0

К батарее аккумуляторов присоединены параллельно две цепи

Для понимания ряда очень важных и своеобразных процессов, происходящих в цепях переменного тока, нужно прежде всего познакомиться с особой формой процесса индукции, которая получила название самоиндукции.

Вспомним основной индукционный опыт. Катушка I (рис. 254) создает внутри индукционной катушки II магнитный поток. При всяком изменении этого потока в катушке II возникает индукционный ток. Как мы видели (§ 138), индукционный ток возникает во всяком контуре, внутри которого изменяется магнитный поток. Но и сама катушка I находится в таком же положении. Сквозь ее витки также проходит магнитный поток, обусловливаемый магнитным полем этой же самой катушки I. Поэтому при любом изменении магнитного поля, создаваемого током в этой катушке, т. е. при любом изменении тока в катушке, в ней самой должны возникать и индуцированная э. д. с., и индукционный ток. Катушка I является при этом одновременно и катушкой, создающей поле, и катушкой индукционной. Индукцию в этом случае называют самоиндукцией.

Обнаружить на опыте существование явления самоиндукции нетрудно. Возьмем катушку с несколькими сотнями витков, надетую на замкнутый железный сердечник (рис. 296). К зажимам катушки присоединена 6-вольтовая лампочка. Катушку можно с помощью ключа присоединить к аккумулятору с напряжением 2 В. Таким образом, когда ключ замкнут, то к аккумулятору присоединены параллельно катушка и лампочка. Когда же ключ разомкнут, то мы имеем только одну замкнутую цепь, состоящую из витков катушки и лампочки.

Рис. 296. Наблюдение явления самоиндукции: 1 – катушка, 2 – железный сердечник

Так как лампочка рассчитана на напряжение значительно большее, чем напряжение, даваемое аккумулятором, то, пока ключ замкнут, она горит очень слабо, темно-красным накалом. В момент же размыкания ключа она на мгновение вспыхивает ярким белым светом. Почему это происходит? После размыкания ключа ток в катушке уменьшается, т. е. магнитное поле ослабевает. При этом происходит процесс самоиндукции, благодаря которому создается кратковременная, но довольно значительная э. д. с., под действием которой через катушку и лампочку протекает в течение очень короткого времени большой ток, заставляющий лампочку ярко вспыхнуть.

Для того чтобы установить направление индуцированного в процессе самоиндукции тока, заменим в опыте, изображенном на рис. 296, лампочку вольтметром (рис. 297), стрелка которого отклоняется в одну сторону при прохождении тока одного направления и в другую при прохождении тока противоположного направления. Пусть, например, при замкнутом ключе, когда ток течет в катушке в направлении , а в вольтметре – от к , стрелка вольтметра отклонена вправо. При размыкании ключа обнаружится, что стрелка резко отбрасывается влево, т. е. в вольтметре ток течет от к , а следовательно, в катушке, образующей с вольтметром замкнутый контур , ток продолжает течь в направлении .

Рис. 297. Исследование направления тока самоиндукции

Таким образом, при размыкании ключа ток в катушке исчезает не сразу, а продолжает идти в прежнем направлении, постепенно ослабляясь. Так как ключ разомкнут, то ясно, что этот продолжающийся ток поддерживается э. д. с. самоиндукции. То же имело бы место, если бы мы вместо выключения тока пытались его ослаблять (например, увеличивая сопротивление ): уменьшение тока протекает благодаря самоиндукции замедленно, ибо ток самоиндукции течет в том же направлении, как и первичный ток. Наоборот, при усилении питающего тока э. д. с. самоиндукции будет направлена навстречу увеличивающемуся току, замедляя его нарастание. Таким образом, в согласии с общим правилом, установленным в § 139, ток самоиндукции направлен так, что он препятствует изменению силы тока, вызывающему процесс индукции.

Рассмотрим теперь явление самоиндукции с несколько иной точки зрения. Откуда берется энергия, поглощаемая лампочкой в момент ее вспышки и превращаемая в ней в тепло и свет? Ведь вспышка происходит тогда, когда ключ уже разомкнут. Следовательно, энергия не может браться от аккумулятора. Вспышка лампочки происходит при исчезновении тока в катушке, т. е. при исчезновении магнитного поля этой катушки. Мы приходим, таким образом, к заключению, что энергия, поглощаемая лампочкой в момент размыкания тока, была раньше запасена в виде энергии магнитного поля. Когда мы подключали катушку к аккумулятору, мы создавали магнитное поле, на что тратился определенный запас энергии, заимствованный от аккумулятора. Когда мы выключаем ток, магнитное поле исчезает, и запасенная в нем энергия в процессе самоиндукции превращается в энергию электрического тока в лампочке.

156.1. Почему при включении тока в обмотке электромагнита полная сила тока устанавливается не сразу?

156.2. Почему при быстром выключении электромагнита ток на мгновение резко возрастает (иногда в такой мере, что может причинить вред, и поэтому выключают ток обычно постепенно, вводя реостат)?

В § 38 мы видели, что электрическое поле обладает запасом энергии, равным той работе, которая была затрачена на разделение зарядов и создание этого поля.

Читайте также:  Как восстановить пароль входа в учетную запись

Описанные выше явления самоиндукции наглядно пот показывают, что и магнитное поле обладает запасом энергии. Эта энергия затрачивается при создании магнитного поля. Ее можно получить обратно при исчезновении магнитного поля.

156.3. При замыкании тока от одного или нескольких аккумуляторов искра не получается, а при размыкании этого тока получается. Почему? Усилится ли искра при размыкании тока большей силы в цепи? При каком устройстве цепи можно увеличить этот эффект?

156.4. К батарее аккумуляторов присоединены параллельно две цепи. Одна содержит лампочки накаливания, другая – большой электромагнит. Сила тока в обеих цепях одна и та же. При размыкании какой цепи будет наблюдаться более сильная искра? Почему?

Для понимания ряда очень важных и своеобразных процессов, происходящих в цепях переменного тока, нужно прежде всего познакомиться с особой формой процесса индукции, которая получила название самоиндукции.

Вспомним основной индукционный опыт. Катушка I (рис. 254) создает внутри индукционной катушки II магнитный поток. При всяком изменении этого потока в катушке II возникает индукционный ток. Как мы видели (§ 138), индукционный ток возникает во всяком контуре, внутри которого изменяется магнитный поток. Но и сама катушка I находится в таком же положении. Сквозь ее витки также проходит магнитный поток, обусловливаемый магнитным полем этой же самой катушки I. Поэтому при любом изменении магнитного поля, создаваемого током в этой катушке, т. е. при любом изменении тока в катушке, в ней самой должны возникать и индуцированная э. д. с., и индукционный ток. Катушка I является при этом одновременно и катушкой, создающей поле, и катушкой индукционной. Индукцию в этом случае называют самоиндукцией.

Обнаружить на опыте существование явления самоиндукции нетрудно. Возьмем катушку с несколькими сотнями витков, надетую на замкнутый железный сердечник (рис. 296). К зажимам катушки присоединена 6-вольтовая лампочка. Катушку можно с помощью ключа присоединить к аккумулятору с напряжением 2 В. Таким образом, когда ключ замкнут, то к аккумулятору присоединены параллельно катушка и лампочка. Когда же ключ разомкнут, то мы имеем только одну замкнутую цепь, состоящую из витков катушки и лампочки.

Рис. 296. Наблюдение явления самоиндукции: 1 – катушка, 2 – железный сердечник

Так как лампочка рассчитана на напряжение значительно большее, чем напряжение, даваемое аккумулятором, то, пока ключ замкнут, она горит очень слабо, темно-красным накалом. В момент же размыкания ключа она на мгновение вспыхивает ярким белым светом. Почему это происходит? После размыкания ключа ток в катушке уменьшается, т. е. магнитное поле ослабевает. При этом происходит процесс самоиндукции, благодаря которому создается кратковременная, но довольно значительная э. д. с., под действием которой через катушку и лампочку протекает в течение очень короткого времени большой ток, заставляющий лампочку ярко вспыхнуть.

Для того чтобы установить направление индуцированного в процессе самоиндукции тока, заменим в опыте, изображенном на рис. 296, лампочку вольтметром (рис. 297), стрелка которого отклоняется в одну сторону при прохождении тока одного направления и в другую при прохождении тока противоположного направления. Пусть, например, при замкнутом ключе, когда ток течет в катушке в направлении , а в вольтметре – от к , стрелка вольтметра отклонена вправо. При размыкании ключа обнаружится, что стрелка резко отбрасывается влево, т. е. в вольтметре ток течет от к , а следовательно, в катушке, образующей с вольтметром замкнутый контур , ток продолжает течь в направлении .

Рис. 297. Исследование направления тока самоиндукции

Таким образом, при размыкании ключа ток в катушке исчезает не сразу, а продолжает идти в прежнем направлении, постепенно ослабляясь. Так как ключ разомкнут, то ясно, что этот продолжающийся ток поддерживается э. д. с. самоиндукции. То же имело бы место, если бы мы вместо выключения тока пытались его ослаблять (например, увеличивая сопротивление ): уменьшение тока протекает благодаря самоиндукции замедленно, ибо ток самоиндукции течет в том же направлении, как и первичный ток. Наоборот, при усилении питающего тока э. д. с. самоиндукции будет направлена навстречу увеличивающемуся току, замедляя его нарастание. Таким образом, в согласии с общим правилом, установленным в § 139, ток самоиндукции направлен так, что он препятствует изменению силы тока, вызывающему процесс индукции.

Рассмотрим теперь явление самоиндукции с несколько иной точки зрения. Откуда берется энергия, поглощаемая лампочкой в момент ее вспышки и превращаемая в ней в тепло и свет? Ведь вспышка происходит тогда, когда ключ уже разомкнут. Следовательно, энергия не может браться от аккумулятора. Вспышка лампочки происходит при исчезновении тока в катушке, т. е. при исчезновении магнитного поля этой катушки. Мы приходим, таким образом, к заключению, что энергия, поглощаемая лампочкой в момент размыкания тока, была раньше запасена в виде энергии магнитного поля. Когда мы подключали катушку к аккумулятору, мы создавали магнитное поле, на что тратился определенный запас энергии, заимствованный от аккумулятора. Когда мы выключаем ток, магнитное поле исчезает, и запасенная в нем энергия в процессе самоиндукции превращается в энергию электрического тока в лампочке.

Читайте также:  Высота телевизора для глаз

156.1. Почему при включении тока в обмотке электромагнита полная сила тока устанавливается не сразу?

156.2. Почему при быстром выключении электромагнита ток на мгновение резко возрастает (иногда в такой мере, что может причинить вред, и поэтому выключают ток обычно постепенно, вводя реостат)?

В § 38 мы видели, что электрическое поле обладает запасом энергии, равным той работе, которая была затрачена на разделение зарядов и создание этого поля.

Описанные выше явления самоиндукции наглядно пот показывают, что и магнитное поле обладает запасом энергии. Эта энергия затрачивается при создании магнитного поля. Ее можно получить обратно при исчезновении магнитного поля.

156.3. При замыкании тока от одного или нескольких аккумуляторов искра не получается, а при размыкании этого тока получается. Почему? Усилится ли искра при размыкании тока большей силы в цепи? При каком устройстве цепи можно увеличить этот эффект?

156.4. К батарее аккумуляторов присоединены параллельно две цепи. Одна содержит лампочки накаливания, другая – большой электромагнит. Сила тока в обеих цепях одна и та же. При размыкании какой цепи будет наблюдаться более сильная искра? Почему?

При эксплуатации автономных источников тока часто встречаются ситуации, когда необходимо одновременно использовать несколько соединенных определенным образом элементов. Это требует наличия определенных знаний, касающихся особенностей протекания тока в цепях с несколькими источниками питания. В данной статье рассматриваются нюансы различных способов соединения аккумуляторов в сборные батареи.

Для чего соединяют аккумуляторы

Некоторые устройства с автономным электрическим питанием требуют таких значений тока и напряжения, которые трудно обеспечить имеющимися стандартными гальваническими источниками питания.

Как правило, это потребность в более мощном отдаваемом токе, увеличенном значении напряжения или емкости. Для решения этих задач требуется создавать различные конфигурации соединений источников тока, каждая из которых имеет свои особенности.

Варианты подключения аккумуляторов

Существует три схемы соединений АКБ в сборки с нужными параметрами:

  1. Последовательное — складывается напряжение всех АКБ;
  2. Параллельное – складывается емкость;
  3. Комбинированное последовательно-параллельное – для повышения емкости и напряжения.

Все они имеют определенные особенности, которые необходимо знать для обеспечения безопасности и долговременной эксплуатации аккумуляторов и питаемых ими устройств.

Основным требованием при всех способах коммутации является исключение использования в сборке аккумуляторов, изготовленных по разным технологиям (например, нельзя соединять одновременно Li-ion и Ni-Mh).

Последовательное соединение аккумуляторов

Для обеспечения достаточного напряжения и приемлемого времени работы электроприборов часто используют аккумуляторные батареи, у которых аноды и катоды отдельных элементов (секций) последовательно соединяются между собой проводниками.

Анод и катод крайних источников питания получившейся сборной батареи являются ее общими плюсом и минусом. У АКБ из последовательно соединенных элементов результирующее напряжение равно сумме вольтажей использующихся источников тока. Результирующая емкость полученной батареи равна той, которую имеет самый слабый из присоединенных АКБ. При эксплуатации такой сборки через каждый элемент течет одинаковый ток (как при заряде, так и при разряде).

При последовательном соединении шести аккумуляторов, каждый из которых имеет вольтаж 1,2 вольта и емкость 1200 мАч будет получена сборка на 6х1,2=7,2 v с емкостью 1200 мАч.

Если в сборке будут использоваться элементы с разной емкостью, то у тех из них, которые имеют меньшую емкость, будет более высокое внутренне сопротивление по сравнению с другими. Падение напряжения на них будет больше, что приведет к быстрому разряду самого слабого элемента в процессе работы.

Более мощные аккумуляторы сборки при этом еще будут работоспособны и сборка будет эксплуатироваться дальше. Это приведет к сильному разряду самого слабого аккумулятора, что уменьшит его ресурс и емкость.

При заряде такой сборки самый слабый аккумулятор зарядиться раньше других элементов, но из-за того, что остальные еще не зарядились, через него будет продолжать течь зарядной ток, который приведет к перезаряду и перегреву. Это особенно опасно для АКБ, которые содержат соединения лития из-за их повышенной чувствительности к перезаряду и сильному разряду.

Важно! В конечном итоге, постоянно повторяющийся усиленный разряд и перезаряд слабого элемента сборки быстро приведут к его выходу из строя. Поэтому при последовательном соединении должны применяться элементы равной емкости. Этого можно достичь только при использовании источников питания, выпущенных одним и тем же производителем, желательно из одной партии.

Заряд каждого источника питания сборной батареи лучше производить по отдельности, или применять выравнивающий заряд с контролем напряжения (регулировкой тока) на каждом элементе.

Параллельное соединение аккумуляторов

В этом случае одним общим проводником соединяют все аноды, а другим – все катоды соединяемых аккумуляторов. Эта схема применяется тогда, когда необходима повышенная сила тока сборной батареи.

Общая емкость (отдаваемый ток) полученной сборки равна сумме емкостей (проходящих токов) соединенных источников питания. Ее напряжение будет равно вольтажу элемента с самой большой электродвижущей силой, и оно будет одинаково на всех источниках полученной батареи.

При параллельном соединении шести АКБ, каждый из которых имеет напряжение 1,2 вольта и емкость 1200 мАч будет получена сборка на 1,2v с емкостью 6*1200=7200 мАч.

Внимание! При параллельном соединении нескольких одинаковых источников, имеющих разное напряжение, происходит перетекание тока из источника с большим напряжением в элемент с меньшим вольтажом.

Это разрушительно сказывается на тех из них, которые имеют меньшую емкость. Из-за перетекания токов запрещается параллельно соединять одноразовые батарейки, в которых оно приводит к заряду элементов с меньшим напряжением, их перегреву, вытеканию электролита или даже взрыву.

Читайте также:  Как в статье сделать ссылку на источник

В случае параллельного соединения источника с большим напряжением малой емкости к элементу большей емкости, но с меньшим напряжением происходит электрическое замыкание слабого АКБ через меньшее внутреннее сопротивление сильного. Из-за этого в слабом источнике протекает сильный ток, который приводит к его постепенному разрушению.

В случае высокого вольтажа на аккумуляторе большей емкости происходит форсированный заряд слабого элемента, что также сказывается на нем губительно. Исходя из этого, перед сборкой батареи рекомендуется выравнивать напряжения каждого ее элемента до одинакового значения.

Важно! Для исключения разрушающего воздействия перетекания токов при параллельном соединении аккумуляторов должны использоваться элементы питания, одинаковые по напряжению.

Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

Если учитывать правила соединения аккумуляторов в последовательные и параллельные сборки, то можно создавать сложные комбинированные варианты с одновременным использованием обоих способов. Это позволяет увеличивать результирующую емкость и напряжение, что особенно необходимо в системах автономного энергообеспечения, электромобилях и других устройствах с большим потреблением электрического тока.

Сборка комбинированной батареи может осуществляться двумя способами:

  1. Составляется нужное количество последовательно соединенных сборок с необходимым напряжением, а затем они объединяются в единую батарею с помощью параллельной коммутации.
  2. Создаются батареи с параллельно соединенными аккумуляторами необходимой емкости, которые затем последовательно коммутируются до набора нужного вольтажа.

Важно! Необходимо понимать, что даже при соблюдении всех правил соединения, невозможно подобрать элементы питания с абсолютно идентичными характеристиками. Это неизбежно приведет к разбалансировке значений емкостей и напряжений, что со временем будет приводить к повышенному износу более слабых аккумуляторов.

Меры предосторожности при подключении

При всех способах соединения аккумуляторов необходимо соблюдать ряд мер предосторожности:

  • соблюдать меры безопасности по эксплуатации электроустановок для исключения поражения электрическим током (главное — не создавать цепи прохождения тока через тело человека):
  • соблюдать полярность подключения;
  • не создавать коротких замыканий;
  • при сборке батарей отключать от них нагрузку;
  • подсоединение зарядного устройства к АКБ осуществлять тогда, когда оно отключено от сети;
  • работы проводить в соответствующей изолирующей одежде и обуви, без металлических предметов, которые могут упасть и замкнуть контакты;
  • не касаться руками клемм АКБ, в особенности двумя руками на разных полюсах (это очень опасно на мощных батареях с высоким напряжением);
  • использовать специальный инструмент с изолированными частями;
  • не проводить работы при плохом состоянии здоровья;
  • учитывать токи, проходящие через сборную батарею и нагрузку и использовать подходящие по сечению проводники;
  • при соединении элементов в одну батарею обеспечивать надежный и изолированный от внешних воздействий контакт;
  • обеспечивать надежную защиту сборных батарей от коротких замыканий и попадания влаги;
  • использовать аккумуляторы с одинаковыми характеристиками и степенью износа;
  • внимательно проверять собранную батарею на наличие ошибок коммутации.

К чему могут привести ошибки при соединении АКБ

Для исключения ошибок при соединении аккумуляторов желательно использовать специальные разъемы, исключающие ошибки при коммутации, например, переходники T-Plug. При неправильном подключении аккумуляторов в одной сборке могут быть допущены ошибки, которые могут привести к очень тяжелым последствиям:

  • при параллельном соединении образуется короткозамкнутый контур, в результате чего в аккумуляторах будет происходить бурная химическая реакция, которая очень быстро приведет к вытеканию электролита, деформации корпуса, возгоранию или даже взрыву;
  • при последовательном соединении с неправильной полярностью контур разомкнут, но при подключении нагрузки может появиться обратный ток через неверно подключенный элемент, что выведет его из строя;
  • при длительном коротком замыкании одного или нескольких аккумуляторов неизбежно возгорание изоляции, расплавление проводников, бурная реакция внутри АКБ, вытекание электролита, деформация корпуса, возгорание или взрыв;
  • при краткосрочном коротком замыкании контактов батарея останется работоспособной, но может произойти ухудшение состояния электродов внутри батареи, уменьшение емкости;
  • при использовании проводников, не рассчитанных на рабочие токи, они будут перегреваться, оплавится их изоляция, что может привести к короткому замыканию и вытекающим отсюда последствиям.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *