Установки постоянного тока с аккумуляторными батареями (стр. 1 из 4)
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Северо-Казахстанский Государственный Университет им. М. Козыбаева
Факультет энергетики и машиностроения
Кафедра энергетики и приборостроения
Реферат
На тему: «Установки постоянного тока с аккумуляторными батареями»
Выполнил: студент гр. ЭЭ-08
Гергенредер А.
Проверила: ст. преподаватель
Кафедры ЭиП
Дарий Е.М.
Петропавловск, 2011 год
Содержание
Введение
1. Электрохимические реакции в аккумуляторе, электродвижущая сила, напряжение и внутреннее сопротивление
1.1 Действие электролита в аккумуляторе
1.2 Электродвижущая сила
1.3 Напряжение при заряде и разряде
1.4 Внутреннее сопротивление аккумулятора
1.5 Саморазряд аккумулятора
1.6 Понятие сульфатации и ненормальная сульфатация пластин аккумулятора
2. Рабочие режимы аккумуляторной батареи и электрические схемы установки постоянного тока
2.1 Режим работы аккумуляторных батарей
2.2 Схема без коммутатора, но с ответвлениями от батареи
2.3 Схема с противоэлементами
Список литературы
Введение
Аккумуляторы являются гальваническими элементами, в которых электроды изготовлены из таких материалов, что они восстанавливают свои первоначальные свойства при пропускании тока (зарядке) в обратном направлении по сравнению с током при разрядке. Количество электричества, которое может быть получено от аккумулятора при данных условиях работы (температуре, разрядном токе, начальном напряжении), называется емкостью, аккумулятора. Емкость аккумулятора выражается в кулонах.
Аккумуляторы характеризуются к. п. д., емкостью и э. д. с. Коэффициентом полезного действия аккумулятора называют число, показывающее, какую часть энергии, затраченной на его зарядку, он отдает при разрядке:
Емкостью аккумулятора называют максимальное количество электричества, которое может пройти по цепи за все время разрядки полностью заряженного аккумулятора. За единицу емкости аккумулятора обычно принимают ампер-час: 1 А-ч=3600 Кл.
Рис. 1. Устройство аккумуляторной батареи 1 – решетка; 2 – сепаратор; 3,4 – электроды соответственно положительный и отрицательный; 5 – полублок отрицательных электродов; 6 – блок электродов с сепараторами; 7 –корпус моноблока; 8 – полюсный вывод; 9 – общая крышка; 10 – пробка; 11 – мостик с борном; 12 – полублок положительных электродов
1. Электрохимические реакции в аккумуляторе, электродвижущая сила, напряжение и внутреннее сопротивление
1.1 Действие электролита в аккумуляторе
Принцип действия кислотно-свинцового аккумулятора заключается в поляризации электродов. Электроды (сернокислый свинец PbS04), погруженные в электролит (водный раствор серной кислоты), под действием электрического тока вступают в химическую реакцию.
При зарядке батарея включается параллельно в цепь источника постоянного тока, напряжение которого выше э. д. с. батареи.
В процессе зарядки активная масса отрицательных пластин постепенно превращается из сернокислого свинца PbS04 в губчатый свинец РЬ, а активная масса положительных пластин — в перекись свинца РЬ02, при этом удельный вес электролита повышается до 1,24—1,31 (вместо 1,12—1,19 у разряженного аккумулятора). Такое повышение удельного веса электролита объясняется тем, что во время зарядки отрицательные ионы кислотного остатка S04 соединяются с положительными ионами водорода Н2 и дают серную кислоту H2S04, которая выделяется в электролит.
Следовательно, изменения плотности электролита аккумуляторной батареи, происходящие при зарядке или разрядке, позволяют судить о ее состоянии.
При разрядке железо-никелевого аккумулятора гидрат окиси никеля Ni(OH)3 активной массы положительных пластин переходит в гидрат закиси никеля Ni(OH)2. Железо активной массы отрицательных пластин переходит в его окись Fe(OH)2. В процессе зарядки аккумулятора происходят обратные процессы у положительных и отрицательных пластин.
При разрядке и зарядке железо-никелевой аккумуляторной батареи удельный вес электролита не изменяется. Э. д. с. железо-никелевой батареи определяется в основном химическим состоянием активной массы пластин и почти не зависит от плотности электролита.
1.2 Электродвижущая сила
Электродвижущей силой (ЭДС) аккумулятора Е называют разность его электродных потенциалов, измеренную при разомкнутой внешней цепи.
ЭДС батареи, состоящей из n последовательно соединенных аккумуляторов.
Следует различать равновесную ЭДС аккумулятора и неравновесную ЭДС аккумулятора в течение времени от размыкания цепи до установления равновесного состояния (период протекания переходного процесса). ЭДС измеряют высокоомным вольтметром (внутреннее сопротивление не менее 300 Ом/В). Для этого вольтметр присоединяют к выводам аккумулятора или батареи. При этом через аккумулятор (батарею) не должен протекать зарядный или разрядный ток.
Равновесная ЭДС свинцового аккумулятора, как и любого химического источника тока, зависит от химических и физических свойств веществ, принимающих участие в токообразующем процессе, и совершенно не зависит от размеров и формы электродов, а также от количества активных масс и электролита. Вместе с тем в свинцовом аккумуляторе электролит принимает непосредственное участие в токообразующем процессе на аккумуляторных электродах и изменяет свою плотность в зависимости от степени заряженности аккумуляторов. Поэтому равновесная ЭДС, которая в свою очередь является функцией плотности
Изменение ЭДС аккумулятора от температуры весьма мало и при эксплуатации им можно пренебречь.
1.3 Напряжение при заряде и разряде
Разность потенциалов на полюсных выводах аккумулятора (батареи) в процессе заряда или разряда при наличии тока во внешней цепи принято называть напряжением аккумулятора (батареи). Наличие внутреннего сопротивления аккумулятора приводит к тому, что его напряжение при разряде всегда меньше ЭДС, а при заряде - всегда больше ЭДС.
При заряде аккумулятора напряжение на его выводах должно быть больше его ЭДС на сумму внутренних потерь. В начале заряда происходит скачок напряжения на величину омических потерь внутри аккумулятора, а затем резкое повышение напряжения за счет потенциала поляризации, вызванное в основном быстрым увеличением плотности электролита в порах активной массы. Далее происходит медленный рост напряжения, обусловленный главным образом ростом ЭДС аккумулятора вследствие увеличения плотности электролита.
После того, как основное количество сульфата свинца преобразуется в РЬО2 и РЬ, затраты энергии все в большей мере вызывают разложение воды (электролиз) Избыточное количество ионов водорода и кислорода, появляющееся в электролите, еще больше увеличивает разность потенциалов разноименных электродов. Это приводит к быстрому росту зарядного напряжения, вызывающему ускорение процесса разложения воды. Образующиеся при этом ионы водорода и кислорода не вступают во взаимодействие с активными материалами. Они рекомбинируют в нейтральные молекулы и выделяются из электролита в виде пузырьков газа (на положительном электроде выделяется кислород, на отрицательном - водород), вызывая "кипение" электролита.
Если продолжить процесс заряда, можно увидеть, что рост плотности электролита и зарядного напряжения практически прекращается, так как уже почти весь сульфат свинца прореагировал, и вся подводимая к аккумулятору энергия теперь расходуется только на протекание побочного процесса - электролитическое разложение воды. Этим объясняется и постоянство зарядного напряжения, которое служит одним из признаков окончания зарядного процесса.
После прекращения заряда, то есть отключения внешнего источника, напряжение на выводах аккумулятора резко снижается до значения его неравновесной ЭДС, или на величину омических внутренних потерь. Затем происходит постепенное снижение ЭДС (вследствие уменьшения плотности электролита в порах активной массы), которое продолжается до полного выравнивания концентрации электролита в объеме аккумулятора и порах активной массы, что соответствует установлению равновесной ЭДС.
При разряде аккумулятора напряжение на его выводах меньше ЭДС на величину внутреннего падения напряжения.
В начале разряда напряжение аккумулятора резко падает на величину омических потерь и поляризации, обусловленной снижением концентрации электролита в порах активной массы, то есть концентрационной поляризации. Далее при установившемся (стационарном) процессе разряда происходит снижение плотности электролита в объеме аккумулятора, обусловливающее постепенное снижение разрядного напряжения. Одновременно происходит изменение соотношения содержания сульфата свинца в активной массе, что также вызывает повышение омических потерь. При этом частицы сульфата свинца (имеющего примерно втрое больший объем в сравнении с частицами свинца и его двуокиси, из которых они образовались) закрывают поры активной массы, чем препятствуют прохождению электролита в глубину электродов. Это вызывает усиление концентрационной поляризации, приводящее к более быстрому снижению разрядного напряжения.
При прекращении разряда напряжение на выводах аккумулятора быстро повышается на величину омических потерь, достигая значения неравновесной ЭДС. Дальнейшее изменение ЭДС вследствие выравнивания концентрации электролита в порах активных масс и в объеме аккумулятора приводит к постепенному установлению значения равновесной ЭДС.
Напряжение аккумулятора при его разряде определяется в основном температурой электролита и силой разрядного тока. Как сказано выше, сопротивление свинцового аккумулятора (батареи) незначительно и в заряженном состоянии составляет всего несколько миллиОм. Однако при токах стартерного разряда, сила которых в 4-7 раз превышает значение номинальной емкости, внутреннее падение напряжения оказывает существенное влияние на разрядное напряжение. Увеличение омических потерь с понижением температуры связано с ростом сопротивления электролита. Кроме того, резко возрастает вязкость электролита, что затрудняет процесс диффузии его в поры активной массы и повышает концентрационную поляризацию (то есть увеличивает потери напряжения внутри аккумулятора за счет снижения концентрации электролита в порах электродов). При токе более 60 А зависимость напряжения разряда от силы тока является практически линейной при всех температурах.