Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Föreläsning 6
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) Elektriska och elektroniska fordonskomponenter M u1(t) u2(t) Transformator 2 © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin Laboration • På kemi-labben kommer vi att studera korrisionsangrepp på några metaller när de doppas i elektrolytlösning 15 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin Battericeller • Sex seriekopplade Bly-Syra-celler ger 12 V – 3 celler ger 6 V och 12 celler ger 24 V 16 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter © Copyright 2007 Börje Norlin 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 © Copyright 2007 Börje Norlin
© Copyright 2024