Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Föreläsning 6

Transcription

Elektriska och elektroniska
fordonskomponenter
Föreläsning 6
1
Elektriska och elektroniska fordonskomponenter
© Copyright 2007 Börje Norlin
Växelström - komponenter
• Växelström beskrivs enklast i komplex form
– Kräver kännedom om komplex analys
– Grund för signalteori
Z
C
• Lösningsmetoder
–
–
–
–
Visardiagram
jω-metoden
Komplex effekt
Anpassning
Impendans
Kapacitans
komplex impendans i
ohm (Ω)
(kondensator)
Farad (F)
L
Induktans (spole)
Henry (H)
M
u1(t)
u2(t)
Transformator
2
Effekt och växelström
• Förbrukningsmässigt är en motor
för växelspänning samma sak som
en spole och en resistor i serie
MOTOR
Iin
– Spolen är själva lindningen och resistorn
Uin
är kabelns resistans
– En likspänningsmotor kan skrivas som en
resistor
L
R
• L = 32 mH, R = 20 Ω och f = 50 Hz
– ω = 2πf = 314 rad/s
– XL = ωL = 314⋅0,032 = 10 Ω
• Spänningen 230 V ger 10,3 A uppmätt ström
• Lysrör kan beskrivas på samma sätt som motorn
3
Växelströmseffekt - Skenbar effekt
• Om vi bara mäter upp effektivvärdena
Uin ≈ 230 V & Iin ≈ 10,3 A
I
och beräknar effekten med
U·I så erhålls värdet
2,37 kVA. Denna storhet
U
kallas ”skenbar effekt”.
• Skenbar effekt betecknas
S = U·I och mäts i voltampere (VA)
MOTOR
L
in
in
R
• Är det den effekten man får ut ur motorn?
4
Växelströmseffekt - Aktiv effekt
• Kommer ni ihåg att P = U·I = R·I2
MOTOR
• Effekten genom resistansen
L
I
2
2
blir R·I = 20·10,3 = 2,12 kW.
• Den verkliga effekten är alltså
U
R
0,25 kW lägre än 2,37 kVA som
man mäter upp genom att mäta
U och I med multimetern
• Detta är den ”aktiva effekten”
eller den effekt som verkligen erhålls i motorn
in
in
– Effektfaktorn gånger skenbar effekt ger aktiv effekt, motorer brukar
märkas med en effektfaktor (den skrivs cosϕ )
5
Växelströmseffekt - Reaktiv effekt
• Vad händer med den del av effekten som inte gör någon
nytta i motorn
MOTOR
• Den onyttiga effekten kallas
L
I
”reaktiv effekt”.
• Den reaktiva effekten
U
R
pendlar mellan spolen
och kondensatorn, den gör
ingen nytta men den bidrar till
att värma upp kablar och komponenter
• Reaktiv effekt beräknas ur Q = XL·I2 och mäts i VAr
(r står för reaktiv, inte revolutionär)
in
in
6
Växelströmseffekt - Effekttriangel
S
• Aktiv effekt, reaktiv effekt
och skenbar effekt hänger
ϕ
ihop som i en triangel
• Motorer märks ofta med en effektfaktor
P
• Den aktiva effekten beräknas ur P = S·cosϕ
där S är skenbar effekt och cosϕ är effektfaktorn
Q
– Man räknar sällan cosinus, men vill man rita triangeln så ges vinkeln
av arc cos(”effektfaktorn”) eller cos-1(”effektfaktorn”)
– Reaktiv effekt går att beräkna som Q = S·sinϕ
• För vårt motorexempel: cosϕ = P/S = 2120/2370 = 0,89
(effektfaktorn har ingen enhet)
7
Växelströmseffekt – Med kondensator
• För en RCL-krets (kondensator och spole i serie) så
motverkar kondensatorn och spolen varandra
• Man får räkna fram Xtot = XL – XC
• Om Xtot är negativ blir även Q negativ
8
Batteri
•
12 V batteri
1.
2.
One-piece cover
Terminal-post cover
3. Cell connector
4. Terminal post
5.
Vent plugs underneath the cover plate
6. Plate strap
7.
8.
Case
Bottom mounting rail
9. Positive plates inserted into
envelope-type separators
10.Negative plates
9
Kemi urladdat batteri
• Blyelektroder Pb stoppas ner i
svavelsyra H2SO4 (17%) och
vatten H2O (83%)
• Bly (positiva joner) löses upp i
syran, blyelektroderna blir
negativt laddade
• Svavelsyran splittras i två
vätejoner (H+) och en syrajon
(SO4--)
• Nu kan svavelsyran leda ström
• Blysulfat (PbSO4) bildas på
elektrodernas yta
10
Kemi laddning av batteri
• Batteriladdaren har högre
spänning än batteriet
– En ström tvingas in i plus-polen
• En ström från (–) till (+) gör att
elektroner flyttas från (+)
anoden till (–) katoden
• Katoden blir oladdad blymetall, joner SO4-- släpps lös
• Anoden blir 4+ laddat bly,
joner SO4-- släpps lös
• En dum minnesregel
Anod & plus stavas med lika
många bokstäver.
11
Kemi uppladdat batteri
• Laddningen skapar ”fräsch”
svavelsyra i batteriet när SO4-jonerna bryter upp vattenmolekylerna
• Syret som blir över reagerar
med blyet i anoden och blir
PbO2
• Andelen H2SO2 i vätskan ökar
och densiteten ρ ökar, fullt
laddad är ρ ≈ 1,28 kg/l och
svavelsyra utgör 37% av
elektrolyt-vätskan
12
Uppladdat batteri
• Blysulfatet på anoden har blivit blyperoxid PbO2
– Blyperoxid är brunt i stället för ljust blysulfat
• Blysulfatet på katoden har blivit metalliskt bly
– Bly är metallgrå i stället för ljust blysulfat
• Spänningen och densiteten ökar inte trots att man
laddar mer
• Fortsatt laddning av ett full-laddat batteri
– Vattnet bryts upp i syre vid anoden och väte vid katoden
– Batteriet ”gasar”, knallgas kan bildas
13
Kemi urladdning av batteri
• En ström från (+) till (–) driver
lasten, elektroner flyttas från
(–) katoden till (+) anoden
• Inkommande elektroner bryter
lös joner O2-- och anoden blir
2+ laddat bly
• Utgående elektroner lämnar 2+
laddat bly i katoden
• O2 joner bryter upp svavelsyra
och (SO4--) reagerar med både
anoden och katoden
– Både anod och katod beläggs
med ljusfärgat blysulfat
14
Laboration
• På kemi-labben kommer vi att studera
korrisionsangrepp på några metaller när de doppas i
elektrolytlösning
15
Battericeller
• Sex seriekopplade Bly-Syra-celler ger 12 V
– 3 celler ger 6 V och 12 celler ger 24 V
16
Batteriets inre resistans
• Kom ihåg tvåpolen!
– När man mäter polspänningen
mäter man UO
– Men när last RV kopplas in så
minskar spänningen över
polerna till UK
• Ohms lag ger
– IE = U0 / (Ri + RV)
• Spänningsförlust
– Ui = IE⋅Ri
• Kirchhoffs 2:a lag ger
– Uk = U0 - I⋅Ri
17
Batteriets kapacitet (laddning Q)
• Batteriets totala laddning beror på
– Hur stor urladdningsströmmen är
– Densiteten och temperaturen på
syran
– Urladdningsprocessen
Kapaciteten ökar om man gör en paus
under urladdningen
– Batteriets ålder
Material lossnar från plattorna
– Om batteriet är stilla
Omrörning av syran
• Laddning kan mätas i Ah
– Stort Coulomb-värde för bilbatterier
– 1 Ah = 3600 As = 3600 C
18
Batteriets kapacitet
• Vid låg urladdningsström kan
kemi-processen penetrera
djupt in i elektroderna
• Vid hög urladdningsström
beläggs elektrodernas yta
snabbt med blysulfat och
processen stannar
19
Batteriets kapacitet vid kyla
• Vid kyla blir den elektrokemiska processen mindre
effektiv
• 1a visar startmotorn varvtal för
20% urladdat batteri, 1b
samma kurva för kraftigt
urladdat batteri
– Varvtal i princip batteriets effekt,
men beror på polspänningen och
startmotorns och batteriets
resistanser
• 2 visar minsta varvtal som kan
starta motorn (ökad friktion
etc)
– Man kan läsa ut lägsta temperator
då motorn går att starta för de två
laddningarna
20

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Föreläsning 6

Transcription

Similar documents

S stanna upp T tänk efter A agera R reflektera K kommunicera

Dear Professor Dan Shechtman,

Möte över kulturgränserna

Utskrift - Mora Hemslöjd

Bastubad vid Jäderfors Idrottsplats

Recensioner - Sjöhistoriska samfundet

5 minuters programmet - Maxa din fettförbränning