Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Ответы профессионалов по теме: "Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи" с пояснениями и выводами. Предлагаем статью собранную из различных авторитетных источников с ответами специалистов. Каждый вопрос, конечно, индивидуален. Если вы не нашли ответа на вопрос, или хотите уточнить актуальность информации в 2021 году, то просто обратитесь к дежурному консультанту.

Как устроены и работают аккумуляторы

В широком смысле слова в технике под термином «Аккумулятор» понимается устройство, которое позволяет при одних условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, а при других — расходовать ее для нужд человека.

Их применяют там, где необходимо собрать энергию за определенное время, а затем использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Например, гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по этому же принципу: вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а затем отдают его подключенным потребителям для совершения работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

Во время работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Принципиальную схему устройства аккумулятора можно представить рисунком упрощенного вида, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Работа аккумулятора при разряде

Когда к электродам подключена нагрузка, например, лампочка, то создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Он формируется движением электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Здесь в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Работа аккумулятора при заряде

При отключенной нагрузке на клеммы пластин подается постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Зарядное устройство всегда обладает большей мощностью, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. В результате внутренние химические процессы между электродами и электролитом изменяются. Например, на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Способы соединения аккумуляторов

Величина тока разряда, которую может выдержать одна банка, зависит от многих факторов, но в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Но для заряда такой конструкции потребуется поднимать мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, ведь сейчас намного проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. (На самом деле этот диапазон значительно шире.) Для многих электрических приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, причем это часто делают в едином корпусе.

Примером подобной конструкции служит широко распространенная автомобильная разработка на основе серной кислоты и свинцовых пластин-электродов.

Обычно в народе, особенно среди водителей транспорта, принято называть аккумулятором любое устройство, независимо от количества его составных элементов — банок. Однако, это не совсем правильно. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция является уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ» . Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Любая из банок состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

При этом контактные пластины имеют дополнительную решетку и отдалены между собой разделительной пластиной — сепаратором.

Соединение пластин в блоки увеличивает их рабочую площадь, снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами (обычно конусной формы) для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». Как правило, для блокировки ошибок при подключении диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки размещена заливная горловина для контроля уровня электролита или доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, которая предохраняет внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Поскольку при мощном заряде возможно бурное выделение газов из электролита (а этот процесс возможен при интенсивной езде), то в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. Через них выходят кислород и водород, а также пары электролита. Подобные ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На этом же рисунке показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, сопровождающийся изменением химического состава активной массы электродов с выделением/поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим объясняется повышение удельной плотности электролита при заряде и снижение при разряде батареи. Другими словами, величина плотности позволяет оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

Входящая в состав электролита кислотных батарей дистиллированная вода при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Какие существуют типы аккумуляторов

Читайте так же:  Задержка заработной платы куда жаловаться

Современное производство для различных целей выпускает более трех десятков разнообразных по составу электродов и электролиту изделий. Только на основе лития работает 12 известных моделей.

В качестве металла электродов могут встретиться:

Источник: http://electricalschool.info/spravochnik/eltehustr/1521-kak-ustroen-i-rabotaet-akkumuljator.html

Устройство аккумулятора.

Устройство автомобильного аккумулятора представляет собой чередующиеся отрицательные и положительные электроды, к которым подключена активная масса. В свою очередь батарея состоит из 6 аккумуляторов, последовательно соединенных и находящихся в одном корпусе. Для изготовления корпуса применяется материал пропилен, он не способен проводить ток и одновременно с этим легко противостоит разъедающим свойствам кислоты.

Для создания электродов применяют свинцовый сплав. В большинстве современных аккумуляторов для создания электродов применяют свинцово-кальциевый сплав. Благодаря этому такие аккумуляторные батареи очень медленно саморазряжаются — за 18 месяцев теряют 50% емкости, а также имеют малый расход воды — 1 г/Ач. Из этого следует, что во время эксплуатации такой батареи можно обойтись без добавления воды.

Гибридная аккумуляторная батарея более дешевый и редкий вариант. Устройство аккумулятора в таких батареях, содержит в себе электроды, изготовленные из разных сплавов: отрицательные из свинцово-кальциевого, положительные из свинцово-сурмяного. Гибридная аккумуляторная батарея расходует воды больше, чем кальциевая в 1,5- 2 раза. Несмотря на это, ей тоже не надо обслуживания.

Устройство аккумулятора автомобиля.

Устройство аккумулятора автомобиля следующее:

  1. корпус, внутри которого залит электролит;
  2. положительный контактный вывод;
  3. отрицательный контактный вывод;
  4. положительная пластина (анод);
  5. отрицательная пластина (катод);
  6. пробка, внутри которой заливная горловина (есть не у всех современных аккумуляторов).

Устройство аккумулятора включает в себя электролит, в который помещаются электроды. В роли электролита выступает раствор серной кислоты, плотность которого уменьшается при снижении заряженности. Корпус делится на 2 части: основная глубокая емкость, крышка. Аккумуляторные батареи бывают разных типов, поэтому у некоторых крышка оснащена дренажной системой (отводит образующий газ), а у других в крышке расположены горловины с пробками.

Устройство аккумулятора таково, что содержит в себе отдельные ячейки, в каждую из которых устанавливается собранный воедино пакет. Этот пакет состоит из большого количества отдельных пластин с чередующейся полярностью. Пластины созданы из свинца и обладают структурой решетчатого характера из прямоугольных сот. Такая структура отлично подходит для нанесения на пластины активной массы. Наносится она с помощью намазывания, поэтому такие аккумуляторы называются — аккумуляторами намазного типа. В некоторых дорогих аккумуляторах в свинцово-калиевый сплав электродов добавляют олово или серебро, что увеличивает их стойкость к коррозии.

Конструкция и устройство аккумуляторной батареи самих электродов представляют из себя решетчатую структуру. Для создания отрицательных и положительных электродов применяют различные технологии. Технологию Expanded metal используют для создания решетки отрицательных электродов, путем просечки свинцового листа с дальнейшей растяжкой. Электроды простой конструкции создаются по нескольким технологиям: Chess Plate — жилки электродов находятся в шахматном порядке, Power Pass — вертикальные жилки подходят к ушку электрода. Электроды более сложной конструкции создаются по технологии Power Frame. Электроды, изготовленные по такой технологии обладает опорной рамой, а также жилами внутренней направленности, что приводит к высокой жесткости и небольшому линейному расширению. Слой активной массы, наносимой на электроды различен в зависимости от полярности электрода. Активная масса в виде губчатого свинца применяется для отрицательных электродов. Диоксид свинца применяется для активной массы положительных электродов.

Устройство аккумуляторных батарей бывает, как с жидким электролитом, так и наоборот. Наиболее часто используются батареи с жидким электролитом.

Схема устройства аккумулятора.

Схема устройства аккумулятора представляет собой структуру устройства аккумуляторной батареи изнутри. Производители корпуса аккумуляторной батареи учитывают, что он должен обладать высокой сопротивляемостью к вибрациям, быть инертным к агрессивным химическим воздействиям, легко переносить перепады температуры. Всем этим параметрам отвечает материл полипропилен. В основном из него изготавливают корпус аккумуляторных батарей.

Для фиксации собранного пакета от смещений применяется специальный бандаж. Минусовые и плюсовые токовыводы пластин соединенны попарно и благодаря токосборникам концентрируют энергию на выводных борнах аккумулятора. К которым присоединяют токоприемные клеммы машины.

Схема зарядного устройства для аккумулятора.

На схеме зарядного устройства для аккумулятора мы видим:

  • трансформатор,
  • выпрямитель,
  • генератор импульсов
  • ключ на тиристоре.

Для заряда автомобильных аккумуляторов достаточно выдержать определённое время заряда и измерить в конце напряжение на аккумуляторе вольтметром.

Источник: http://www.calc.ru/Ustroystvo-Akkumulyatora.html

Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Как известно, работа современных портативных устройств основана на использовании автономного источника питания, роль которого выполняет аккумуляторная батарея (АКБ). Также такой источник энергии является обязательным узлом автомобильного транспорта, который помогает запустить машину при помощи стартера. Принцип работы аккумуляторной батареи достаточно прост. Если соблюдать правила использования, то аккумулятор будет работать без перегруза и не уменьшать свою емкость в процессе использования.

Назначение и особенности аккумуляторной батареи

АКБ – это устройство, которое может накапливать энергию и питать электрические устройства, не вырабатывающие ток самостоятельно.
Аккумуляторная батарея состоит из:

  • пластмассового или эбонитового корпуса;
  • заливной горловины и съемной пробки;
  • сепаратора;
  • пластин с разным потенциалом (отрицательной и положительной);
  • межэлементного соединения;
  • выводов со знаком «+» и «-».

В случае автомобильного аккумулятора бывают обслуживаемые и необслуживаемые источники автономного питания. Аккумуляторы с напряжением в 12 Вт состоят из 6 соединенных между собой банок, которые находятся в одном корпусе. Если в автомобиле установлен необслуживаемый аккумулятор, то единственным способам подзарядки АКБ является подзарядка при помощи генератора во время работы двигателя.

В случае обслуживаемого аккумулятора в него можно подливать электролит (смесь дистиллированной воды и серной кислоты) для повышения его плотности или подзаряжать его при помощи зарядного устройства. Данный процесс предусматривает образование двуокиси свинца путем химической реакции воды и сульфата свинца. При этом существенно увеличивается плотность электролита. Если двигатель работает, то заряд (накопление емкости) АКБ происходит с использованием генератора. Специалисты рекомендуют осуществлять заряд аккумуляторной батареи при незначительном напряжении. Если осуществлять заряд АБ при высоком напряжении, то в результате можно получить огромное разложение воды, что снизит уровень электролита. Неправильное использование аккумуляторной батареи приведет к уменьшению срока использования.
Аккумуляторная батарея эксплуатируется в среднем в течении 3-5 лет в зависимости от условий эксплуатации. Если придерживаться оптимального режима работы такого устройства, то можно увеличить в несколько раз время его использования. Регулярно нужно следить, чтобы все баночки с жидкостью были заполнены до нужного уровня. Это позволит работать аккумулятору в обычном режиме, не перегружаясь и не разряжаясь.

Читайте так же:  Наследство долговые обязательства

Принцип работы аккумуляторной батареи автомобиля

В основе принципа работы АКБ лежит преобразование химической энергии в электрическую. Электроды взаимодействуют с электролитом, образуя в результате воду и сульфат свинца. Необходимо отметить, что в случае такого взаимодействия постепенно уменьшается плотность электролита и, соответственно, мощность аккумулятора.
Стоит отметить, что температура воздуха влияет на режим работы устройства: ее увеличение влияет на некоторое увеличение мощности батареи. Однако вместе с такими изменениями может увеличиться коррозия электродов и саморазряд. Если на улице минусовая температура воздуха, то можно прослеживать уменьшение разрядной емкости, уменьшение электролита и замедление химических процессов. Поэтому автомобилисты рекомендуют снимать АКБ во время длительной стоянки машины в условиях зимы.

Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Виды АКБ . В наше время можно приобрести различные аккумуляторные батареи, которые отличаются между собой двумя признаками:

По химическому составу активного вещества АКБ бывают следующих видов:

  • серебряно-цинковые;
  • никель-кадмиевые;
  • свинцово-кислотные;
  • щелочные железо-никелевые аккумуляторы.

Щелочные аккумуляторы и их использование

Аккумуляторы такого типа могут иметь различное наполнение:

В основе таких устройств имеется прямоугольный корпус, сделанный из качественной стали. Внешняя часть батареи для заряда имеет небольшой слой никеля. Внутри устройства есть отрицательные и положительные пластины, причем положительных пластин на одну единицу больше. Все пластины сделаны из стальных ламелей и по внешнему виду одинаковые. На них нанесен небольшой слой никеля. Внутри пластин имеется в небольшом объеме активная масса. Все пластины соединены между собой с помощью ребер. В щелочную АКБ электролит может заливаться только через специальное отверстие, имеющее клапан с целью выпуска излишков газов.

Если брать во внимание никель-кадмиевые батареи, то они практически ничем не отличаются от никель-железных автономных источников. Главным отличием считается наличие у них сепараторов, которые находятся между пластинами. Если все части аккумулятора работоспособны, то он будет использоваться достаточно долго. Данные устройства преобразовывают электрическую энергию в химическую. Если на клеммы такого устройства поступает ток, то в результате такого действия может произойти обратный процесс.

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Этот вид накопительного источника энергии можно отнести к самому популярному и востребованному, так как они используются практически на всех автомобилях. Он имеет несколько ячеек и электроды, которые представляют собой своеобразные свинцовые решетки с мелкой ячейкой. Решетки обоих полярностей в своей основе имеют разное содержание: диоксид свинца содержится в решетках со знаком «+», в минусовых решетках содержится свинец. Такие накопительные устройства устойчивы к морозам и относительно недорогие.

Принцип работы малогабаритных батарей

В различных устройствах имеются аккумуляторные батареи, которые отдают заряд. С помощью такого заряда другие устройства могут работать длительное время без осуществления подзарядки. К числу таких устройств можно отнести мобильные устройства. У них аккумулятор имеет небольшие размеры. Однако их емкость может быть разной. Банки таких аккумуляторов составляют обычные мягкие пакеты из пластика, которые заполнены литием. Этот химический состав похож по консистенции на сметану. Чтобы выполнить контрольное измерение такой батареи, необходимо использовать специальный прибор, который называется контроллер. Это небольших размеров электронная плата, которая подключается к зарядному устройству и определяет подачу заряда. У таких аккумуляторов нет клемм или контактов. Эту роль берет на себя коннектор, который состоит из многополюсного соединения. Принцип работы такого аккумулятора аналогичен обычным АКБ литий-ионного типа. Однако, их стоимость и габариты значительно меньше.

Правильный подход к выбору аккумуляторной батареи позволит подзаряжать другие устройства, необходимые человеку. Предварительно перед приобретением такого устройства, можно ознакомиться с его параметрами и работоспособностью в Интернете.

Источник: http://gearavto.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-akkumulyatornoj-batarei/

Принцип работы и устройство батарейки

Батарейки являются незаменимыми источниками электроэнергии. Благодаря ним человек не зависит от проводов и становится более мобильным. В этой статье будет рассказано о том, из чего состоит элемент питания и в чем заключается принцип работы батареек.

Из чего состоит

Батарейка состоит из картонного, пластмассового или металлического корпуса. В портативных источниках напряжение внешняя оболочка, как правило, не участвует в электрохимической реакции.

Внутри батареи находится положительный стержень и электролит, который также принимает участие в передаче электрического тока. Конструкция элемента питания может быть различной, но практически у всех типов источников тока присутствуют перечисленные детали.

При необходимости, можно достать такие элементы, аккуратно разобрав батарейку и достав содержимое из её корпуса для изучения.

Устройство батарейки

Конструкционные особенности батареек связаны, прежде всего, с их размерами и формой.

Цилиндрической

Цилиндрическая батарейка имеет вытянутый корпус. Оболочка в таких элементах чаще состоит из металла. Эта часть надёжно изолирована от внутренних деталей.

Сразу после диэлектрической оболочки следует тонкий стакан из токопроводящего металла (цинка в солевых батареях). Этот элемент соединяется с отрицательным выводом батарейки.

В середине цилиндрического элемента питания располагается графитовый стрежень, который является положительным выводом. В контактной части на эту деталь надевается металлический колпачок для защиты от механических повреждений.

В пространстве между центральным стержнем и отрицательной оболочкой находится электролит и деполяризующая смесь.

Круглой (миниатюрной)

Видео (кликните для воспроизведения).

Кнопочная батарея является незаменимым элементом питания в наручных часах и других миниатюрных электрических устройствах. Срок службы таких батареек, как правило, выше чем у пальчиковых, но причина длительной работы связана, прежде всего, с небольшим электропотреблением устройств, в которые устанавливается данный элемент.

Состоит такая батарейка из положительного и отрицательного полюсов, между которыми находятся вещества, вступающие в химическую реакцию при подключении к источнику тока потребителей.

Разноимённые контакты в таких изделиях надёжно изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. Наиболее часто кнопочные батареи производят по воздушно-цинковой технологии.

Крона

Крона отличается от других батареек тем, что внутри элемента находится 6 небольших источников питания по 1,5 Вольт. Принцип работы каждого отдельного изделия не отличается от пальчиковых или кнопочных батарей.

Корпус батарейки «Крона» изготавливается из металла, но также может использоваться прочный пластик. Отдельные элементы располагаются сверху вниз и подключаются последовательно. Положительный и отрицательный выводы находятся на одной из плоскостей, которая изготавливается из диэлектрика.

Читайте так же:  Плачу алименты а ребенка не дают

Особенности химического состава

В зависимости от веществ, которые используют внутри батареи, такие изделия могут быть солевыми, щелочными или литиевыми. Каждая группа имеет свои особенности химического состава.

Солевой

В качестве катода в солевой батарее используется цинк, а анод представляет собой стержень, изготовленный из графита и MnO2. Электролит в элементе этого типа – это хлорид аммония или калия. Для придания необходимой консистенции в него также добавляют специальный загуститель.

Элементы питания этого типа, в которых в качестве анода используются серебро, обладают значительно большим сроком годности. Называются такие элементы серебряно-цинковыми и стоят значительно дороже простых солевых батареек.

Щелочной

Строение алкалиновой батарейки практически не отличается от солевой. Разница заключается только в том, что в щелочном элементе серединный стержень устанавливается на отрицательный вывод, а не на положительный.

Химический состав изделия этого типа следующий:

  • Катод – диоксид марганца.
  • Анод – порошкообразный цинк.
  • Электролит – гидрооксид калия.

Основное преимущество марганцево-щелочных элементов перед солевыми батареями заключается в большей ёмкости.

Литиевой

Литиевые неперезаряжаемые элементы имеют следующий химический состав:

  • Анод – литий или литиевые соединения.
  • Катод – диоксид марганца, пирит и другие.
  • Электролит – перхлорат лития, тионилхлорид.

Литиевые элементы питания работает в различных устройствах значительно дольше щелочных и солевых изделий, но и стоимость их на порядок выше.

Откуда берётся ток

В отличие от аккумуляторов, батарея сделана таким образом, что её невозможно перезарядить. Тем не менее, этот источник тока имеет на контактах необходимый ток для питания различных устройств. Физика такого явления очень проста:

  • Металлический элемент помещается в окислитель, в который и переходят положительно заряженные частицы.
  • При этом в металле будут накапливаться отрицательные ионы.

При подключении потребителя механизм этот будет поддерживаться до тех пор, пока металл практически полностью не расходуется.

Принцип работы батарейки

Принцип работы батареи довольно прост для понимания. Схема образования электричества выглядит следующим образом:

  • Цинковый стакан элемента питания в результате химической реакции приобретает отрицательный заряд.
  • Графитовый стержень становится положительно заряженным.

Отрицательные ионы, которые поступают на соответствующий вывод, потекут к положительному полюсу при подключении какой-либо нагрузки, например, лампочки или моторчика.

В общем, устройство батарейки представляет собой очень простую схему, которую, при желании, можно повторить самостоятельно в домашних условиях, используя при этом вполне доступные химикаты и металлические изделия.

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

Источник: http://istochnikipitaniy.ru/stati/printsip-raboty.html

Аккумуляторная батарея (АКБ). Устройство и принцип работы

Если две свинцовые пластины опустить в слабый раствор серной кислоты в воде (электролиз) и подсоединить их к зажимам источника тока, например генератора, то спустя некоторое время мы обнаружим, что через наш аккумулятор течет электрический ток. Между веществом пластин и кислотой произойдет химическая реакция. Вследствие этого аккумулятор зарядится, т.е. сам превратится в источник тока. Отсоединив теперь аккумулятор от генератора и подключив его к потребителю энергии, можно отбирать накопленную им электроэнергию, или разряжать аккумулятор. Обратимая химическая реакция, происходящая при разряде и заряде аккумулятора, записывается в виде:

Этот процесс можно повторять многократно: при работающем генераторе электрическая энергия накапливается (заряд), а при неработающем запасенная энергия расходуется на питание потребителей (разряд). Простейшие аккумуляторы, состоящие из двух пластин (положительной и отрицательной), объединяют в аккумуляторную батарею, соединяя пластины последовательно друг с другом.

Применяются аккумуляторные батареи, вырабатывающие постоянный ток напряжением 12 В (на карбюраторных машинах) или 24 В (на ТС с дизелем).

Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор имеет напряжение 2,0… 2,1 В. Поэтому для получения источника тока напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 6 аккумуляторов, а для получения источника напряжением 24 В — 12 аккумуляторов. Такое сравнительно низкое напряжение используется потому, что оно малоопасно для человека в случае появления неисправности в электросистеме ТС.

Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея, применяемая на ТС, позволяет получить силу тока разряда, в 3 — 5 раз превышающую номинальную. Отрицательные 1 и положительные 3 пластины выполняют в виде решетки, отлитой из свинцово-сурьмянистого сплава с небольшим содержанием сурьмы, повышающей стойкость материала против коррозии и твердость. Сепараторы 2 устанавливают между отрицательными и положительными пластинами, собранными в полублоки. Перемычки 4 и 6 связывают в один полублок параллельно включенные пластины одинакового знака. Для соединения аккумуляторов в батарею блоки 13 пластин чередуют таким образом, чтобы отрицательные штыри перемычек одного блока находились напротив положительных штырей перемычек соседних блоков. Аккумуляторный бак изготавливают из эбонита или термопласта в виде общего сосуда (моноблока 11), разделенного на отдельные ячейки перегородками. Бак имеет общую крышку 7 с пробками 9 наливных отверстий.

Решетка служит каркасом, на котором установлены пластины, выполненные из губчатого свинца (Рb) — для отрицательных пластин и диоксида свинца (Рb02) — для положительных. Вследствие пористости материала площадь активной поверхности возрастает в 600—800 раз по сравнению с действительной площадью, благодаря чему увеличивается емкость аккумулятора. Емкость аккумулятора и количество энергии, которое он может отдать при разряде, определяются количеством вещества в пластинах (их площадью), взаимодействующего с серной кислотой.

Емкость аккумуляторной батареи, измеряемая в амперчасах (А-ч), зависит от температуры электролита и силы разрядного тока. Чем ниже температура, тем меньшее количество энергии может отдать батарея. Так, при понижении температуры на 1 °С емкость уменьшается на 1 %. При определенной низкой температуре электролит аккумуляторной батареи может замерзнуть, что повлечет за собой разрушение аккумулятора и выход его из строя.

Под номинальной емкостью батареи С20 понимают ее емкость при 20-часовом разряде и силе разрядного тока 0,05 С20 А. Разряд осуществляется до конечного напряжения на выводных штырях, равного 10,5 В для 12-вольтной батареи.

Рис. Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея:
1, 3 — отрицательные и положительные пластины соответственно; 2 — сепаратор; 4, 6, 8 — перемычки; 5 — предохранительный щиток; 7 — крышка; 9 — пробка; 10 — полюсный вывод (штырь); 11 — Моноблок; 12 — призматические ребра; 13 — блок пластин

Все стартерные аккумуляторные батареи имеют определенную маркировку. Например, в обозначениях 6СТ-90-ЭМН и 6СТ-78- ЭМСЗ первая цифра (6) указывает число аккумуляторов в батарее (батареи 12-вольтовые). Буквы СТ определяют назначение батарей — стартерного типа (обеспечивают силу тока разряда до 500 А). Цифры после букв (90 и 78) характеризуют емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом разряде. Последующие буквы означают материал корпуса батареи (Э — эбонит, Т — термопласт) и сепараторов (М — мипласт, С — стекловолокно, Р — мипор). Буква в конце определяет исполнение батареи (Н — несухозаряженная, 3 — сухозаряженная).

Читайте так же:  Сколько платить алименты за 1 ребенка

Сухозаряженные батареи в процессе изготовления на аккумуляторном заводе заряжают полностью, а затем сливают электролит и герметизируют батареи. Перед началом эксплуатации их заливают электролитом плотностью 1,25… 1,27 г/см3.

Температура замерзания электролита зависит от его плотности, а последняя, в свою очередь, от степени разряженности конкретной батареи. Плотность электролита у полностью заряженного аккумулятора при температуре 20 °С составляет 1,22… 1,39 г/см3, а у полностью разряженного — 1,15… 1,16 г/см3.

Электролит представляет собой раствор серной кислоты в воде. Если в 1 л электролита заряженного аккумулятора содержится 500 г чистой серной кислоты и около 800 г воды, то плотность электролита, г/см3, рассчитывается по формуле:

Нормальной плотностью электролита в полностью заряженной аккумуляторной батарее при температуре окружающего воздуха 15°С считается 1,27… 1,29 г/см3. Летом плотность понижают до значений 1,27… 1,24 г/см3, а зимой из-за опасности замерзания электролита повышают до 1,31 г/см3.

Таблица. Взаимосвязь параметров электролита и аккумуляторной батареи

Плотность электроли­та, приведенная к 15 °С, г/см 3 Температура замерзания электролита, °С 1,28 -68 25 1,24 -42 50 1,21 -28 75 1,18 -20 100 1,15 -14

Аккумуляторные батареи, применяемые на ТС, при необходимости соединяют друг с другом, повышая их общую емкость или номинальное напряжение. При параллельном соединении батарей их общая емкость равна сумме емкостей отдельных батарей, а общее напряжение не изменяется. При последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений отдельных батарей, а общая емкость остается неизменной.

Источник: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/akkumulyator-generator-starter/akb/akkumulyatornaya-batareya/

Источники и сети постоянного оперативного тока

На подстанциях для питания оперативных цепей постоянного тока используются, как правило, кислотные аккумуляторные батареи (стационарные и переносные) и в отдельных случаях щелочные. Стационарные аккумуляторные батареи составляют из отдельных аккумуляторов, обычно соединенных последовательно.

Аккумулятором называют вторичный химический источник тока, работа которого заключается в накоплении электрической энергии (заряд) и отдаче этой энергии потребителю (разряд).

Основными частями кислотного аккумулятора (рис. 1) являются свинцовые положительные 2 и отрицательные 1 пластины, соединительные свинцовые полосы 5, электролит, сепараторы 3 и сосуд. В качестве положительных используются свинцовые пластины с большим числом ребер, что увеличивает рабочую поверхность пластин, в качестве отрицательных— пластины коробчатого типа. После формовки на положительных пластинах образуется двуокись свинца РbO2, а на отрицательных — губчатый свинец Рb.

Рис. 1. Аккумуляторы типа СК-24 в деревянном сосуде: 1 — отрицательная пластина, 2 — положительная пластина, 3 — сепаратор, 4 — подпорное стекло, 5 — соединительная полоса, 6 — наконечник для ответвления

Электролит состоит из серной кислоты повышенной чистоты и дистиллированной воды. Плотность электролита стационарного заряженного аккумулятора при 25 °С равна 1,21 г/см3.

Между положительными и отрицательными пластинами аккумулятора установлены изоляционные перегородки — сепараторы, препятствующие замыканию пластин при их возможном короблении и выпадению из них активной массы.

Аккумулятор характеризуется емкостью, ЭДС, зарядным и разрядным токами. Номинальной емкостью аккумулятора (в ампер-часах) является его емкость при 10-часовом разряде и нормальной температуре (25 °С) и плотности (1,21 г/см3) электролита.

На подстанциях преимущественно применяют аккумуляторные батареи напряжением 220 В, собранные из аккумуляторов С, СК, СН.

Аккумуляторы С (стационарные) предназначены для разрядов длительностью от 3 до 10 ч и более. Аккумуляторы СК (стационарные для кратковременных режимов разряда) допускают разряд в течение 1—2 ч. Поэтому в аккумуляторах СК применяют усиленные соединительные полосы между пластинами, рассчитанные на большой ток.

Сосуды аккумуляторов С и СК — открытые, для номеров С-16, СК-16 и меньше — стеклянные, а для больших номеров — деревянные, выложенные изнутри свинцом (или керамические). Аккумуляторы типа СН характерны тем, что они помещаются в герметичных закрытых сосудах. Эти аккумуляторы имеют сравнительно небольшую массу и габариты, их можно устанавливать в одном помещении с другим электрооборудованием.

Номер аккумулятора (после буквенного обозначения) характеризует его емкость. Емкость в ампер-часах равна номеру аккумулятора, умноженному на единичную емкость отдельного аккумулятора с типовым номером 1. Для аккумуляторов типов С-1 и СК-1 эта емкость равна 36 А-ч, а для типов С-10 и СК-10 — 360 А-ч.

На небольших подстанциях при отсутствии значительных толчковых нагрузок и резких колебаний в сети оперативного тока (при включении выключателей и т. д.) применяют переносные стартерные аккумуляторные батареи небольшой емкости напряжением 24 и 48 В. На таких подстанциях батарея обычно длительно работает в нормальном режиме разряда и через определенное время — после потери ею своей номинальной емкости (что определяют контрольными замерами напряжения батареи) — заменяется резервной. Иногда применяют щелочные аккумуляторы, у которых электролитом служит водный раствор едкого калия с плотностью 1,19—1,21 г/см3.

В положительных пластинах щелочных, аккумуляторов активным веществом служит гидрат окиси никеля, а в отрицательных — кадмий с примесью железа (никель-кадмиевые аккумуляторы) или только железо (никель-железные аккумуляторы). На подстанциях чаще всего находят применение железоникелевые аккумуляторы из элементов типов НЖ и ТНЖ.

Свинцовые и щелочные аккумуляторы имеют свои преимущества и недостатки: свинцовые имеют по сравнению со щелочными более высокое разрядное напряжение (1,8— 2 и 1,1—1,3 В), более высокую отдачу емкости и энергии. Поэтому при составлении батареи одинакового напряжения свинцовых аккумуляторов требуется почти вдвое меньше. Особенностями щелочных аккумуляторов являются компактность, герметичность, механическая прочность, малый саморазряд и возможность эксплуатации в условиях низких температур.

Аккумуляторные батареи являются наиболее надежным источником питания вторичных устройств, так как они обеспечивают независимое (автономное) питание оперативных цепей при исчезновении напряжения переменного тока.

В аварийном режиме батареи принимают нагрузку всех электроприемников постоянного тока, обеспечивая действие релейной защиты и автоматики, а также возможность включения и отключения выключателей. Предельная продолжительность аварийного режима принимается равной 0,5 ч для всех электроприемников и цепей оперативного постоянного тока, а для средств связи и телемеханики 1— 2 ч. Таким образом обеспечивается наличие оперативного тока в течение времени, необходимого для ликвидации аварии (0,5—2,0 ч).

Читайте так же:  Информация о работе полиции

Применение аккумуляторных батарей ограничено из-за их высокой стоимости и сложности эксплуатации. Поэтому они устанавливаются на наиболее крупных подстанциях. На подстанциях 500 кВ и выше устанавливают по две батареи и больше.

В настоящее время для заряда аккумуляторов используют статические выпрямительные устройства, называемые зарядными агрегатами. На старых подстанциях пока продолжает эксплуатироваться значительное количество двигателей-генераторов.

При эксплуатации электрическая энергия, накопленная в аккумуляторе, непрерывно расходуется. Для ее пополнения служат подзарядные агрегаты, в качестве которых также могут быть использованы двигатели-генераторы и статические выпрямительные устройства. Мощность подзарядных агрегатов обычно составляет 20—25 % мощности зарядных агрегатов. В ряде случаев один и тот же агрегат может выполнять функции зарядного и подзарядного агрегата.

Двигатели-генераторы состоят из приводного асинхронного электродвигателя и генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Обе машины устанавливаются на одной раме, а их валы соединяются эластичной муфтой. При заряде аккумуляторной батареи напряжение генератора зарядного агрегата должно изменяться, поэтому генератор постоянного тока выбирают с регулированием напряжения в широких пределах путем изменения его возбуждения шунтовым реостатом. В качестве статических зарядных и подзарядных агрегатов широко используются кремниевые выпрямительные устройства.

В отличие от двигателя-генератора статические выпрямительные устройства дешевле, не имеют движущихся частей, более удобны в обслуживании, имеют большой срок службы и большую перегрузочную способность и поэтому наиболее распространены.

Распределение постоянного тока, связь зарядных и подзарядно-зарядных агрегатов с аккумуляторной батареей осуществляется через щиты постоянного тока (ЩПТ), на которых размещаются коммутационная аппаратура и контрольно-измерительные приборы. Для удобства действий дежурного персонала на ЩПТ наносятся мнемонические схемы постоянного тока.

Аккумуляторные батареи, ЩПТ, зарядные и подзарядные агрегаты, электроприемники постоянного тока связаны между собой кабельными линиями, а в отдельных случаях шинопроводами. В совокупности они образуют схему электрических соединений сети постоянного тока.

Различают три основных режима работы аккумуляторных батарей: постоянный подзаряд, заряд—разряд и заряд—покой—разряд.

На подстанциях аккумуляторные батареи обычно работают в режиме постоянного подзаряда . В этом случае подзарядный агрегат, оснащенный устройством стабилизации напряжения (с точностью ±2%), все время питает постоянно включенные электроприемники сети оперативного тока (сигнальные лампы, обмотки реле, контакторов), а также подзаряжает аккумуляторную батарею, компенсируя ее саморазряд.

Вследствие этого аккумуляторная батарея все время полностью заряжена. Кратковременные толчки нагрузки воспринимаются в основном батареей.

На рис. 2 представлена схема аккумуляторной установки подстанции напряжением 500 кВ. На подстанции установлены две аккумуляторные батареи и три подзарядно-зарядных агрегата, один из которых резервный. Аккумуляторные батареи собраны из кислотных свинцовых аккумуляторов типа СК, в качестве зарядно-подзарядных агрегатов использованы полупроводниковые выпрямительные устройства ВАЗП-380/260-40/80 . Щит постоянного тока собран из комплектных панелей постоянного тока серии ПСН-1200-71.

Рис. 2. Принципиальная схема аккумуляторной установки без дополнительных элементов: АБ1, АБ2 — аккумуляторные батареи, ВУ1, ВУ2, ВУЗ — выпрямительные устройства, УМС — устройство мигающего света, УКН — устройство контроля уровня напряжения, УКИ — устройство контроля изоляции, ШУ — шинки управления, ШС — шинки сигнализации, ( + ) —шинка мигания, I, II, III, IV — номера секций, ШП — шины питания электромагнитов включения выключателей

Шины щита разделены на две основные (I и II) и две вспомогательные (III и IV) секции. Электроприемники питаются от I или II секции, вспомогательные секции служат для взаимного резервирования источников питания: аккумуляторных батарей и выпрямительных зарядно-подзарядных агрегатов.

Подключение электроприемников и источников питания осуществляется с помощью автоматических выключателей серий А3700 и АК-63. Эти выключатели выполняют функции коммутационных аппаратов и защищают присоединения ЩПТ от КЗ. Щит оборудован устройствами мигающего света УМС, контроля изоляции УКИ и уровня напряжения УКН.

В установках, где для включения мощных электромагнитов масляных выключателей требуется повышенное напряжение, устанавливают дополнительные элементы. Батареи с дополнительными элементами состоят из 120, 128, 140 элементов вместо 108. В таких случаях схема несколько изменяется.

Чтобы предотвратить сульфатацию пластин дополнительных элементов, между отрицательным полюсом и ответвлениями от 108-го элемента включается регулируемый резистор, с помощью которого создается ток разряда, равный току разряда основных элементов. Таким образом обеспечиваются одинаковые условия работы основных и дополнительных элементов и исключается возможность глубоких зарядов и разрядов, что предотвращает сульфатацию и увеличивает срок службы аккумуляторов. В режиме постоянного подзаряда батарея всегда находится в заряженном состоянии и готова к питанию потребителей постоянным током.

В нормальном режиме напряжение на каждом включенном элементе батареи должно быть 2,2 В с допустимым колебанием ±2 %. В тех случаях, когда для питания вторичных устройств необходим постоянный ток различного напряжения, используют переносные аккумуляторные батареи и ответвления от промежуточных элементов батареи.

Например, для большинства устройств релейной защиты необходимо напряжение 220 В, для устройств телемеханики 24, 48 или 60 В, а для питания мощных электромагнитных приводов масляных выключателей — напряжение до 250 В и выше, чтобы при больших токах включения компенсировать падение напряжения в кабеле от батареи до РУ, где установлены выключатели.

В некоторых установках аккумуляторные батареи эксплуатируют в режиме заряда—разряда. В этом случае напряжение на зажимах аккумуляторов не остается постоянным, а изменяется в сравнительно широких пределах (для свинцовых батарей при разряде напряжение меняетсz от 2 до 1,8—1,75 В, а при заряде от 2,1 до 2,6—2,7 В).

Для поддержания стабильного уровня напряжения батареи во всех режимах на сборных шинах щита постоянного тока ЩПТ в схемах батарей, работающих по методу заряд—разряд, предусматривается элементный коммутатор, служащий для изменения числа аккумуляторов, подключенных к сборным шинам установки или к зарядному агрегату.

Работа аккумуляторных установок в режиме заряд — покой — разряд здесь не рассматривается, поскольку этот режим на подстанциях не применяется.

Аккумуляторные батареи напряжением 24, 36 или 48 В обычно составляют из нескольких переносных батарей, которые соединяют последовательно. В большинстве случаев устанавливают два комплекта таких батарей, из которых один является резервным.

Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://electricalschool.info/main/electrotehnolog/1205-istochniki-i-seti-postojannogo.html

Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here