MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Ryszard Zankowski
Eksploatacja z
ródeł 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
Recenzenci:
dr inż. Zdzisław Kobierski
mgr inż. Henryk Krystkowiak
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Barbara Kapruziak
Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 724[05].Z1.01
 Eksploatacja z
ródeł energii elektrycznej oraz pomiary ich parametrów zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu elektromechanik 724[05].
Wydawca
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Pomiary parametrów z
ródeł elektrochemicznych 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 13
4.1.3. Ćwiczenia 13
4.1.4. Sprawdzian postępów 15
4.2. A
adowanie akumulatorów 15
4.2.1. Materiał nauczania 15
4.2.2. Pytania sprawdzające 21
4.2.3. Ćwiczenia 21
4.2.4. Sprawdzian postępów 22
4.3. Badanie prądnic prądu stałego 23
4.3.1. Materiał nauczania 23
4.3.2. Pytania sprawdzające 31
4.3.3. Ćwiczenia 32
4.3.4. Sprawdzian postępów 33
4.4. Badanie prądnic prądu przemiennego 34
4.4.1. Materiał nauczania 34
4.4.2. Pytania sprawdzające 39
4.4.3. Ćwiczenia 40
4.4.4. Sprawdzian postępów 41
5. Sprawdzian osiągnięć 42
6. Literatura 46
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik, który Ci przekazujemy, będzie pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej
budowy i działania z
ródeł energii elektrycznej w postaci akumulatorów i prądnic oraz
kształtowaniu umiejętności ładowania akumulatorów, uruchamiania prądnic i określania
parametrów tych urządzeń, a także korzystania z różnych z
ródeł informacji na ich temat.
W Poradniku będziesz mógł znalez
ć 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 z
ródeł 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
4
Moduł 724[05].Z1
Budowa i eksploatacja maszyn
i urządzeń elektrycznych
724[05].Z1.01
724[05].Z1.02
Eksploatacja z
ródeł energii
Dobieranie transformatorów oraz
elektrycznej oraz pomiary ich
sprawdzanie ich parametrów
parametrów
724[05].Z1.03 724[05].Z1.05
Dobieranie przewodów, osprzętu Uruchamianie silników
i opraw oświetleniowych elektrycznych oraz pomiary ich
w instalacjach elektrycznych parametrów
724[05].Z1.04
Dobieranie i sprawdzanie
aparatury łączeniowej
i sterowniczej
724[05].Z1.06
Dobieranie środków ochrony
przeciwrażeniowej
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
2. WYMAGANIA WST
PNE
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 z
ródeł informacji technicznej dotyczącej sprzętu elektrycznego,
 stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
 sklasyfikować z
ródła 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 z
ródeł energii elektrycznej,
 skorzystać z danych zawartych na tabliczkach znamionowych prądnic,
 uruchomić prądnice,
 sprawdzić prawidłowość działania prądnic,
 zmierzyć podstawowe parametry z
ródeł energii elektrycznej,
 skorzystać z literatury, katalogów z
ródeł energii elektrycznej, norm oraz przepisów
eksploatacji,
 skorzystać z Internetu w zakresie szukania danych katalogowych, opisów technicznych
i cen z
ródeł energii elektrycznej,
 zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku
pracy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Pomiary parametrów z
ródeł elektrochemicznych
4.1.1. Materiał nauczania
Elektrochemiczne z
ródła energii elektrycznej
Akumulatory są to chemiczne z
ródła 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 z
ródło 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
8
Akumulator składa się z dwóch grup płyt: dodatnich (4), których masą czynną jest
głównie dwutlenek ołowiu PbO2 (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. A
ączniki 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 200 C gęstość elektrolitu
w akumulatorze naładowanym powinna wynosić 1285 kg/m3 (tj. 1,285 g/cm3). 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/m3 (tj. 1,19 1,21 g/cm3)
w temperaturze 200 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.
A
adowanie akumulatorów zasadowych wymaga zastosowania z
ródła 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
9
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 (PbO2) na elektrodzie dodatniej przechodzą do roztworu
w postaci jonów dodatnich. Wskutek obecności kwasu siarkowego (H2SO4) zachodzi
natychmiast reakcja powstawania siarczanu ołowiu (PbSO4), 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 (H2O).
Powstający w czasie wyładowania PbSO4 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 (UA
na
rys. 2b) w ogniwie przebiega proces elektrochemicznego rozkładu PbSO4. Na elektrodzie ( )
połączonej z ujemnym biegunem z
ródła prądu powstaje ołów (Pb), zaś na elektrodzie (+)
połączonej z dodatnim biegunem z
ródła prądu powstaje dwutlenek ołowiu (PbO2).
Rozkład siarczanu ołowiu (PbSO4) 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 z
ródło zasilania do elektrody ( ), co odpowiada dopływowi prądu IA

z zewnętrznego z
ródła do elektrody (+).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
W czasie ładowania ogniwa (akumulatora), oprócz procesu rozkładu PbSO4 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 (PbSO4)
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 (PbO2) przechodzą na skutek działania kwasu
siarkowego (H2SO4) w siarczan ołowiu (PbSO4), z czym wiąże się wydzielanie tlenu i wodoru.
Powstający PbSO4 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 Rw,
napięcie ogniwa, akumulatora lub baterii ogniw akumulatorowych UN,
pojemność QN.
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 200C wartość d = 1050�1300 kg/m3.
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
11
Tabela 1. Wartości siły elektromotorycznej różnych ogniw [1]
Ogniwo Sem ogniwa naładowanego Sem ogniwa wyładowanego
Ołowiowe (kwasowe) 2,125 V przy gęstości elektrolitu 1,85 1,80 V
1285 kg/m3
(1,285 g/cm3) i temperaturze 200C
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 Rw
Rezystancja wewnętrzna ogniwa Rw jest sumą rezystancji elementów ogniwa
przewodzących prąd Ro i rezystancji polaryzacji RP. Rezystancja Ro 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 �) można opisać równaniem:
Rw = Ro + RP = Ro + EP/I
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 RB jest równa sumie
rezystancji wewnętrznych ogniw Rw, łączników międzyogniwowych Rłącz oraz przewodów
przyłączeniowych Rprz zatem:
RB = nRw + (n - 1) Rłącz + Rprz
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 Rww, RBw oraz w czasie ładowania Rwł, RBł.
Napięcie ogniwa, akumulatora, baterii ogniw akumulatorowych UN
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
Napięcie znamionowe ogniwa jest wartością umowną. Odpowiada ono średniej wartości
napięcia między końcówkami biegunowymi w pierwszej fazie powolnego wyładowania ogniwa
i wynosi:
UN = 2 V dla ogniwa ołowiowego,
UN = 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 Uw,
napięcie ładowania Uł.
Zależności między napięciem ogniwa (akumulatora, baterii), jego sem oraz prądem
przepływającym w czasie ładowania (Ił) i wyładowania (Iw) określają nam następujące wzory:
ładowanie ogniwa
Uł = E + IłRwł,
wyładowanie ogniwa
Uw = E - IwRww,
ładowanie akumulatora, baterii
UBł = EB + IłRBł,
wyładowanie akumulatora, baterii
UBw = EB  IwRBw, EB = nE.
Pojemność elektryczna ogniwa akumulatorowego QN
Pojemność elektryczna Qw jest to ładunek elektryczny, który może być pobrany
z naładowanego ogniwa (akumulatora) w określonych warunkach wyładowania (tzn. przy
określonym prądzie wyładowania Iw i określonej temperaturze elektrolitu), aż do osiągnięcia
końcowego napięcia wyładowania. Przy Iw = const
Qw = Iwtw
Pojemność znamionowa QN 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 (QN= Q5), czyli pojemność uzyskaną podczas wyładowania trwającego
5 godzin prądem równym 0,2 QN do napięcia końcowego Uk H" 1,7 V, przy temperaturze
elektrolitu � = 300C i początkowej gęstości elektrolitu 1280 kg/m3. Dla akumulatorów
rozruchowych QN = Q20, IwN = I20 = 0,05�Q20, Uk = 1,75 V/ogniwo tw = 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
13
Maksymalny prąd wyładowania ogniwa lub baterii ogniw
Maksymalny prąd wyładowania ogniwa określa, jakie maksymalne obciążenie można
podłączyć do tego z
ródła energii. Z prawa Ohma można wyznaczyć minimalną wartość
rezystancji obciążenia, którą możemy zasilić z danego elektrochemicznego z
ródła 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 z
ródła 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
14
 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
15
4.2. A
adowanie akumulatorów
4.2.1. Materiał nauczania
Metody ładowania akumulatorów ołowiowych otwartych
Akumulatory można ładować po połączeniu zacisku dodatniego z
ródła prądu stałego
(prostownika) z biegunem dodatnim akumulatora, a zacisku ujemnego z
ródła z biegunem
ujemnym akumulatora. Napięcie z
ródła zasilania powinno wynosić 2 2,7 V/ogniwo. A
adując
akumulator samochodowy 12 V złożony z 6 ogniw powinniśmy dysponować z
ródłem
o napięciu regulowanym w granicach 12 V 16,2 V. Przed włączeniem z
ródła 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 400C. Proces ładowania
powoduje rozgrzewanie się elektrolitu, należy więc temperaturę kontrolować, aby nie
przekroczyła 550C. 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.
A
adowanie 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. A
adowanie 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 QN = 100 Ah wynoszą:
dla akumulatorów stacjonarnych pancernych (QN = Q10), dla akumulatorów trakcyjnych
pastowanych i pancernych (Q10 = Q5)
I = 0,05 QN = 5A,
dla akumulatorów rozruchowych (QN = Q20)
I = 0,1 QN = 10A.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
A
adowanie 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 QN wynosi
12 13 h. Po tym czasie powinno nastąpić automatyczne odłączenie akumulatora co oznaczono
na rys. 3 literą (a).
A
adowanie 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. A
adowanie akumulatora metodą U: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg ładowania
[1]
A
adowanie prowadzi się przy napięciu (2,35ą2,4) V/ogniwo z dokładnością ą 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.
A
adowanie 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. A
adowanie akumulatora metodą W: a) charakterystyka urządzenia do ładowania, b) przebieg ładowania
[1]
Maksymalne wartości prądu ładowania od początku okresu gazowania Ipg oraz
końcowego prądu ładowania Ikł dla akumulatora o pojemności znamionowej QN = 100 Ah
zestawiono w tabeli 2. Czas ładowania wynosi powyżej 12 h.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
Tabela 2. Dopuszczalne wartości prądu ładowania na 100 Ah pojemności znamionowej akumulatora [1]
Metoda ładowania
Pojemność
I W U
znamionowa
Rodzaj Konstrukcje
QN
akumulatora akumulatora
I Ipg Ikł Ikł
[A h] [A] [A] [A] [A]
-trakcyjne Q5 5 4 2
8
pastowane
i pancerne
12
-stacjonarne Q10 8,5 6 3
Ołowiowe
wielkopo-
otwarte
wierzchniowe
7
-stacjonarne Q10 5 3,5 2
pancerne
12
-rozruchowe Q20 10 6 2
-rozruchowe
bezobsługowe
Ołowiowe (przy
Q20  20  2
zamknięte UN =12V,
Uł max =14,4
V)
A
adowanie 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. A
adowanie 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 0,2QN. Czas
ładowania wynosi powyżej 12 h.
A
adowanie 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
18
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 0,05QN.
Rys. 7. A
adowanie 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 0,2QN.
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 QN i w drugiej fazie nie przekraczających 0,05 QN, 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. A
adunek dostarczany do
akumulatora w czasie formowania osiąga wartość 12 QN.
A
adowanie pierwsze przeprowadza się w celu uruchomienia akumulatora suchego nie
ładowanego (normalnego), którego masa czynna została już uformowana w procesie produkcji
płyt. A
adowanie pierwsze przeprowadza się metodą I. Dla akumulatorów samochodowych
zalecany instrukcjami prąd pierwszego ładowania wynosi 0,05 Q20 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. 40�C), 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/mł 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 Q20,
czas ładowania 4�10 h.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
A
adowanie akumulatorów łączonych szeregowo można prowadzić tak, jak pojedynczego
akumulatora  pod warunkiem, że ich pojemności znamionowe i stopień wyładowania będą
jednakowe. A
adując 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.
A
adowanie 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.
A
adowanie konserwacyjne przy stałym napięciu należy prowadzić przy 2,23 V/ogniwo ą 2%.
Przy takim napięciu ładowania prąd ładowania akumulatora powinien wynosić 40�100mA na
100 A�h, przy temperaturze elektrolitu 20�25�C.
A
adowanie wyrównawcze to ładowanie małym prądem ( Ił d" 0,05QN) w celu wyrównania
stanu naładowania wszystkich ogniw akumulatora lub baterii ogniw akumulatorowych.
W czasie ładowania doprowadza się do akumulatora ładunek Qł = 2 �3 QN, 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 0,9QN, po czym maleje. Temperatura elektrolitu nie może przekroczyć 55�C.
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 75 50 25 0
Gęstość elektrolitu kg/mł 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 QN, natomiast niskooporowych 0,2 QN
(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 QN wynosi 7 h. A
adowanie metodą U należy prowadzić
przy napięciu 1,40�1,45 V/ogniwo ą2%, nie dopuszczając do przekroczenia maksymalnego
prądu ładowania równego 1,0 QN
A
adowanie konserwacyjne należy prowadzić przy napięciu 1,38�1,45 V/ogniwo. Prąd
ładowania nowych akumulatorów w temp. 20 � 25�C mieści się w przedziale 20�60 mA na
100 Ah pojemności znamionowej.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
Akumulatory szczelnie zamknięte należy ładować metodą I, prądem 0,1 QN przez 16 h.
Przy ładowaniu tych akumulatorów metodą U należy prąd na początku ładowania ograniczyć
do 0,1 QN (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 35�C.
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 rozgałęz
ne 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 � 30�C.
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/mł ze stężonego kwasu
siarkowego o gęstości 1834 kg/mł 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
21
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 QN akumulatora do prądu pobieranego przez obciążenie,
4) obliczyć zakres regulacji napięcia z
ródła, 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
22
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
23
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:
e = B �"l �" v �" 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
24
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
25
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 Ia,
prąd wzbudzenia If,
prąd obciążenia I (oddawany do sieci lub pobierany z sieci).
Ponadto, podstawowymi wielkościami opisującymi maszynę prądu stałego są:
U  napięcie twornika (wytwarzane w prądnicy),
Ra  rezystancja obwodu twornika,
Rf  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 z
ródła (innego niż uzwojenie
twornika). Maszyną samowzbudną nazywamy taką maszynę, w której uzwojenie wzbudzające
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
jest zasilane z tego samego z
ródła 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
27
Tabela 4. Oznaczenia zacisków uzwojeń maszyn prądu stałego [3]
Rodzaj Oznaczenie
uzwojenia
obowiązujące stosowane forma bardziej złożona
dawniej
Uzwojenie
twornika
A1 A2 A B
Uzwojenie
biegunów
komutacyjnych
1B1 1B2
B1 B2
G H
2B1 2B2
Uzwojenie biegunów komutacyjnych
w 2 sekcjach z 4 zaciskami
Uzwojenie
1C1 1C2
kompensacyjne
C1 C2
2C1 2C2
Uzwojenie kompensacyjne w 2sekcjach z
4 zaciskami
Uzwojenie
D2
wzbudzające
szeregowe
D3
D1 D2
D4
E F
D1
Uzwojenie wzbudzające szeregowe
z 2 odgałęzieniami i z 4 zaciskami
Uzwojenie
wzbudzające
bocznikowe
E1 E2
C D
Uzwojenie
F1 F2
obcowzbudne
I K
F1 F2
F5 F6
Uzwojenie obcowzbudne przeznaczone
do szeregowego lub równoległego
połączenia z 4 zaciskami
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
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,
If  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(If) przy n = const; Ia = 0
charakterystyka obciążenia U = f(If) przy n = const; I = const
charakterystyka zewnętrzna U = f(I) przy n = const; If = const
charakterystyka regulacyjna If = 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 If w
stanie jałowym (I = 0) przy stałej prędkości obrotowej (n = const):
U0 = E0 = f(If) przy I = 0, n = const
Charakterystyka biegu jałowego jest szczególnym przypadkiem rodziny charakterystyk
obciążenia. Przebieg jej odpowiada charakterystyce magnesowania Ś = f(I) obwodu
magnetycznego maszyny, ponieważ
E = cBlv = c1Ś
Istotne znaczenie w pewnych przypadkach (np. wzbudzania się prądnicy samowzbudnej) ma
widoczne z krzywej biegu jałowego tzw. napięcie remanentu Esz, 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
29
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 Esz. 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
z
ródła 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 If = 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:
U0 -U
N
= �" 100%
U
U
N
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
Dla prądnic obcowzbudnych zmienność napięcia nie przekracza 5 � 10%. Wartością
charakterystyczną tej charakterystyki jest prąd zwarciowy, który dla prądnic obcowzbudnych
osiąga wartość 15 � 20 IN. 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 Esz. Pod wpływem tego
napięcia płynie w uzwojeniu wzbudzającym prąd If. 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 Esz i sposobu przyłączenia uzwojenia E1-E2 do zacisków A1 - A2, a zwrot
napięcia Esz 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
U0 i prądu wzbudzenia If0 ustala się w tym punkcie, gdzie krzywa U = f(I) i prosta RI się
przecinają. W zależności od rezystancji w obwodzie wzbudzenia Rf 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
31
Rys. 16. Charakterystyka zewnętrzna prądnicy: bocznikowej  1, obcowzbudnej  2 [3]
Wartością charakterystyczną jest tu prąd maksymalny Ik, który nie przekracza 2�3 krotnej
wartości prądu znamionowego, a prąd zwarciowy jest zwykle mniejszy od prądu
znamionowego i zależy od Esz. 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 z
ródła 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
32
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
33
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
34
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:
pn
f =
60
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 z
ródła, 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
35
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 (L1, L2, L3): 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
36
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 If. 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 Śf . Ponieważ wirnik jest napędzany, wobec tego
strumień wiruje i w uzwojeniach fazowych stojana indukują się pod wpływem strumienia Śf
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
37
biegnącej jałowo jest równe napięciu indukowanemu w uzwojeniu twornika Ef (U0 = Ef). Przy
stałej prędkości obrotowej wartość tego napięcia zależy od prądu wzbudzenia If, który określa
Śf. Zależność U0 = f(If) 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 If = const, cos Ć = 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
38
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 Iz.
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 If, że U = UN przy I = IN [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
39
Zależność If = f(I) przy U = const, cosĆ = const oraz n = const nazywa się charakterystyką
regulacyjną. Charakterystyka ta pokazuje, jak należy regulować prąd wzbudzenia, aby przy
zmianie obciążenia i stałych parametrach n, cosĆ 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 cosĆ indukcyjnego potrzebny
jest coraz większy prąd wzbudzenia, natomiast przy malejącej wartości cosĆ
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 IfN. Tę graniczną wartość przyjęto
jako cosĆN..
Najczęściej prądnice pracują przy cosĆ = 0,8. Oznacza to, że praca prądnicy przy UN, IN
oraz cosĆ e" 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
40
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Sprawdz
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) sprawdz
, 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:
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,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
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
42
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
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 odpowiedz
, wstawiając literę X w odpowiednim
miejscu na karcie odpowiedzi.
8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedz
kółkiem, a następnie literą X zaznacz
odpowiedz
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, przejdz
do
następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi, możesz wrócić póz
niej.
13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.
14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.
Powodzenia !
ZESTAW ZADAC
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. A
adowanie 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) Q100
b) Q20
c) Q5
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
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) A1-A2
b) B1-B2
c) C1-C2
8. Napięcie znamionowe ogniwa kadmowo-niklowego wynosi:
a) 1,75 V
b) 1,5 V
c) 1,2 V
9. Akumulator ołowiowy, stacjonarny o QN = 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 = Ia  If
b) I = Ia = If
c) I = Ia
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/m3, 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
44
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 Ro = 0,85 � moc 40 kW, wynosi:
a) 8,1%
b) 7,5%
c) 5,0%
17. Która z podanych zależności jest charakterystyką regulacyjną?
a) If = f(I)
b) E = f(If)
c) U = f(I)
18. Najbardziej niekorzystną charakterystykę zewnętrzną posiada prądnica prądu stałego:
a) bocznikowa
b) szeregowa
c) szeregowo - bocznikowa
19. Zakres napięciowy regulowanego z
ródła 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
45
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko.....................................................................................................................
Eksploatacja z
ródeł energii elektrycznej oraz pomiary ich parametrów
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1 a b c
2 a b c
3 a b c
4 a b c
5 a b c
6 a b c
7 a b c
8 a b c
9 a b c
10 a b c
11 a b c
12 a b c
13 a b c
14 a b c
15 a b c
16 a b c
17 a b c
18 a b c
19 a b c
20 a b c
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
6. LITERATURA
1. Bartodziej G., Kałuża E.: Aparaty i urządzenia elektryczne. WSiP, Warszawa 2000
2. Bartodziej G.: Pracownia urządzeń elektrycznych. WSiP, Warszawa 2000
3. Goz
lińska E: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 2001
4. Pilawski M.: Pracownia elektryczna dla ZSE. WSiP, Warszawa 1998
5. Stein Z.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 1999
6. Polska Norma PN-91/E-06700 - wybrane arkusze
7. Polska Norma PN-88/E-06701 - wybrane arkusze
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47