu stałego są obecnie coraz rzadziej stosowane, gdyż wypierają je statyczne

przetwornice tyrystorowe o większej sprawności. Pracę każdej prądnicy w sposób
jednoznaczny określają następujące wielkości:
U – napięcie twornika,
I(P) – prąd (moc) obciążenia,
I

– prąd wzbudzenia,

n – prędkość obrotowa.

Właściwości ruchowe prądnic najczęściej określa się za pomocą charakterystyk,

podających związki między wymienionymi wielkościami. Ze względu na niewielką zmienność
prędkości silników napędowych można uznać, że prądnice pracują przy praktycznie stałej
prędkości, dlatego charakterystyki są sporządzane przy n = const. Są to:

−

charakterystyka biegu jałowego E = f(I

) przy n = const; I

= 0

−

charakterystyka obciążenia

U = f(I

) przy n = const; I = const

−

charakterystyka zewnętrzna

U = f(I) przy n = const; I

= const

−

charakterystyka regulacyjna

= f(I) przy n = const; U = const

Prądnice prądu stałego, ze względu na różne sposoby wzbudzenia dzieli się na

obcowzbudne i samowzbudne: bocznikowe, szeregowo-bocznikowe i szeregowe.

Każda z prądnic ma inne właściwości ruchowe, a więc ich charakterystyki różnią się nieco

między sobą. Charakterystyką identyczną dla wszystkich prądnic jest charakterystyka biegu
jałowego. Podaje ona zależność napięcia na U na zaciskach maszyny od prądu wzbudzenia I

stanie jałowym (I = 0) przy stałej prędkości obrotowej (n = const):

= E

= f(I

) przy I = 0, n = const

Charakterystyka biegu jałowego jest szczególnym przypadkiem rodziny charakterystyk

obciążenia. Przebieg jej odpowiada charakterystyce magnesowania Φ = f(I) obwodu
magnetycznego maszyny, ponieważ

E = cBlv = c

Istotne znaczenie w pewnych przypadkach (np. wzbudzania się prądnicy samowzbudnej) ma
widoczne z krzywej biegu jałowego tzw. napięcie remanentu E

, indukowane przez strumień

pozostałości magnetycznej. Jeżeli maszyna jest zasilana prądem wzbudzenia po raz pierwszy
po wyprodukowaniu lub całkowitym rozmagnesowaniu, to napięcie remanentu jest równe zeru

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i charakterystyka wychodzi z początku układu współrzędnych. Zwykle jednak występuje
strumień pozostałości magnetycznej (remanentu) i dlatego już przy prądzie wzbudzenia
równym zeru występuje napięcie remanentu E

. Podobnie jak charakterystyka magnesowania,

tak i charakterystyka biegu jałowego, ma pętlę histerezy.

Napięcie remanentu wynosi 2÷5% napięcia znamionowego i warunkuje ono działanie

prądnicy samowzbudnej. Często zdarza się, że maszyna nie użytkowana przez dłuższy czas
traci magnetyzm szczątkowy.

Porównanie prądnic prądu stałego
Prądnica obcowzbudna jest maszyną, w której obwód wzbudzenia jest zasilany z obcego

źródła jak na rysunku 13.

Rys. 13. Schemat połączeń prądnicy obcowzbudnej [3]

Jedną z najbardziej przydatnych w eksploatacji charakterystyk jest charakterystyka

zewnętrzna U = f(I) przy n = const i I

= const. Pokazuje ona, jak zmienia się napięcie na

zaciskach prądnicy w funkcji prądu obciążenia od stanu jałowego do zwarcia.

Rys. 14. Charakterystyka zewnętrzna prądnicy obcowzbudnej [3]

Fragment tej zmiany od biegu jałowego do obciążenia znamionowego nazywamy

zmiennością napięcia i określamy wzorem:

−

⋅

100%

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dla prądnic obcowzbudnych zmienność napięcia nie przekracza 5 ÷ 10%. Wartością

charakterystyczną tej charakterystyki jest prąd zwarciowy, który dla prądnic obcowzbudnych
osiąga wartość 15 ÷ 20 I

. Aby napięcie na zaciskach obciążonej prądnicy pozostało stałe,

należy regulować prąd wzbudzenia według charakterystyki regulacyjnej przy U = const
i n = const.

W prądnicy bocznikowej uzwojenie wzbudzające jest połączone równolegle z uzwojeniem

twornika. Proces wzbudzania tej prądnicy jest następujący. Magnetyzm szczątkowy pozwala
na indukowanie się w tworniku, przy napędzaniu wirnika, napięcia E

. Pod wpływem tego

napięcia płynie w uzwojeniu wzbudzającym prąd I

. Który wytwarza strumień magnetyczny.

Jeżeli  wytworzony  strumień  jest  zgodny  z  tym  szczątkowym,  to  maszyna  wzbudzi  się  do
pełnego  napięcia.  Kierunek  strumienia  wytworzonego  przez  prąd  wzbudzenia  zależy  od
zwrotu    napięcia  E

i sposobu przyłączenia uzwojenia E1-E2 do zacisków A1 - A2, a zwrot

napięcia E

zależy od kierunku wirowania i kierunku strumienia szczątkowego. Jeżeli więc

zmieni się kierunek prędkości lub nieprawidłowo przyłączy się uzwojenie wzbudzające, to
maszyna się rozmagnesuje.

Proces samowzbudzania się prądnicy bocznikowej trwa do chwili, gdy wartość napięcia

i prądu wzbudzenia I

ustala się w tym punkcie, gdzie krzywa U = f(I) i prosta RI się

przecinają. W zależności od rezystancji w obwodzie wzbudzenia R

prądnica wzbudzi się do

odpowiedniego napięcia.

Rys. 15. Samowzbudzanie się prądnicy bocznikowej [3]

Z powyższego wynika, że przyczyną niewzbudzania się prądnicy bocznikowej może być:

−

brak magnetyzmu szczątkowego,

−

niewłaściwy kierunek wirowania,

−

niewłaściwe połączenie obwodu wzbudzenia z obwodem twornika,

−

przerwa w obwodzie wzbudzenia lub twornika,

−

zbyt duża rezystancja obwodu wzbudzenia.
Charakterystykę zewnętrzną pokazano na rys. 16.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 16. Charakterystyka zewnętrzna prądnicy: bocznikowej – 1, obcowzbudnej – 2 [3]

Wartością charakterystyczną jest tu prąd maksymalny I

, który nie przekracza 2÷3 krotnej

wartości prądu znamionowego, a prąd zwarciowy jest zwykle mniejszy od prądu
znamionowego i zależy od E

. Zmienność napięcia prądnicy bocznikowej jest znacznie

większa niż prądnicy obcowzbudnej i wynosi 15÷25%
Pozostałe charakterystyki są podobne jak w prądnicy obcowzbudnej.

W prądnicy szeregowej uzwojenie wzbudzające jest połączone szeregowo z uzwojeniem

twornika. Prąd obciążenia tej prądnicy jest jednocześnie prądem wzbudzenia i napięcie silnie
zależy od prądu obciążenia. Jest to niekorzystne i dlatego prądnice szeregowe nie znajdują
zastosowania.

Zaletą prądnicy bocznikowej w porównaniu z obcowzbudną jest to, że nie wymaga ona

oddzielnego źródła do zasilania obwodu wzbudzenia, natomiast wadą jej jest silne zmniejszanie
się  napięcia  przy  wzroście  obciążenia.  Wadę  tę  można  wyeliminować  wprowadzając  oprócz
uzwojenia bocznikowego drugie uzwojenie wzbudzające, połączone szeregowo z twornikiem,
a  zasilane  w  taki  sposób,  aby  obydwa  przepływy  były  zgodne.  Decydujący  wpływ  na
właściwości  maszyny  ma  zwykle  przepływ  uzwojenia  bocznikowego,  który  w  większości
maszyn  jest  znacznie  większy  od  przepływu  szeregowego,  zwanego  dozwojeniem.  Prądnicę
taką  nazywamy  szeregowo-bocznikową  lub  dozwojoną.  Przez  odpowiedni  dobór  liczby
zwojów  uzwojenia  szeregowego  uzyskuje  się  taki  wzrost  strumienia  ze  wzrostem  prądu
obciążenia,  że  napięcie  na  zaciskach  pozostaje  prawie  stałe.  Gdyby  uzwojenie  szeregowe
zostało  połączone  nieprawidłowo,  strumień  magnetyczny  zmniejszałby  się  silnie  ze  wzrostem
obciążenia i charakterystyka obciążenia byłaby silnie opadająca.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega indukowanie się Sem w prądnicach prądu stałego?
2.  Z jakich podstawowych elementów zbudowana jest prądnica prądu stałego?
3.  Który  element  najczęściej  spełnia  rolę  twornika,  a  który  magneśnicy  w  prądnicach  prądu

stałego?

4.  Co to jest prąd wzbudzenia, prąd twornika i prąd obciążenia prądnicy?
5.  Jakimi literami oznaczamy końcówki uzwojeń prądnicy?
6.  Jakie znasz rodzaje prądnic prądu stałego?
7.  Jakie charakterystyki określają właściwości ruchowe prądnic?
8.  Jakie wielkości w sposób jednoznaczny określają pracę prądnicy?
9.  Jakie mogą być przyczyny niewzbudzania się prądnicy bocznikowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj rodzaj prądnicy prądu stałego i sposób jej podłączenia do sieci na podstawie

oznaczeń na tabliczce zaciskowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  rozpoznać po oznaczeniach na tabliczce zaciskowej rodzaj prądnicy,
2)  ustalić, do jakich uzwojeń prądnicy podłączone są poszczególne zaciski,
3)  ustalić  na  podstawie  wskazówek  zawartych  w  tekście  przewodnim  sposób  połączenia

zacisków z siecią i między sobą,

4) ustalić na podstawie wskazówek zawartych w tekście przewodnim sposób połączenia

zacisków między sobą,

5) narysować schemat połączenia zacisków prądnicy z siecią i między sobą.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tekst przewodni,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Wyznacz charakterystykę regulacyjną prądnicy bocznikowej dla określonych warunków

pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z dokumentacją oraz instrukcją obsługi prądnicy,
2)  zapoznać się z zasadami bhp obowiązującymi na tym stanowisku dydaktycznym,
3)  zaproponować harmonogram badań,
4)  zaproponować układ pomiarowy,
5)  dokonać wyboru przyrządów pomiarowych,
6)  dokonać wyboru zakresów wybranych przyrządów pomiarowych,
7)  wybrać wartości prądu obciążenia, dla których będą wykonywane pomiary,
8)  sporządzić tabele do wpisywania mierzonych wielkości,
9)  połączyć ze sobą elementy układu pomiarowego,
10)  uruchomić  prądnicę  i  zapewnić  jej  określone  w  ćwiczeniu  warunki  pracy  dla  biegu

jałowego,

11) zmierzyć wartość prądów dla wybranych punktów pomiarowych charakterystyki

regulacyjnej,

12)  narysować przebieg charakterystyki,
13)  wyznaczyć prądy wzbudzenia dla biegu jałowego i warunków znamionowych,
14)  dokonać  analizy  otrzymanej  charakterystyki  przez  porównanie  jej  z  danymi

zamieszczonymi w dokumentacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja badanej prądnicy,

−

zestaw mierników stosowanych do różnych pomiarów w instalacjach elektrycznych,

−

instrukcje obsługi mierników,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać części prądnicy prądu stałego?

2) rozróżnić rodzaje prądnic po oznaczeniach na tabliczkach zaciskowych?

3) połączyć odpowiednio zaciski na tabliczce zaciskowej w celu

uruchomienia prądnicy?

4) sprawdzić stan techniczny prądnicy?

5) uruchomić prądnicę?

6) zidentyfikować podstawowe wielkości określające pracę prądnicy?

7) zmierzyć parametry pracy prądnic?

8) wyznaczyć charakterystyki pracy prądnic?

9) dobrać mierniki i ich zakresy do badania prądnic?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Badanie prądnic prądu przemiennego

4.4.1. Materiał nauczania

Prądnice synchroniczna
Prądnice synchroniczne zaliczamy do maszyn prądu przemiennego, w których wirnik

w stanie ustalonym obraca się z taką samą prędkością, z jaką wiruje pole magnetyczne. Między
prędkością obrotową maszyny synchronicznej n [obr/min] a liczbą par biegunów
magnetycznych p oraz częstotliwością wytwarzanego prądu f [Hz] występuje stała zależność:

Strumień magnetyczny w maszynie synchronicznej może być wytwarzany przez magnes

trwały lub – znacznie częściej – przez elektromagnes. Bieguny magnetyczne wytwarzające
stały w czasie strumień magnetyczny, najczęściej są umieszczone w wirniku, zwanym
magneśnicą. Jeżeli strumień jest wytwarzany przez elektromagnes, to uzwojenie magnesów jest
zasilane prądem stałym, zwanym prądem wzbudzenia.

W stojanie (zwanym twornikiem) jest umieszczone uzwojenie prądu przemiennego

jednofazowe lub znacznie częściej trójfazowe. Sposób podłączenia prądnicy trójfazowej do
sieci pokazano na rys. 17.

Rys. 17. Schemat podłączenia prądnicy synchronicznej trójfazowej do sieci: a) połączenie w gwiazdę,

b) połączenie w trójkąt [3]

Prąd wzbudzenia jest pobierany zwykle z obcego źródła, np. baterii akumulatorów lub

prądnicy prądu stałego, zwanej wzbudnicą, która może być umieszczona na wspólnym wale
z maszyną synchroniczną. Moc potrzebna do wzbudzenia maszyny synchronicznej nie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekracza zwykle 1% mocy znamionowej. Sposób połączenia wzbudnicy do prądnicy oraz
regulacji prądu wzbudzenia pokazano na rys. 18.

Rys. 18. Schemat połączeń prądnicy (A) ze wzbudnicą (B) i siecią elektryczną (L

, L

): 1 – uzwojenie

twornika (w stojanie), 2 – uzwojenie wzbudzające prądnicy synchronicznej (w wirniku), 3 – pierścienie

ślizgowe wirnika prądnicy synchronicznej, 4 – uzwojenie wzbudzające wzbudnicy (prądnica bocznikowa) [3]

W małych maszynach synchronicznych bywa odwrotnie, tzn. uzwojenie wzbudzające jest

umieszczone w stojanie, czyli stojan jest magneśnicą, a wirnik jest twornikiem. W dużych
maszynach taka budowa jest niecelowa, gdyż odprowadzanie dużych prądów z wirnika
wymagałoby szczotek i pierścieni o dużych wymiarach.

Jednym z rodzajów maszyn synchronicznych są prądnice, które przetwarzają

doprowadzoną  do  nich  energię  mechaniczną  w  elektryczną.  Mogą  one  wytwarzać  napięcie
sinusoidalne  jedno-  lub  trójfazowe,  przy  czym  uzwojenie  wzbudzające  zasilane  jest  prądem
stałym.  Przy  napędzaniu  wirnika  ze  stałą  prędkością  n,  strumień  magnetyczny  skojarzony
z danym  uzwojeniem  twornika  zmienia  się  sinusoidalnie  i wytwarza  napięcie  o tej samej fazie
początkowej. Jeżeli w tworniku znajduje się uzwojenie trójfazowe, to indukuje się w nim układ
napięć  trójfazowych.  Maszyny  tego  rodzaju  o  dużej  mocy  znajdują  zastosowanie  jako
generatory  synchroniczne  i  są  instalowane  we  wszystkich  elektrowniach  w  celu  wytwarzania
energii elektrycznej.

Budowa prądnic synchronicznych
Prądnice synchroniczne są budowane w dwóch zasadniczych odmianach:

−

z biegunami utajonymi (z wirnikiem cylindrycznym i uzwojeniem rozłożonym),

−

z biegunami jawnymi (z wirnikiem jawnobiegunowym i uzwojeniem skupionym).

Rys. 19. Przekrój poprzeczny maszyny synchronicznej: a) z wirnikiem jawnobiegunowym, b) z wirnikiem

cylindrycznym [3]

Na rysunku zaznaczono: uzwojenie stojana – 1, uzwojenie wirnika – 2, szczotkę – 3,

pierścień połączony z końcem uzwojenia wirnika – 4.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Maszyny te różnią się nie tylko budową, ale również właściwościami ruchowymi. Ogólna

zasada  budowy  prądnic  synchronicznych  jest  prosta  i  dotyczy  wszystkich  maszyn
synchronicznych.  Obwód  magnetyczny  stojana  (rdzeń)  tworzą  pakiety  złożone  z  blach
o grubości  0,35÷0,5  mm.  Rdzeń  jest  osadzony  w  korpusie  wykonanym  jako  odlew  lub
konstrukcja  spawana.  W  żłobkach  pakietu  twornika  jest  umieszczone  uzwojenie  prądu
przemiennego  jednofazowe  lub  trójfazowe.  Wirnik  prądnicy  synchronicznej  nie  jest
przemagnesowywany,  wykonuje  się  go  więc  z  materiału  litego  (odkuwka  stalowa  lub  odlew
staliwny).  Na  wirniku  jest  umieszczone  uzwojenie  wzbudzające  zasilane  prądem  stałym,
umieszczone  w  żłobkach  lub  na  biegunach jawnych. Szczelina  powietrzna  wynosi  5÷50  mm  i
wymaga większych  prądów. Powoduje to duże straty mocy wzbudzenia, ale jest korzystne ze
względu na przeciążalność maszyny. Każda maszyna musi mieć odpowiednio wykonany układ
chłodzenia  do  odprowadzenia  ciepła  powstałego  w  wyniku  strat  w  stali  i  w  miedzi.
Szczegółowe rozwiązania konstrukcyjne prądnic zależą od ich prędkości obrotowej oraz mocy
i związanego z nią układu chłodzenia.

Prądnice z biegunami utajonymi to maszyny pracujące z dużymi prędkościami

obrotowymi, najczęściej jako generatory napędzane turbinami parowymi, stąd ich nazwa
turbogeneratory. Ich prędkość wynosi 3000 obr/min, co wymaga uzwojenia dwubiegunowego
w celu uzyskania częstotliwości 50 Hz indukowanego napięcia. Wszystkie turbogeneratory
pracują z wałem w położeniu poziomym.

Do grupy maszyn z biegunami jawnymi należą hydrogeneratory, tj. generatory napędzane

turbinami wodnymi. Ponieważ turbiny wodne mają małe prędkości, to hydrogeneratory muszą
być  wykonane  z  dużą  liczbą  biegunów  sięgającą  kilkudziesięciu.  Przy  małej  prędkości
obrotowej  siły  odśrodkowe  są  niewielkie  i  średnice  mogą  być  odpowiednio  duże  (nawet  do
kilkunastu metrów przy mocach kilkaset megawatów). Wirniki takie mają małą długość, do ok.
1m.  Maszyny  takie  najczęściej  pracują  z  wałem  pionowym.  Nabiegunniki,  a  czasami  całe
bieguny,  są  wykonane  z  blachy  o  grubości  ok.  1  mm.  W  zewnętrznej  części  nabiegunników
często umieszcza się pręty zwarte na obu końcach przez odpowiednie pierścienie, tworzy się w
ten  sposób  klatkę  tłumiącą  lub  rozruchową.  Pozostałe  zasady  budowy  są  podobne  do  zasad
budowy  turbogeneratorów.  Moce  znamionowe  hydrogeneratorów  dochodzą  do  kilkuset
megawatów.

Charakterystyki pracy prądnicy synchronicznej

Bieg jałowy prądnicy synchronicznej to stan, w którym uzwojenie stojana (twornika) jest

rozwarte, a uzwojenie wirnika jest zasilane prądem wzbudzenia I

. Jest to jedyny prąd płynący

w  prądnicy  przy  biegu  jałowym,  zatem  pole  magnetyczne  występujące  w  maszynie  jest
wytwarzane  wyłącznie  przez  prąd  wzbudzenia.  Większość  linii  tego  pola  przechodzi  przez
szczelinę  powietrzną  do  stojana  i  sprzęga  się  z  jego  uzwojeniem.  Tę  sprzęgającą  się  część
strumienia nazywamy strumieniem głównym Φ

. Ponieważ wirnik jest napędzany, wobec tego

strumień wiruje i w uzwojeniach fazowych stojana indukują się pod wpływem strumienia Φ

siły elektromotoryczne o wartości skutecznej:

gdzie: k – współczynnik uzwojenia stojana, N – liczba zwojów uzwojenia stojana, f –
częstotliwość przecinania uzwojeń stojana przez strumień magnetyczny.

Aby otrzymać możliwie sinusoidalny przebieg indukowanej siły elektromotorycznej

w czasie,  należy  zapewnić  jak  najbardziej  zbliżony  do  sinusoidalnego  przebieg  indukcji
magnetycznej  w  szczelinie  powietrznej.  Uzyskuje  się  to  przez  odpowiednie  ukształtowanie
obwodu  magnetycznego  i  ułożenie  uzwojeń.  Napięcie  U  indukowane  na  zaciskach  prądnicy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

biegnącej jałowo jest równe napięciu indukowanemu w uzwojeniu twornika E

= E

). Przy

stałej prędkości obrotowej wartość tego napięcia zależy od prądu wzbudzenia I

, który określa

. Zależność U

= f(I

) przy n = const nazywamy charakterystyką biegu jałowego prądnicy.

Rys. 20. Charakterystyka biegu jałowego [3]

Charakterystyka ta ma taki sam przebieg jak charakterystyka magnesowania maszyny.

Prądnice synchroniczne najczęściej pracują jaki słabo nasycone i dlatego napięcie

znamionowe nie wykracza poza zakres prostoliniowy charakterystyki. Znajomość
charakterystyki biegu jałowego jest niezbędna nie tylko przy konstruowaniu maszyny, ale także
podczas jej eksploatacji.

Jeżeli prądnica synchroniczna jest obciążona bezpośrednio odbiornikiem pobierającym

prąd, to pracę taką nazywamy indywidualną. Kąt przesunięcia fazowego między napięciem na
zaciskach maszyny i prądem obciążenia zależy od rodzaju odbiornika Przy określonym prądzie
obciążenia o częstotliwości decyduje prędkość obrotowa, natomiast napięcie prądnicy zależy
od prędkości obrotowej i prądu wzbudzenia.

Charakterystyka zewnętrzna U = f(I) dla I

= const, cos φ = const oraz n = const.

Charakterystyka  ta  określa  więc  zmiany  napięcia  na  zaciskach  uzwojenia  twornika
w zależności  od  zmian  wartości  prądu  obciążenia.  Warunki  takie  występują  tylko  przy
zmianach  obciążenia  prądnicy  pracującej  indywidualnie,  wyposażonej  w  regulator  prędkości
i bez  regulatora  napięcia.  Na  rys.  21  przedstawiono  charakterystyki  zewnętrzne  prądnicy
nienasyconej  dla  różnych  współczynników  mocy  (linia  kreskowa  dotyczy  obciążenia
pojemnościowego, dla którego te charakterystyki częściowo nie są stabilne).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21. Charakterystyki zewnętrzne prądnicy cylindrycznej nienasyconej [3]

Z analizy charakterystyk zewnętrznych wynikają następujące wnioski praktyczne:

−

wzrostowi prądu obciążenia o charakterze indukcyjnym odpowiada zmniejszenie się
napięcia na zaciskach prądnicy,

−

wzrostowi prądu obciążenia o charakterze pojemnościowym odpowiada w zakresie od
biegu jałowego do obciążenia znamionowego wzrost napięcia na zaciskach prądnicy,

−

przy obciążeniach pojemnościowych wartości prądów mogą być większe niż wartość
ustalonego prądu zwarciowego I

Często przedstawia się charakterystyki zewnętrzne dla różnych rodzajów obciążenia przy

takich prądach wzbudzenia, że prądowi znamionowemu twornika odpowiada znamionowe
napięcie jak na rys. 22.

Rys. 22. Charakterystyki zewnętrzne prądnicy cylindrycznej dla takiego I

, że U = U

przy I = I

[3]

Zmienność napięcia prądnic synchronicznych jest to wzrost napięcia odniesiony do

napięcia znamionowego, występujący przy zmianie obciążenia maszyny od pracy znamionowej
do biegu jałowego. Prądnice na ogół są tak budowane, aby zmienność ta nie przekraczała
40÷50%. Ponieważ tak znaczne wahania napięcia są niedopuszczalne, prądnice synchroniczne
powinny być wyposażone w samoczynne regulatory napięcia. Zadaniem takiego regulatora jest
zmiana wartości prądu wzbudzenia odpowiednio do zmian obciążenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zależność I

= f(I) przy U = const, cosφ = const oraz n = const nazywa się charakterystyką

regulacyjną. Charakterystyka ta pokazuje, jak należy regulować prąd wzbudzenia, aby przy
zmianie obciążenia i stałych parametrach n, cosφ stałe napięcie na zaciskach prądnicy.

Rys. 23. Charakterystyki regulacyjne prądnicy cylindrycznej nienasyconej. [3]

Z analizy charakterystyk regulacyjnych pokazanych na rys. można wyciągnąć następujące

wnioski praktyczne dla pracy prądnicowej:

−

przy wzrastającym prądzie obciążenia o charakterze indukcyjnym należy powiększać prąd
wzbudzenia,

−

przy takiej samej wartości obciążenia, ale malejącej wartości cosφ indukcyjnego potrzebny
jest coraz większy prąd wzbudzenia, natomiast przy malejącej wartości cosφ
pojemnościowego prąd wzbudzenia należy zmniejszać.
Z rozważań tych wynika konieczność określenia znamionowego współczynnika mocy

maszyny synchronicznej. Przyjęto, że zmniejszenie współczynnika mocy (obciążenie
indukcyjne) przy zachowaniu znamionowych parametrów obciążenia nie może doprowadzić do
przekroczenia wartości znamionowej prądu wzbudzenia I

. Tę graniczną wartość przyjęto

jako cosφ

N..

Najczęściej prądnice pracują przy cosφ = 0,8. Oznacza to, że praca prądnicy przy U

, I

oraz cosφ ≥ 0,8 (lub dowolnym pojemnościowym) jest możliwa, gdyż odbywa się przy prądzie
wzbudzenia mniejszym od znamionowego.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są rodzaje prądnic synchronicznych?
2.  Jaka jest budowa prądnic synchronicznych?
3.  Jakie właściwości mają prądnice z biegunami utajonymi i jawnymi?
4.  Jak  należy  połączyć  ze  sobą  zaciski  na  tabliczce  zaciskowej  prądnicy  trójfazowej

połączonej w trójkąt?

5.  Od czego zależy wartość napięcia na zaciskach prądnicy biegnącej jałowo?
6.  Co pokazuje charakterystyka biegu jałowego prądnicy synchronicznej?
7.  Jakie zmiany i przy jakich założeniach określa charakterystyka zewnętrzna prądnicy?
8.  Co to jest zmienność napięcia prądnic synchronicznych?
9.  Do czego służy charakterystyka regulacyjna?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Sprawdź stan techniczny uzwojeń prądnicy synchronicznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z dokumentacją i instrukcją obsługi prądnicy,
2)  zaproponować harmonogram badań,
3)  dokonać wyboru przyrządów pomiarowych,
4)  wykonać czynności przygotowawcze przed sprawdzaniem ciągłości,
5)  sprawdzić ciągłość uzwojeń wirnika,
6)  sprawdzić ciągłość uzwojeń stojana,
7)  sprawdź, czy nie ma przebicia napięcia z badanych uzwojeń na obudowę,
8)  dokonać pomiaru rezystancji badanych uzwojeń,
9)  porównać wyniki pomiarów z danymi zawartymi w dołączonej instrukcji technicznej,
10) dokonać analizy przeprowadzonych badań.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja badanej prądnicy,

−

zestaw mierników stosowanych do różnych pomiarów w maszynach elektrycznych,

−

instrukcje obsługi mierników,

−

prądnica synchroniczna z zaciskami dostosowanymi do badań,

−

rezystory suwakowe,

−

napęd mechaniczny prądnicy,

−

tekst przewodni do ćwiczenia,

−

kalkulator,

−

przybory do pisania i zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Wyznacz charakterystykę zewnętrzną prądnicy synchronicznej dla określonych warunków

pracy i dokonaj jej analizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

jałowego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11) zmierzyć wartości prądów dla wybranych punktów pomiarowych charakterystyki

zewnętrznej,

12)  narysować przebieg charakterystyki,
13)  zmierzyć wartość prądu zwarciowego prądnicy,
14)  dokonać  analizy  wykresu  tej  charakterystyki  przez  porównanie  jej  z  danymi

zamieszczonymi w dokumentacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja badanej prądnicy,

−

zestaw mierników stosowanych do różnych pomiarów w maszynach elektrycznych,

−

instrukcje obsługi mierników,

−

prądnica synchroniczna z zaciskami dostosowana do badań,

−

rezystory suwakowe,

−

napęd mechaniczny prądnicy,

−

tekst przewodni do ćwiczenia,

−

zeszyt do ćwiczeń i zeszyt milimetrowy,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować budowę prądnicy synchronicznej?

2) sprawdzić stan techniczny prądnicy?

3) zaproponować sposób podłączenia prądnicy do sieci elektrycznej?

4) uruchomić prądnicę zgodnie z dołączoną instrukcją?

5) zapewnić prądnicy zadane warunki pracy?

6) zmierzyć określone parametry pracy prądnicy?

7) wyznaczyć charakterystyki pracy prądnicy?

8) zastosować właściwe mierniki do pomiarów parametrów

i charakterystyk prądnic?

9) dobrać właściwie zakresy pomiarowe mierników podczas badania

prądnicy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj dokładnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi.
4.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
5.  Test zawiera 20 zadań.
6.  Do każdego zadania podane są trzy odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa.
7.  Zaznacz  prawidłową  według  Ciebie  odpowiedź,  wstawiając  literę  X  w  odpowiednim

miejscu na karcie odpowiedzi.

8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz

odpowiedź prawidłową.

9. Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt.
10. Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi

otrzymujesz zero punktów.

11. Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi.
12. Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność, przejdź do

następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi, możesz wrócić później.

13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.
14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.

Powodzenia !

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Wodny roztwór kwasu siarkowego jest elektrolitem akumulatora:

a)  kadmowo - niklowego
b)  żelazowo - niklowego
c)  ołowiowego

2. Separatory występujące w akumulatorach kwasowych zapobiegają:

a) zetknięciu się płyt ołowianych i przepływowi elektrolitu między ogniwami
b) zetknięciu się płyt ołowianych, lecz nie ograniczają przepływu elektrolitu między

ogniwami

c) tylko przepływowi elektrolitu między ogniwami

3. Wzbudnica jest to:

a)  uzwojenie wzbudzające sem na wyjściu prądnicy synchronicznej
b)  prądnica prądu przemiennego
c)  prądnica prądu stałego zasilająca uzwojenie prądnicy synchronicznej

4. Ładowanie akumulatora stałym prądem nazywamy ładowaniem:

a)  według charakterystyki I
b)  według charakterystyki W
c)  według charakterystyki Ia

5. Akumulator, który rozładowuje się stałym prądem 20 A do napięcia końcowego w ciągu

5 godzin, ma pojemność znamionową oznaczoną przez:
a) Q

100

b) Q

c) Q

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. Ile par biegunów posiada prądnica synchroniczna obracająca się z prędkością

125 obr/min, wytwarzająca sem o częstotliwości 50 Hz:
a)  48
b)  24
c)  12

7. Zaciski uzwojenia twornika prądnicy prądu stałego oznaczane są symbolem:

a) A

-A

b) B

-B

c) C

-C

8. Napięcie znamionowe ogniwa kadmowo-niklowego wynosi:

a)  1,75 V
b)  1,5 V
c)  1,2 V

9. Akumulator ołowiowy, stacjonarny o Q

= 200Ah powinien być ładowany według

charakterystyki I prądem:
a)  20 A
b)  10 A
c)  40 A

10. Jeżeli charakterystyka biegu jałowego prądnicy synchronicznej ma charakter prostoliniowy

to mówimy, że maszyna pracuje jako:
a)  słabo nasycona
b)  silnie nasycona
c)  prądnica liniowa

11. Za wartość minimalną, dopuszczalną siły elektromotorycznej rozładowanego ogniwa

żelazowo-niklowego przyjmujemy:
a)  1,5 V
b)  1,2 V
c)  1,0 V

12. Która z zależności jest słuszna dla prądnicy obcowzbudnej:

a) I = I

– I

b) I = I

= I

c) I = I

13. W prądnicy synchronicznej zmieniono liczbę zwojów uzwojenia stojana. Po zmianie, przy

dwukrotnie  większej  liczbie  obrotów,  siła  elektromotoryczna wytwarzana  przez  maszynę
wzrosła trzykrotnie. Jak zmieniła się liczba zwojów uzwojenia:
a)  wzrosła 1,5 raza
b)  zmalała 2 razy
c)  wzrosła 3 razy

14. Sem baterii składającej się z 6 ogniw ołowiowych, w których gęstość elektrolitu wynosi

1050 kg/m

, jest równa:

a)  1,89 V
b)  1,92 V
c)  2 V

15. Akumulator ołowiowy ładowany jest według charakterystyki W. Ile wynosi końcowy prąd

ładowania, jeżeli na początku okresu gazowania akumulatora prąd ładowania wyniósł 10 A:
a)  8 A
b)  6 A
c)  5 A

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16. Zmienność napięcia obcowzbudnej prądnicy prądu stałego, której napięcie na zaciskach

wyjściowych w stanie jałowym wynosi 200 V, a w warunkach znamionowych oddaje ona
do obciążenia R

= 0,85 Ω moc 40 kW, wynosi:

a)  8,1%
b)  7,5%
c)  5,0%

17. Która z podanych zależności jest charakterystyką regulacyjną?

a) I

= f(I)

b) E = f(I

)

c) U = f(I)

18. Najbardziej niekorzystną charakterystykę zewnętrzną posiada prądnica prądu stałego:

a)  bocznikowa
b)  szeregowa
c)  szeregowo - bocznikowa

19. Zakres napięciowy regulowanego źródła ładującego akumulator ołowiowy otwarty

o napięciu znamionowym 24 V powinien wynosić:
a)  21 ÷ 32,4 V
b)  24 ÷ 32,4 V
c)  21 ÷ 28,8 V

20. Prądnica cylindryczna nienasycona pracuje na obciążenie RC w warunkach

znamionowych. W celu zmniejszenia prądu obciążenia należy:
a)  zmniejszyć prąd wzbudzenia
b)  zwiększyć prąd wzbudzenia
c)  zwiększyć obroty prądnicy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko.....................................................................................................................

Eksploatacja źródeł energii elektrycznej oraz pomiary ich parametrów

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: