Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока
Подождите немного. Документ загружается.
вием
длительной
работь1
аккумуляторов.
так,
для
свинцовых
аккумуляторов
вреднь1
недо3Фядьт
и их обычно
заря)кают
до
устойчивого
газовь|деления.
для
серебряно_цинковых
аккуму-
ляторов'
наоборот'
перезаРяд
недопустим.
14спользуются
ра3ные
приемь| определения
окончан|4я
3а-
ряда.
часто
аккумуляторам
просто
сообщают
определенное
ко-
личество
электричества'
зависящее
от
степени
разрях(енности
аккумулятора.
Бсли
заряд проводится при
постоянном токе' то
мох(но
ограничиться
контролем
времени
3аряда.
Б
слунае за_
ряда
при
постоянном напрях(ении'
когда ток
заряда
и3меняется
во
времени,
для
определения
сообщенной емкости
исполь3уют
кулометрь| (снетвики
ампер-часов).
в
других
случаях
об
окон-
ча|!|4|4
заряда
судят
по
напрях<ению
при определенном
токе
3а_
ряда.
1ак, например'
3аряд серебряно-цинковь|х
аккумуляторов
прекращают
сра3у
после
дости)кения
конечного
напрях(ения
3а-
ряда.
3о избех<ание
перезаряда
необходимо
контролировать
не
только
общее
напрях{ение
батареи,
но
и
напря>т<ение
отдельнь|х
аккумуляторов.
€винцовым
аккумуляторам'
которь1м
необходим
небольт'шой
перезаряд,
после
подскока
напря>кенйя
до
2,6-2,7
8
сообщают
еще
дополнительное количество электричества'
соот-
ветствующее
10-20
у0
номинальной
емкости.
€ушествуют
различньте
3арядные
устройства'
которые
автоматически
отклю_
чают ток
заряда
после
момента
окончания
заряда,
определяе-
мого
одним
из
на3ванных
способов.
Бсли
заряд
приходится
вести
при
понижепг|ь|х температурах,
то
необходимо
учесть'
что зарядное
напрях(ение
зависит
от
температуры.
1ак,
для
никель_кадмиевых
аккумуляторов
конеч_
нт:
напрях(ение
при
заряде номинальным
током
во3растает
от
1,85
в
при темпер-"цр"
электролита
+20
'€
до
2,35 ь
пРитем_
пературе
_40
'с.
1ак
как
зарях<аемость
аккумуляторов
прп
низких
температурах
ухуд1цается'
то
при
заряде
аккумуляторов
в
3имних
условиях
рекомендуется
по
возмох(ности
их
термои3о-
лировать.
|[ри заряде
летом'
наоборот'
приходится
и!1огда
пре-
рывзть
заряд во
избех<ание
чре3мерного
йерегрева.
^
93ряд-аккумуляторов
в номинальном
рех(име
длится
обьтчно
8-15
ч.
14ногда
используют
форсшрован7ьсй
заря0
с помощьто
больтших
токов
или
напрйх<енпй,'
по6воляющий
сократи{,
"ре"я
заряда
в
2_3
раза.
Фднако
систематическое
применение
фор-
сированного
заряда
умень|пает
емкость
и
ресурс
аккумулято_
ров'
поэтому
-такими
режимами
следует
пользоваться
с осто-
ро>кностью.
Рекомендуется,
в частности'
чередовать
такие
зарядь|
с
проведением
контрольно-тренировочнь|х
циклов'
вклю-
чающих
3аряд
номинальнь|м
током.
Фдной
из ва>кнь1х
3адач
дальнейтпего
улуч1шения различнь1х
вариантов
аккумуляторов
является
сокращение времени
3а-
ряда
п
умень1пение
чувствительности
аккумуляторов к
форси-
рованньтм
3арядам
и
к случайньтм
нару|:|ениям
ре>кимов
за-
Ряда.
140
-
3|
Ра6ота
аккумулятоРо!
3
рожино
переключони'
\ля
ра6оты
аккумуляторов
в
ре)киме
переключения
(руцс.7.2,й)
характернй
глубокие
ра3ряды.
Б этих
случаях
не-
Ё6*'д""'
6олеЁ
тщ6тельнйй
контроль
за
работой
6атарей
в
конце
ра3ряда'
чем
при
эксплуатации
первичньтх батарей'
|1ереполюсовка
аккумуляторов
недопустима'
так
как приводит
к
существенному
сних(ению
ресурса
и срока
слух<бьт
или к пол_
нойу
выходу
и3
строя
(осо6енно страдают
от.переполюсовки
свит{цовь'е
й
серебряно-цинковые
аккумуляторы).
дл1
некото_
рых
типов
аккумуляторов
такх(е
вредны
сли1шком
глуоок-ие
раз-
рядь1'
да}|(е
если
они
ёще
не
вызывают
переполюсовки.
Ёапри_
мер'
систематические
глубокие
ра3рядь|
свинцового
аккумуля_
А
А
доо
в)
г)
Рне.
7.2.
€хема
работы
аккумуляторов
в
различпьдх
ре]кимах'
а
-
ве)|(иш пеоеключен}|я:
6
-
6уферпый
режпш;
а,
а
-_аварнйннй
рех<иш;
[.- гевера'
йор;'г"^--
до}о:вптельн|пй
генёратор;
;[_ вагру3ка;
д
_
преобр8зоватепь;
д
-
осво.з
-'наЁ"!'ккушуляторная
6атарея;
адоп_
Аополпительная
аккушуляторная
6атарея.
тора приводят
к
весьма
не}келате,'1ьной
сульфатации
пластин'
||6этом1у
при
эксплуатации
аккумуляторов
большое
3начение
имеют методы
и
устройства
для
определения
степенг|
их
заря'
х(енности
(растет
отданной
емкости'
исполь3ование
щлометров'
опредедение
концентрации
электролита
в
свинцовых
аккумуля_
торах
и
т.
д.).
'
Ё!оо"а'в'режиме
переключе}|ия
обеспечивает
наиболее
бла-
гоприятные
услов"я
для
контролируемого
3аряда.
Аккумуля_
тор!т
обьтнно
заряжают
в
специальнь1х
помещениях
(зарядных
ст!нциях) с нормальнь1ми
температурными
условиями.
йсполь-
3уют
оптимальные
ре>|(имьт
заряда
и
проводят
все
необходимые
контрольные операции.
Рсли
потребляющая
аппаратура
не
допускает
длительньтх
перерывов в
работе,
то
исполь3уют
сменньте
аккумуляторные
ба|ареи
-
пока
одна
батарея
разрях(ается'
другая
(или
др}'
гие)
зарях<ается.
141
г| Ра6ота
аккумулятоРов
в 6уферном
Режиме
||ри
работе
в
буферном
(<<плавающем>)
ре}киме
аккумуля-
торная
батарея
подключается
к
потребитёлю
параллельно
9
другим
основным
источн|1ком
электроэнергии
(рпс.
7'2,б)'
Буферньтй
ре)ким
используют
в
двух
"'1}та"*1
а) есйи
основной
источник
энергии
работает
периодически'
например
автомобиль-
нь|и
генератор
при
работающем
двигателе
|1ли
ветроэлектроге_
]']ератор;
б) если генератор
маломощнь1й
и не
обеспечивает
периодически
возникающих
повь1!пенньтх
токов
нагру3ок'
на_
приш1ер
солнечная батарея
на космическо1!1
аппарате.
[1ри
рабо_
тающем
генераторе
и
при маль|х
нагрузках
напрях(ение
гене_
ратора
несколько
вы|ше,
нем
ЁР[ батареи,
и
аккумуляторы
за-
ря}каются'
а при
больтпих
нагру3ках
|тл\4
при неработающем
генераторе
аккумуляторы
разря)каются. [ля
буферного
рех(има
характернь1
неглубокие
разрядь!.
.[,лительная
ра6ота
системь:
в
буферном
ре)киме
во3мох{на
только
в том
случае'
если
мощ_
нос_ть генератора-
соответствует
среднеинтегральной
потребляе-
мой
мощности.
(с
унетом
потерБ
энергии
при
циклировании
аккумуляторов).
Аля
потребляющей
аппаратуры
обычно нех<елательны
ко_
лебания
напря)кения.
|[ри
раб6те
в буферном
ре)киме
напря-
}кение
колеблется
от
3начения'
характерного
для
ра3ряда
акку_
муляторов'
до
знатения'
характерного
для
их
з6ря!а.
Б
этом
отно[шении
преимущество
имеют
свинцовые
аккумуляторы'
у
ко_
торых
3арядная
и
ра3рядная
кривые
довольно
пологп'
а
раз-
т9с;ь т9х(ду
напрях{ениями
заряда
и
ра3ряда
составляет
10-
|о
70.
у
никель-кадмиевых
аккумуляторов
с
учетом
их
более
ни3кого
номинального
напрях(ения
эта
разность
6ольше
(20_
30
9о
).
|1ри
работе
аккуму!тяторов
в
оуферной
р-йий"
й'лж",
6ыть
предусмотрена
3ащита
аккумуляторов
от превы1цения
1\а-
пРя)кения
заряда'
которое
может
привести
к
перезаряду (на-
пример'
при холостом
ходе
генератора'
когда
вйешние
потре-
бц91ли
отключены).
Б
то
х<е
врёмя
}ри
ср6}неи
на!рузке
на
1ц1т-"1"-1"]-!
атора
долх<но
быть
достаточным
для
т|одзаРяда
оатареи.
!|оэтому
часто
используют
дополнительные
регуляторы
напрях(ения.
генератора.
АккумулятоРная
6атарея
долх<!та
6ы!ь
1атцищена-(например,
с
пом6щ!ю
диъдов)
от
бесполезйо.'
р''-
ряда
на
обмотки
генератора
в
_периоды'
когда
напрях(ение
ге-
нератора
мень[ше
напрях(ения
батареи
или
когда
г6нератор
во_
все
не
ра6отает.
д|
Работа
аккумуляторов
в
аварийноА
Ре'кимо
|[р.и
эксплуатации
аккумуляторов
в
аварийном
ре)|(име
ос-
новной
источник
электроэйергии-'сеть
или автономйь:й
генера_
1ор
-
обеспечивает
работу
Ёсех
потребителей;
^.*у*у'"1'р,,"
батарея
начинает
разря}каться
тольйо
прц
авар||||-
отключении
142
основного
источника.
Бозмохсно
применение нескольких
схем
работьт
в
таком
ре)киме.
Б простейтпем
случае ост-товной
источ_
|лик
п
аккумуляторная
батарея
просто
соединены параллельно
(как при
ра6оте
в
буферном
ре>киме'
рнс'
7.2, б).
Ёапря>кение
основного
источника
обеспечивает
компенсационньтй
под3аряд
батареи.
||ри аварийном
отключении
основного
источника
на'
чинается
ра3ряд
аккумуляторной
батареи.
Ёедостаток
этой
схемь1
состоит
в том' что
при
отключении
общее
напря}кение
в
сети
сканкообразно
падает.
Б некоторьтх
случаях,
напри'мер
для
аварийного
освещения'
резкое
падение
напрях(ения
йа
10-
20
07о
не играет особой
роли,
но при
работе
более
ответственнь|х
при6оров оно
недопустймо.
|1о
лругой
схеме
(рпс.
7.2,
в)
акку._
мул"'ор*'а" батарея-в
нормальном
рех(име
(рех<име
ох<идания)
не соед}.1нена
с
потребителем,
а
подключается
с
помощью
реле
только при
отключении
основного
источника.
Б этом
случае
на-
пря}ке1{ие
разряда
батареи
вьлбирают
равнь1м
номинальному
напря}кению
основного
источника'
так что
напря}кение
при
пе-
реключении
мало
меняется.
3
режиме
о}кидания
6атарея
либо
хранится
без
подзаряда,
ли6о
йодзаря>кается
через
преобразо'
ватель,
обеспечивающий
более
высокое
напря}кени€
3а!я.[.а;
т{0м
номинальное
напрях<ение
генератора.
Ёедостатком
такой
схемы
является
конечное
время
переключения'
равное
времени
сра_
батывания
пеРеключающих
устройст1.
Б
течение
этого
времени
потребитель
оказывается
без
тока.
Аля
некоторых
установок'
например
для
98.!!1,
работаюших
в
рех(име
_реального
времени,
недёлпустимы
перерывы
в питании
да}|(е
на
1 мс.
14:|огда
прийеЁяют
ком6инированную
схему
(рис.
7.2,
а)'
в которой
аккумуляторная
батарея
состоит
|{3
двух
последова_
тФ1ьно соедине||ннх
секций.
Фдна
из
секций
постоянно
соеди-
нена с
основным
источником
электроэнергии'
а
другдя'
имеющая
напря}{(ение
10_20
$
напрях<ения
первой,
подключается
после'
довательно
пРи
аварии
для
компенсации
сних(ения
напрях(енпя-
7.3. Ф6щие
вопРосы
ухол.
и обслупси!ани'
|1ри. эксплуатации
химических
источников
тока
проводятся
оперЁции
по
66слркива[1ию'
в
том числе
подготовка
к
работе,
кон1роль-
во
вре\{я
работьт,
периодические
проверки
и
другие.
|1равильное обслух<ивание
очень
вах(но
для
аккумуляторов'
рас-
считаннь]х
на
длительную
работу.
}ход за
аккумуляторами
преследует
цель
сохранить
их
работоспосо6ность
и
предотвра-
тить
пре)кдевременный
вь:ход
и3 строя.
Разнь:е
ти1ы источников
тока тре6уют
различного
обслух<и'
вания'
причем
в
ряде
случаев
регламентньте
работь:
для
разнь1х
вариант6в
{Р11
йогут
сильно
отличаться.
Б
любом
случае
все
работы
по обслуживанию
следует
проводить
строго
по инструк_
циям
на
даннйй
вид
{,й1.
в настоящем
параграфе
булут
143
рассмотрень]
ли1шь
некоторые
общие
вопрось1
ухода
и обслух(и_
вант1я.
Фбщий
уход
3а
аккумуляторами
сводится
пре)кде
всего
к
поддер)канию
их
в
чистоте.
Бнетпняя
поверхность
аккумулято_
ров
всегда
долх(на
бьтть
чистой и
свободной
от
}кидкого элек-
тролита.
Аз-за
склонности )целочнь|х
растворов
к
<<вь1пол3ани1о>>
(см.
$
6.5)
щелочньте
аккуму,_тяторьт
дол)кнь1
подвергаться более
тщательному
визуальному
контролю.
|{опадание
электролита на
крь!1пки
батарей
приводит
к
утечке
тока
и бесполезЁому
раз-
РяА},
а
так)ке
к корро3ии.
Фсобенно необходимо
следить
за чи-
стотой вь1водов'
контактов'
вентиляционных
пробок
и клапанов'
заливочнь1х
отверстий.
1(оррозия
контактов
при
попадании
элек_
тролита
и
других
3агря3нений
приводит
(особенно
г1ри недоста-
точной
затя>кке)
к возникновению
переходных
сопротивлений
п
искрению.
.(ля
предохранения
контактов
от коррозии
рекомен-
дуется
сма3ь|вать
их специальнь1ми
бескислотными
смазками.
Ба>кнь:м
способом
контроля
аккумуляторов
слу)кит
и3мере-
ние
ЁР[
и напрях(ения
под нагру!к6а.
Б'одних'случаях
для
определения
работоспособности
аккумулятора
мо>кно
ограни_
читься
довольно
грубыми
вольтметрами'
в
других
случаях'
на-
пример
при
количественном
определег1ии
степени
3аря,(енности
евинцовь!х
аккумуляторов'
ЁР1-1
следует
измерять
вь|сокоом-
ными
вольтметрами
с классом
точности
не ниже
1,б.
|1ри
изме-
Рении
напря>*(ения
под
нагрузкой
необходимо
присоединять
вольтметр
непосредственно
к
выводам
или как
мо>!(но
блих<е
к ним
во
избех<ание
омических
погре:дностей.
[ля
определе_
ния
состояния
аккумуляторов
удобно
пользоваться
так
на3ы-
ваемыми
|!агру3очным1{
вилками.
}{агрузочная
вилка
состоит
и3
контактных
!|ох(ек'
}|агру3оч}|ого
сопротивлен|1я
\1 вольт-
метра.
3аостренные
контактные
!|ожки
о66спейивают
надех<ный
контакт;
а нагру3очное
сопротивдение
соответствует
характер_
ному
для
аккумуляторов
да[{ной
емкости
току.
9сновным
элементом
ухода
3а
всеми
типами
аккумуляторов'
кроме
герметичных'
является
поддер}{(ание
надлех(ащего
уровня
и
концентрации
электролита.
|1ри
заливке
ц
доливке
эЁектро_
лита
необходимо
следить
за
его чистотой.
(ак
кислота'
так
и
щелочь,
исполь3уемые
в аккумулятоРах'
имеют
высокую
сте-
пень
химической
чистоты'
поэтому
все
пр:аспособления,"
приме_
няемь1е
при
работе
с
аккумуляторами:
емкости'
термометры'
воронки'
ареометры
11 т,
д.-дол)кны быть
чистыми.
8о избейа-
ние
кароонизац|1\4
контакт
щелочных
электролитов
с воздухом
дол}кен
быть
минимальнь1м.
Б
процессе
эксплуатации
в аккумуляторах
в
результате
пе_
ре3аряда
или корро3ии
ра3лагается
часть
водь1'
поэтому
для
поддер}кания
уровня
электролита
их
доливают
водой.
.[,оливка
растворами
кислоть|
или
щелочи в нормальнь|х
условиях
недо_
пустима'
так
как
при этом
повь]шается
концентраттия
электро-
лита'
что
ухуд1||ает
характеристики
аккумуляторов.
.(,ля
доливки
144
мох(но
использовать
только
дистиллированную
волу
(в
исклю'
чительных
случаях
-
чистую
дох(девую
воду
или
растопленньтй
чистьтй
снег).
Бода
для доливки
не
дол>кна
храниться
в метал-
лических
емкостях,
так как попадание
да)ке
маль1х
количеств
ионов
х(елеза
или
других
металлов в
электролит очень
вредно
для
аккумуляторов.
1ак х(е
вреднь1 ионь|
хлора' имеющиеся
в
обычной
воде. €ледует
учить!вать,
что кипячение
не
освобо>к-
дает
воду от ионов хлора и
)келе3а.
|1ри
дол:твке
водр1
раствор
доводят
до
уровня'
ука3анного
в инструкц|4||
для
дачного
акку-
мулятора
(обьтнно
на
3_8
мм
вь1ше
верхней кромки
пластин).
|]осле
доливки
водьт в аккумуляторьт
требуется
определенное
время
для
вь]рав|1иван14я
концентрации
электролита.
Рекомендуется периодически
определять
концентрацию элек-
тролита. Р1ногда
требуется ее
корректировка
путем
добавления
кислоть1
или
щелочи,
например после
проливания
частп элек-
тролита из аккумулятора
или
после
длительнь1х
3арядов'
когда
вместе с
газами выделяется
туман из мельчайших
капелБ 9.[€т<_
тролита. ,&1еняют
концентрацию
электролита
иногда
и при пере-
ходе от летних
к 3имним
условиям
эксплуатац*тп
(илтт
наобо-
оот).
'
0б","о
определяют
концентрацию
электролита
путем изме'
рен!!я
его
плотности специальными
ареометрами.
€ледует
ути'
тывать'
что плотность
растворов
3ависит от
температурь|.
Б
ин-
струкциях к
аккумуляторам
всегда
указывается'
при
какой тем-
ператуРе следует
и3мерять',плотность
электролита.
(онтроль
и
поддерх(ание
уровня
и
концентрации
электро_
лита в негерметнчных
аккумуляторах
-
довольно
трудоемкие
операцин.
8
последние
годы
разрабатываются
варианты ак!у-
мудяторов'
в
которых
скорость
процессов
га3овыделения
и
ра3-
ло)|(ения
воды снижена и
которые
могут
длительное
вРемя
р&-
ботать
без
доливки
воды'-
малоо6слуо*цваемь[е
|| необс/'уасш-
ваемь[е
аккумулятоРы
(см.
$
9.6).
Фпределенные
тре6ования
предъявляютея
и
к
условиям
хра-
нения
аккумуляторов.
|1ри постановке
аккумуляторов
на хра_
нение
следует о6рашать
особое
внимание
на их чистот'
глав-
ным
образом
на
чистоту
вентиляционных
пробок.
Аккумуляторы
без
электролита
следует
хранить с 3авинченными
заглушками.
Ёе
залитые
эдектролитом
свинцовые аккумулятоРБ,
? такх(е
все
щелочнь1е
аккумуляторь1
луч]пе
хранятся
в
ра3рях(енном
со-
стоянии.
(винцовые
аккумуляторы'
3алитые
электролитом'
сле-
дует
хранить
в полностью
зарях{енном
состоянии.
3ксплуатация
аккумуляторов
требует
соблюдения
опреде-
ленньтх
правил
техники безопасности
и
охрань1
труда. Ёа
элек-
тростанциях'
предприятиях
связи'
в
автохозяйствах и
других
предприятиях'
эксплуатирующих
больтпое число аккумуляторов'
для
работь:
с аккумулятора1!1и
предусмотрень1 отдельнь1е
поме-
щения
с соответствующими
планировкой
и о6орулованием
(вен-
тиляция'
водопровод !1
каналутзация'
силовая
электросеть'
про-
145
тивопо}карное
оборудование).
|1ри
заряде
аккумуляторов
вь]де-
ляется
водород'
поэтому
во
избе>кание
скопления
гремучего
га3а
вентиляция
в
помещении
дол)кна
бьтть
достаточно
интенсивной.
(ро*те
того,
при
заряде
вь!деляется
туман
электролита' поэтому
на ооль1пих
аккумулятор11ьтх
станциях
обслух<ивающий персо_
нал
дол}кен
бьтть
обеспечен
иътдивидуальньтми
средствами
за_
щитьт.
8о
время
приготовления
элек!ролита
и
других
работ
с кислотами
и
щелочами
следует
соблюдать
соответствующие
правила (работать
в
ре3иновь1х
перчатках,
фартуках
и очках'
обеспечить
рабонее
место
средствами
нейтр6лйзйцип
т4 ока3а-
ния
первой
помощи'
не
сливать
концентрированнь|е
кислоты
}}
щелочи
в
общую
канали3ацию).
Ёу>кно
так>ке
помнить'
что
эти
растворьт
нрезвынайно
корро3ионно-активнь|.
Фбслух<ивание
(вклюная
хранение'
заряд
и
ремонт)
щелоч-
нь1х
и
кислотньтх
аккумуляторов
долх{но
проводиться
ра3_
дельно.
|1опадание
серной
кислотьт
в
щелоч1{ые
аккумуляторь|
всех
типов
или
щелочи
в
кислотньте
приводит
к вь1воду
аккуму-
ляторов
и3
строя.
|1ри
эксплуатации
аккумуляторов
следует
соблюдать
все
правила
работьт
с электрическими
установками.
Батареи
акку-
муляторов
имеют
часто
напря}|{енце
вы!пе
36 в'
нто
требует
принятия
мер
предосторох(ности.
@ни
долх(ны
бьтть
надех<но
3ащищень1
от-коротких
замьтканий,
которые
могут
быть
вызваньг
не только
дефектами
во
вне:цней
цепи'
но
и' например'
инстру-
ментами'
оголеннь1ми'
проводами
и
другими
металлическими
предметами,
слщайно
попавшими
на
66рны.
Ёеобходимы
на-
дех<ный
монтах(
всех
электричес{их
схем
и поддерживание
в чи-
стоте
электрических
контактов.
[4скрение
при плохих
контактах
мох(ет
привест[{
к
в3рыву
выделяющегося
из
аккумуляторов
во-
дорода.
7.|.
3аряднно
устройзтва
Б
качестве
регулируемых
источников
постоянного
тока
для
заряда
аккумуляторов
и аккумуляторных
батарей
используют
электрома[шинные
или полупр9волниковые
прео6разователи
пе-
рем-енного
тока
в
постояннцй
(выпрямители)
!7.3].
3лектромашиннь|е
преобраьова1елй.
й.йо.!,Буются
два
типа
электрома[цинных
преобразователей
-
двигатель_генераторные
агрегаты
и
одноякорные
преобразователи.
[вигател!-генера_
торнь|е
агрегаты
состоят
из механически
соединеннь|х
электро-
*']1т{]
переменного
тока
и генератора
постоянного
тока.
|!реооразователи
с генераторами
параллельного
возбух<дения
характери3уются
довольно
узким
диайазоном
изменения
напря_
х<ения'
поэтому
их
можно
применять
только
для
заряда
одно_
типнь|х
аккумуляторньтх
батарей.
Ёапря>кение генератора
с
не-
зав}|симь1м
возбу>кдением
при
постоянном
токе
нагрузки
мох{но
плавно
и3менять от
нуля
до
некоторого
максимального
значе-
146
ттия.
||реобразователи
с
такими генераторами
мо}кно
использо-
вать
не только
для
3аряда'
но
и
для
разряда
аккумуляторнь1х
батарей.
|!ри этом исполь3уется свойство обратимости
электри-
т{еск1]х
ма1|]ин' которые в зависимости от
напря>кения
могут
работать
в
ре}киме
генератороь ил\\
двигателей.
(онструктивно
двигатель-генераторные
агрегать|
вь1полня-
1отся в виде однокорпусньтх преобразователей,
в которь|х
на
общем валу
установлень| ротор
асинхронного
электродвигателя
].1
якорь генератора,
или собираются
и3
стандартнь1х
ма1шин
-
асинхроннь!х
двигателей
и
генераторов постоянного
тока,
со-
единеннь!х муфтой
или
ременной
переданей.
Фдноякорньтй
преобразователь представляет
собой электри-
ческую ма1|]ину'
у
которой от обмотки
якоря
имеются
отводь1
на
о6а
конца:
с одного конца якоря
находится
коллектор
(как
в ма1пине
постоянного
тока),
с
другой
сторонь|
якоря находятся
контактные кольца
(как
в синхронной
машине переменного
тока).
€о стороньт
контактньтх колец преобразователь
присоеди-
няется
к
трехфазной
илп однофазной
сети переменного
тока' со
сторонь| коллектора
-
к аккумуляторной батарее.
Фдноякорньтй
преобразователь
мо}кет использоваться
и
для
3аряда' и
для
ра3-
ряда
аккумуляторнь|х батарей.
||ри
равной
мощности одноякор-
ные
преобра3ователи имеют
мень1пие
ра3мерь1'
чем
двигатель-
генераторные
агрегать1'
но
у
них
ослох(нено
регулирование
вьт-
ходного
напря)кения.
||реимушеством
одноякорных
преобразователей
является
и
их
более высо.кий
(||А
по
сравнению с
двигатель-генератор-
ными агРегатами. Фдноякорные. прео6ршоРатели
имеют
[|евы-
сокие потери'
и
их
([1А
составляет 80_85
?о.
(г|А
однокорпус-
ных
.двигатель-генераторных
агрегатов составляет около
70
%'.
6ледует
увитывать,
что-1(|1А
эйектромашинных преобРа3овате-
лей
еильно сннжается
при недогру3ке.
[|олупроводн[.ковше
д!!одш.
9"ще всепо
в
3аряднь|х
устро*_
ствах используются
сепеночые и
кремниевые
днодш.
}(ак
селеновые' так и
кремниевые вшпрямитедп
работоспо-
собнь:
пРи тешператуРах от
_50
до
+50
'€.
€еленовые
выпря-
мители
рассчитаны
на номинальную пдотность
тока
порядка
500
А/м2.
|(ремниевые внпрямители нам!{ого мощнее
_
они
мо-
гут
рабо|ат!
с
плотностями
тока порядка
10 кА|м2..[ля интен-
сификации
теплоотвода
кремниевые выпрямители обычно 3аклю-
чаются в
ребристые
радиаторь|
или
снабх<аются
системой водя-
ного
охлах(дения.
Б
последнее
время
все
больтпее
распространение
получают
3арядньте
устройства
на
управляемь1х
диодах
-
тиристорах.
1иристор по3воляет
в широких |]ределах
(практивески
от
нуля
до
максимума)
регулировать
среднее
вьтходное
выпрям-
лен}1ое напрях(ение.
3аряднь:е
устройства
на полупроводниковь|х
приборах.
3ключенный
в
цепь
переменного
тока
полупроводниковьтй
диод
147
пропускает ток
только
в
одном направлени14 !1
как
бьт
срезает
синусоиду тока
по
оси
абсцисс.
|рафик
3ависимости
тока
от
времени
представляет
со6ой синусоидальные импульсы
одной
полярности'
следующие
с частотой
переменного
напрях(ения.
б 3арядных
устройствах
полупроводниковьте вентили
собира_
ются
в
различньте
схемь1' обеспечивающие мальте
пульсации
вь|прямленного
напря}кения
14
тока'
Б
простейтпих
бйтовьтх
приборах
для
3аряда
аккумуляторов
малой
емкости используется
однополупериодная схейа.- Б
двух_
полупериодной
схеме
выпрямления
в
течение
одного
полупе-
риода
батарея
3арях(ается
чере3
один' а в течение
другого
по-
лупериода
_
чере3
второй
вентиль'
т.
е. на
6атарею
подается
выпрямленное
напря>кение'
пульсирующее с
удвоенной
частотой.
Аналогичнь:м
образом
работает
и
мостовая
схема
с
двумя
дио-
дамп
для
ка)кдого
полупериода'
6хемьт
.вь1прямления
трехфазного тока
позволяют
получить
постоянный
ток
с боль:'шей
частотой, но
с
мень:'пей
амплитудой
пульсаций,
чем
схемы
вь1прямления
однофазного
тока.
.(,ля
дополнительного
сглах(ивания
пульсаций
выпрямлен-
ного
тока
последовательно
с
батареей
включают кату1цку
ин-
дуктивност|\
|1л||
применяют
более
сло)кньте
сглах<ивающие
фильтры.
|[рактинески
в хоро!ших
3аряднь1х
устройствах
ампли_
туда
пульсаций
составляет
около
0,1
%
выпряйленного
напря-
х<ения.
Рстройства
для
3аряда
аккумуляторов
асимметричнь|м
то_
ком.
|1ростейтшее
устройство
для
получения
асийметринного
тока
-
это
диод'
шунтированный
сопротивлением.
1акое
уст_
ройство
(рнс.
7.3,а\
вкйючается
последовательно
с 3арях(ае-
мым
аккумулятором
в
цепь
переменного
тока.
.[,ва
амперметра
позволяют
раздельно
контролировать
3начения
постоянной-и
переменной
составляющих
в
зарядной
цепи.
1акое
устройство
применяют
только
Аля
-3аряда
неболь:ших
батарей;
оно
имеет
низкий
кпд'
так
как
большое
количество
энер1ии'6есполезно
тратится
в шунтирующем
сопротивлении.
|1рактически-
для
3а-
ряда
аккумуляторов
асимметричным
током
применяют
более
слох(:]те-
устройства,
обладающие
более
выс6ким
кпд.
Ёа
рис'
7.3,б
показана
схема
одного
и3 таких
устройств
ллЁ
полу-
1ения.
асимметричного
тока
от источника
переменного
тока.
Ё'
этой
схеме
исполь3уется
трансформатор
с
двумя
вторичнь1ми
-обмотками.
Б
цепи
о,{ной
и3 них н{ходится
диод,
обесЁечи"а:о-
111 9{ч'"олупериодное
выпря]у1ление
тока.
|(огда
чере3
эту
цепь
проходит
ток'
транзистор
7
заперт.
Бо
втором
полуЁериоде
ток
через
диод не
проходит'
а
через
вторую
о6мотку
й транзи-
стор
проходит
ток
обратного
направленйя,
огранинейньтй
сопро_
тивлением
(2
(сопро6ивление
&1
!ег}ли!у.''о'.о",'а
'&
"р'"_
зистора).
6табилизация
тока
и
напря)[(ения.
3арял аккумуляторов
обычно
проводят при
постоянном
(регулируЁмом)
."|'.!'й"
''*'
148
или
напрях(ения.
|1ри
эпи3одических зарядах аккумуляторов
не-
больтпой
емкости
заданнь:й
электрический
параметр
мох(ет
под-
дер}киваться
постоянным
просто
за счет
ручного
регулирова-
ния.
|[ри частых
3арядах
(например,
на
аккумуляторных
стан_
циях)
йспользуют
устройства
для
автоматической
стабилизации
тока
или
напрях<ения.
3 таких
устройствах
используется
прин-
цип
автоматического
Регулирования
по
отклонению--управляемой
величины
от
заданн6го-
(эталонного) 3начения.
Ёапример,
во
время
заряда
аккумуляторов
при
постоянном
напря>кен-ии
задат'
чиком
напрях<ения
-
(уставки) мох(ет
слу)|(ить
стабилизатор
с
регулируемь1м
выходным
напрях{ением.
Б
элементе
сравне-
ния
эталонное
напрях(ение
сравнивается
с сигналом' посту-
-'
а)
Рис.
7.3.
€хемы
ддя
получ€т|ия
аси}'метри!шого
тока
от
сети
перемепного
тока.
пающим
от
датчика
напрях(ения
аккумуляторной
батареи.
€иг-
нал
рассогласования
поступает
на
усилитель'
а 3атем:
на си-
ловой
преобразователь.
8йходным
параметром
преобразователя
являетсй
стйбилизированное
напря}кение.,[|атниками
напрях(е-
!{ия
в подобных
схемах,
являются
делите.}|и
напря'(ения
|4'л14,
магнитные
усилители.
7.5.
11сроходныэ
пРоцсссш
в
химических
источниках
тока
||ри
вклюнении
{|41
на
постоянную
нагру3ку стационарное
значение
напрях(епия
устанавливается
не
сразу
-
в первьтй
мо_
мент напрях(ение
несколько
вы1ше стационарного
значения.-
1очно
так
х(е
сра3у
после
отключения
цепи
напрях{ение
не_
сколько
мень1ше
обьтчного
3начения'
характерного
для
разомк-
нутой
цепи.
Аналогичные
явления наблюдаются
и при
и3_
менении нагру3ки.
Бремя,
в
течение которото
напряжеяие
и3--
меняется
от исходного
Ао
стационарного
значения
(обь:нно
в
пределах
до
одной
секундьт)
'
называют перехо0ньсм
временем'
14в
!_{ри
измере1{и}1
внутреннего
сопротивления
источника
тока на
г!остоянном
и
переменном
токе
получаются
ра3нь1е
3начения'
причем
результат
измерений
на
перемен}{ом
токе
обьтчно
зави_
сит от
его
частоты.
8се
это
означает'
что
[141 не
мо>кет
бьтть
представлен
как
источник
постоянной
3[6
с
последовательно
вкл!оченньтм
активным
сопротивлением'
а
его
схема
3амещения
дол)кна
содерх{ать
реактивнь|е
элементы.
[арактер
схемы
заме_
*?
Ё
;
].,ь; :
}ъъ
*:}'
;};Ё
:
: ;;#.ж};
*;х
; ;я:::.
3,#3#3
:
зования
)(й1
в электронйь:х
схемах'
в
которь|х
возмо}кно
появ_
лецие
вь1сокочастотньтх
переменг|ь1х
составляющих
тока
или
напря}кения.
|1ри
разряде
и 3аряде
некоторых
типов
!,й1
наблюдаются
так)ке
провальт
||ли
пик|4
напря)кения,
более
растянуть1е
по вре-
мени'
чем
обьтчнь:е
переходнйе
процессы (ин6гда
д' д.."'*'" ,
сотен
секунА).
3ти
измег]ения
напря>кения
свя3ань|
с
особенно-
стями
3алох{енньтх
в..
{,141
электрохимических
систем;
они
спе_
циф;тнньт
для
ках{дой
системьт
и
^будут
рассмотреньт
в
ч.
1{.
[|рирода
ц99цтч1н.9й
-сос"авл,ю"йЁй
;;;;;;;'ййу'р."й".'
.'_
противления
[}!1
[7.41.
в
большинстве
случаев
реактивная
со_
ставляющая
полного
внутреннего
сопротиЁления'{й1
является
емкостной
и свя3ана
с
п!иролой
электрохимических
и
других
физико_химических процессов,
протекающих
в
источнике
тока.
Фдна
из
при.чин
появления
емко6тной
составляющей
-
обь:чная
емкость
двойного электрического
слоя
на
границе
раздела
элек_
трода
с электролитом;
эта
емкость
вы3вана
и3менением
плот_
ности
3арядов
в
лвойцо-м
с_лое
цри
изменен'{и
потенциала
элек-
тРода
и
составляет
0,1_0,4
Ф-|уэ
(при
растете
на
,,'й"й,
истинной
повеохности).
в
схеме'
замЁщення
электрода
емкость
{:911?у
слоя'6',с
включена
параллельно
с
актйвным
сопро_
тивлением
реакции
&6,
отрах<ающнм
прохох(дение
фйрадеев-
ского
тока (т.
е. тока,
обу&овленного
протеканием
эйе!<'рохи_
м-и_ческой
реакции)
чере3
гран|{цу
ра3дела
электрод_электро_
]11 !!19:
7;4,с).
Бмкость
дЁойноЁо
|лоя
не
3ависит
от
частоты
('тчз!_ч9й
мере'
при
частотах
до
10
мгц)
б
некоторых
случаях
емкость
границш
раздела
электрод_
электролит-намного
превосходит
$казанные
3начения'
дости-
тая
4_10
Ф/м2.
3то
так
называем!я
адсороц,-'й*й',Ёевдоем-
кость'
связан!|ая
с
процессами
электрохимическо*
алсороййй,
например'
кислорода
или
водорода:
2он-
?
Ф,*"
|Р\2Ф{2е;
Ё'Ф{е
? Ё.*"+он-.
(7.1)
(7.2)
Адсорбционная
_лсевдоемкость
6"до
Б
схемах
замещения
включается
параллельно
с
емкостью_двойн'.'
.''й.
"од"]й"
пр0цессы
электрохимической
адсорбции
протекают
гора3до
мед-
150
леннее,
чем
релаксация
двойного
слоя. ||оэтому
адсорбциоттная
псевдоемкость
у)ке
при
ни3ких
частотах
(сотни
или
десятки
герц)
начинает
умень1шаться
с
ростом
частоты'
3
схеме 3аме_
щения
с
емкостью
6дд6
32й€,{ленность
адсорбционных
процес-
сов
отра)кается
включением последовательно
с
емкостью
неко-
торого
активного сопротивления ,?"д.
{рис.
7.4' б).
|1ереходное
время
[п
Б ё1,1€10йе
}13
г[оследовательно
соединен-
нь1х сопротивления
&
и
емкости
€ примерно
равно
произведе-
ттию
&6.
[ля
адсорбции
водорода
на
платиновом катали3аторе
(в
топливных
элементах)
характерное
3начение
сопротивления
("д.:2.
10_3
Фм.
м2
и
емкости
6*д":5 Ф7м2.
|1ереходное
время в этом
случае
составляет
10-2 с. |[ри адсорбг1ии
во-
дорода
на никелевом
катали3аторе характерное значение
сопро-
а)
'/
о*_{?--у"-о
г)
Руцс. 7.4. €хемы 3амеще-
\!'1я электродных
про-
цессов.
тивления
пРимерно
на
три
порядка больше,-а
адсорбционная
псевдоемкость
остается примерно такой
х<е. 3 этом случае
пе-
реходное
время
приблизительно
равно
10 с.
Ёще
одна причина возникновения емкостного
сопРотивле--
ния_это
замедленность
диффузии.
||ока
источннк тока
не
работает,
концентрации
всех компонентов
электролнта
во всех
точках
одинаковн.
|[ри вк]1ючени||, постоянпого
тока концент-
рация
в
пРиэлектродном
слое
начинает и3меняться
и
рас|1реде*
ление концентрации
становится неравномерннм.
9то изменение
продолх(ается
до
тех
пор' пока
не наступит некоторое
стацио-
наР|!ое
распределение
концентраший. 8ремя
установленпя
ста-
ционаРного
распределения
концентраций,
т. е. переходное время
диффузионного
процесса
!!п.дпф,
определяется
коэффициентом
диффузии
Р и
толщиной
6
слоя'
в котором происходит
измене-
ние
концентрации:
{{п,дпф
=
62||,
(7.3)
Б
источниках тока
со
свободнь1м
х{идким
электролитом
кон_
центрационные
и3менения происходят
в
довольно
тонком
диф-
фузионном
слое электролита около
поверхности электрода. 1ол-
щина
этого
слоя
зависит
от
скорости
двих{ения
)кидкости
и
151
&
.д.
(
.л"
обьтчно
составляет
10-5*10_1
м.
1(оэффициенты
лиффузии
больтцинст!а
веществ
в
воднь1х
растворах
равны
прйолизи-
тельно
16-э
ц:/с.
Б
этом
случае
,ере*олйое
время
д'ф6узион-
ного
процесса
составляет
примерно
1
с.
8сли
используется
матринньтй электролит,
то 6
равна
тол-
щине
матрицы
($
4.2). 3ффективный
коэффициент'диффузии
в
этом
случае
примерно на
порядок
мень|пе'
чем в свободном
эле.ктролите.
|!ри
толщине
матрицьт
1ф{
м
переходное
время
диффузионного
процесса
составляет
около
100
с.'
Б
тех источниках
тока'
в которых
электродный
процесс
включает
в себя стадию
в тверАой
фазе,
например
в элементах
./{еклантпе,
переходное
-врсмя
лифф1}зионного
процесса
гора3до
больтпе,
так
как
коэффйциентьт
дйФфу3|114
в т^вердой
фазе
на
3-6
порядков
мень[|]е'
_чем
в
растБорах'
и стационарное
рас_
пределение
концентраций
в
этих
случаях
практически
не
уста-
навливается.
|[ри
прохох(дении
переменного
тока
чере3
электродную
си-
стему-'
в которой
во3мох{на
диффузия,
распределенйе
концент-
Раций
имеет так}|(е
периодический-характер'
т.
е. возникает
так
называешая
(<концентрацнонная
волна>.
йатематически
такой
диффузионный
процесс
описывается
так
на3ываемым
полнь1м
сопротивлением
Барбурга'
состоящим
и3 последовательных
со-
противления
&тц
и
емкости
€у,
31Б$€$,щих
от
частоты
0):
р':
!у,
/о
/-!
"у-т;Б'
постоянная
,
8арбурга
(&
-
газо-
(т.4)
(7.5)
8ая
постоянная).
Б
схемах
з|мещения
полное
сопротивленпе
2у
Барбурга
включено
последовательно
с сопротиЁлением
реакции
&о,"йай
локазано
на
рис.7.4,в.
г!
@мическое
сопротивление
электролита'
токоотводов
и т.
д.
{ом
(активное
сопротивление)
включено
в
схемах
замещения
последовательно
с
общим
комплексным
сопротивлением'
отоор,-
)|(ающим
процессы
на
поверхйости
и
вбли6и
повер*ности
элек-
тРодов
(рие.
7.4,
в|
'
Р1ндуктивная
составляющая
полного
сопротивленкя
},141
обу-
словлена
поверхностньтм
эффектом]три
прохо'(дении
тока
чере3
массивные
металлические
детали.
Б-основном
индуктивная
со-
:"9:{|-ч'я
проявляется
в
крупногабаритнь|х
источниках
тока
с
оольшои
разрядной
мощностью.
-1аким
образом,
общая
схема
замещения
[141
представляет
собой
сдожную
комбинацию
большого
числа активнь!х
сопро-
|б2
тивлений,
емкостей
и в отдельных
случаях
индуктивностей.
1а-
кой характер
схемь1
определяется
разнообра3ием
протекающих'
в )(й1 процессов' а
так}|(е их
распределенным
характером.
Б
результате
схема 3амещения {,Р11
не поддается
пока
расчету}
а мох(ет
быть определена
ли1пь
прямыми измерениями.
йногда
ее
изобрах<ают в
виде последовательной
комбинации
одного
активного
сопротивления ,?'', одной
емкости
6. и одной
индук-
тивности [..
(рис'
7.4,а); все
особенности
поведения
реаль-
ного
элемента выра)|(аются в
этом случае чере3
3ависимость
величин
&,,
6.
и [. от частоты
0.
|{ри
разных
соотно1пениях емкостной
и индуктивной
состав-
ляющих
полного сопротивления
наблюдается
и
разная
3ависи-
мость
его от частоты.
|[ри
небольх'шой
индуктивности схема
3а-
мещения источника
тока
практически
содерх(ит
в
себе только
активные и емкостнь|е
элементы' так что полное
сопротивление
умень!шается
с частотой.
||римерами
таких
!,1.11 могут слух(ить
марганцево-цинковые и
ртутно-цинковь1е
элементь1'
в
которых
нет массивных металлических
деталей.
|1ри
низком емкостном
сопротивлении и
заметной индуктивности
полное
сопротивление
имеет активно-инАуктивный
характер и
увеличивается
с
ростом
частоть1.
1акая
зависимость
характерна
для
стационарных
свин-
цовь|х
аккумуляторов больтпой емкости.
Ёаконец,
у
[Р11 со
сравнимыми значениями емкостной
и индуктивной
составляю-
щих
3ависимость полного сопротивления
от
частоты
проходит
чеРе3
минимум' соответствующий
условию Ре3он4нса'
т.
е.
ра-
венству
емкостной
и п}|дуктивной
составляющих.
1(
таким нсточ-
никам тока относятся
свинцовые
1{
щелочные
аккумуляторь!'
мадой
и средней
емкости.
Анализ
частотных 3ависимостей
полного
сопротивления
[}{1
по3воляет
не только определить его
общий
характер' но
в не-
к0торых
случаях
дает
возможность
судить
о
кинетике и меха-
ни3|де процессов' протекающих
в источнике тока.
}|аиболее точным
методом п3меРения
активной и
реактив-
ной
составляющих
подного сопРотивлептия
[й1
является
метод
и3нерепия
с
помощью моста
переменного
тока. Более
простым'
}|о несколько иенее
точ!|шм методом нзмеРения
полного
сопро-
тивления
является
и3мерение с пошощью
фазоврствительногФ
вольтметра'
которым
и3меряются
модуль полного
сопротивле-
н\1я п
угол
сдв[{га
фаз
между
напря)кением источника
тока
и
протекающ}!м
в
цепи
током.
|1олезную информашию
о
хаРактере__переходных процессов
мохшо получить
такт(е путем
подачи
на
!,141 небольтцих
прямо-
угольных
ичпульсов
тока
и
регистрации
на
осциллографе
кри-
вых и3менения
напрях<ения
во времени.
3тот
метод
|тозво-
ляет непосРедственно
регистрировать
значение
переходного
вре_
мени.
6обственные шумь!
химических источников тока
[7.5].
}отя
по
самой своей
природе
[141
генерируют постоянньт;]:
(по
на-
153
правлению)
ток'
в напря)[(ении
\|4|
появляются
переменнь|е
составляющие
-
так
на3ьтваемь1е
1пумь|.
АмплитуАа 1пумов
обьтчно
}1евелика
-
доли
и
единиць1
милливольт
-
но
во
многих
случаях
они
ока3ь1ваются
нех{елательнь1ми'
например в
ра3лт.1ч-
нь1}''радиоэлектроннь]х
схемах,
питающихся
от
хит.
[11умь:
\
^п
1
и
других
слох(нь|х
электрох!{мических
с11стемах имеют
Флуктуационную
природу'
что
приводит
к
сильнь:м колебаниям
их
амплитудь1
и частотьт.
|!рактинески |пумьт
всегда
имеют
об_
:ширный
частотньтй
спектр'
что отличает
их
от
устойнивьтх
авто_
колебаний
и сильно
затрудняет
их
фильтрациБ.
3лектрохими_
ческими
процессами'
протекающими
в
\А|
и
сопрово)кдающи-
мися
1'шумами'
могут
быть
процессь1
кристаллизациу1
металлов'
обра3ования
фазовьтх
пленок
и
др.
7.6.
Ёадеэкность химических
источников
тока
1од
на0еэюностью
1!'1[
понимают
их
способность
сохранять
оговореннь1е
в технической
документации
характеристи](и
при
экспл-уатации
в
течение
зада}1ного
времени
и в
3аданньтх
усло-
виях
|7.6
и 7.7).
!'ля
\А\
ха.рактерен
довольно
больц:ой
разброс
характери_
€т]'{к'
связанньтй
с
технологическими
причи}'ами'
в
частности
с
колебаниями
свойств
исходного
сьтрья'.
3тот
разброс
обь:чно
учить1вается
в
технической
документации:
указанные
там
гаРан_
тированнь1е
значения
пар-1м-етров
них<е
фактических
средних
значений.
||оэтому
часто-хит
имеют
дов6льно
большой
3апас
по
пока3ателям.
Бысокая-надех(ность
_
это
ни3кая
вероятность
появления
от_
казов
в
работе
для
партии
источнпков
тока,
прошедплей
пред-
варительную
отбраковку
в
процессе
пРизводс|ва.
йох<но
раз_
*1_'1]1 д9"
категории
отказов
_
вне3апные
и параметрические.
бнезапные
отказы
являются
слчдствием
явных
или
скрйтыхтех-
нологических
дефектов,
не
обнарух(енншх
на
стадии
прои3вод-
ственного
контрф|я:
микротрещин
в
сепараторах'
нер6вностей
'в
местах
герметизации
и
т.
д.
9асто
такого
рода
дефёкты
про-
являются
ух(е
в начальный
период
работы
й привод!тт
к
бьйт-
рому
выходу
источника
тока
из
строя.
|[араметрические
отка3ы
_
9то
выход
того
или
иного
пара_
у-.'р'-
за
установленный
допуск
при
сохраненни
общей
рабо1о-
сп_осооности.
!|араметрические
отйазы
о6шчно
связаны
с *'че_
ством
сырья
и
с
не3начительными
нарушениями
технологиче_
ского
процесса.
Фни
проявляются
поёт?пенно,
обьлнно
блих<е
к
концу
гарантированного
срока
слух<бьт.
|1араметрические
от_
казь1
характернь1
в
больп:ей
степёни
для
аккумуляторов
|1
топлив1{ь1х
элементов
и
ре)|{е
отмечаются
в
первичнь!х
эле-
ментах.
Ёаде;кность
определяется
произведением
вероятностей
от-
сутствия
всех
возмо>кнь1х
видов
отказов.
Ёаде:кт!ость
-
катего_
154
рия
вероятностная;
более
или менее
достовернь|е
данные
о
на-
дех<ности
мо}кно
получить
только при
анали3е
результатов
достаточно
боль:цого
числа
испытаний
|1ли
статистического
материала по
фактитеской
эксплуатации.
"[|остовернь1е
даннь!е
о
надех(ности
имеются
только
для
серийно
вьтпускаемьух
[}4].
€ушествует
Ряд факторов,
которые
осло}к1|яют
достижение
вь:сокой
степени
надех(ности
},й1: сильное
влияние
незначи-
тельнь1х
примесей
на
свойства
активнь[х масс,
боль1шое
количе-
ство
технологических
стадий
при изготовлении
электродов
и
[141
в
целом,
исполь3ование
ра3нообразных
исходнй
мате_
риалов
_
металлов'
пластмасс'
резины'
герметизирующ|1х
со_
ставов
и т.
д.
|1овыш:ение
наде)!{ности
свя3ано
в первую
оче-
редь
с тщательным
входным
контролем
всего
поступающего
сь1рья
и всех исполь3уемых
материалов'
с хоро1|]им
состоянием
технологического
оборудован|\я
14 с
тщательнь|м
соблюдением
технологической
дисциплины
при прои3водстве.
€ушественнь:м
фактором,
с!тих<1ющим
надех{ность
!,й1, яв-
ляется
соединение
боль:'пого
кол]чества
элементов
в 6атареи..
1||ри
последовательном
соединенит.т
обрыв в
цепи
одного эле-
мента
приводит
к
прекращению
работы
всей
батареи, а
при
г1араллельном
соединении
элементов
короткое
замь1кание
в
од-
|{ом
из
них_приводит
к
1шунтированию
и
к
ра3ряду
остальных
элементов.
8
высоковольтных
6атареях
появляется
еще
допол_
нительный
фактор,
не
свя3анный
с
йадех<ностью
отдельных
эле-
ментов
_
во3можность
утечек
тока
и саморазряда
за счет недо-
статочной
мФ|(элеме[|тно*
изоляции'
3а счет }!(идкостных
соеди*
нений
и т.
д.
.{,ля
малогабвритннх
батарей
этот
фактор
иногда
вырастает
в
большую
проблему.
||оэтому
во
мйогих
с]1учаях
предпочтительнее
исполь3овать
низковольтные
батареи
в
соче_
тании.
с
^полупРоводниковшм
или
другим
преобра3ователем
на-
пряжения.
Фсо6ое
значение
ишеет
вопрос
о надех(ности
ре3ервньтх
ба-
тарей,
выпускаемшх
в неактиЁированном
состоя!лии._
8 таких
батареях
ряд
существенншх
параметров
(в
том
числе нРц,
разряд[|ое
напря}кение)
не может
быть
проконтролирован
при
прои3водстве.
|1оэтому
ед}]нственным
средс1вом
о6еспёчения ка-
чества
является
пооперат{ионвнй
контроль
во время
прои3вод_
ства.
1ак как
резервные
батареи
исполь3уются
в
основном
в
от-
ветственных
и3делиях, тре6ования
к степени
их
надех(ности
вь|-
сокие.
Ёадех<ность
сложных источников тока
-
электрохимических
генераторов
(топливных
э-лементов),
резервных
батарей,
исто9_
ников
тока
с
циркуляцией
электрол|1та
|1л|!
с
вне|пним
обогре-
вом
-
3ависит
такх(е
от
надех(ности
вспомогательнь1х
исполни-
тельнь1х
и
регулирующих
устройств.
8.
оБлАсти
пРимвнЁн1,'я
химичЁских
источников токА
8.|.
€овре^{енные
области
применения
а!
1р:нспортнчо ср.|ства
!старторншс
и
.спомог!т€льншэ
6атареи|
Бо всех транспортнь|х
средствах
с
двигателями
внутреннего
сгорания
-
автомобилях'
мотоциклах' самолетах'
теплово3ах и
других-исполь3уются
аккумуляторньте
батареи
для
3апуска
двигателей
и
для
вспомогательных
н})кд. Б автомобилях
с
кар-
бюраторным
двигателем
батарея
вь1полняет
три
функшии:
пита-
.ние стартера
для
запуска
двигателя'
питание системы
3ах(ига"
ния
при
3апуске' когда
еще
не
работает
генератор'
и пита-
ние
вспомогательнь|х
устройств-освещения' радиоприемника
и т.
д.-
при неработающем
двигателе.
Аккумуляторные
бата-
реи
на самолетах' кроме
того'
дол)кньт
обеспечить
аварийнь:й
ре)ким,
т. е.
работу
всей
}ки3ненно
ва>кной бортовой
алпара-
туры при вь|ходе
из
строя
ге|]ератора.
Работа в
аварийном
ре-
>киме
дол}кна
продол}каться
вплоть
до
вьтну}кдепной
посадки'
т.
е.
не менее получаса.
Б
работе
стартернь[х батарей
есть
ряд
особенностей. 3ти
ба_
тареи
работают
в
буферном
ре}|(име.
||ри запуске
двигателей
они
разря>каются
больтпими токами
-
на
автомобилях нормиро_
ванный-ток
]р
АохоАит
до
3-5, на самолетах он мо)кет
бытьеще
больт'ше.
3
зимних
условиях
батареи
должны
обеспечить
3апуск
двигателя
при [|и3ких
температурах.
Работа
в стартерном
ре-
х{име
кратковременна-обычно
она
длится
не
более
20
с
на
]автомобилях
и
60
с
на
самолетах. |1оэтому в
нормальных
усло-
виях
стартернь1е
батареи
подвергаются
неглубоким
ра3рядам;
при
одиночном 3апуске
расходуется
от 3
до
10
$
емкости'после
чего сра3у
начинается
под3аряд.
Бместе
с тем батареи
долх(ны
иметь
достаточный
энергозапас
(лля
освещения,
работы
в
ава-
рийном
рех{име
и т.
д.).
3
слунае
многократпых
запусков
ба_
'тареи
дол}|<ны
достаточно
быстро зарях(аться.
3аряд проводят
от
ге|{ератора'
напряжение
которого
с
помощью специального
регулятора
поддерживается
постоянным
в пределах
_р3,5-8
9о.
стартерные
батареи
должны
иметь большой срок
служ6ы и
малый
саморазряд.
|1ри эксплуатациг
бывают
!лителЁные
пе_
!ерыч'
но
при
этом
тре6уется
постоянная
готовность
к
ра-
ооте.
паконец,
батареи
на
транспортных
средствах подверх{ень1
3начительным
механическим
(вибрационным,
уларнь:м)
на-
тру3кам.
€тартер-ньте
батареи
относятся
к категории
[й1,
нуждаю-
щихся
в'
обслу>кивании.
9аще всего
их обслух<ивают
неспециа-
'листь1
(например,
водители
автомобилей),
тто вь1двигает
осо-
бьте
требования
к простоте
ухода
за батареями.
156
Б
настоящее
время
в качестве стартерных
исполь3уют'
в ос-
новном'
батареи
из
свинцовых
и
значительно
ре)ке
из никель-
кадмиевых
и серебряно-цинковых
аккумуляторов (послеАние,
ка1(
правило'
только
в
авиации).
Автомобильнь|е
стартерные
ба-
тареи
имеют номинальное
рабонее
напрях<ение
12
Б
и
емкость
от
40
до
200
А.ч. Авиационнь!е
батареи
рассчитаны
на
номи-
нальное
напря>кение 24
3. Аэролромные
батареи
больтпой
ем-
кости'
установле[{нь1е
на теле)кках'
применяются
для
запуска
двигателей
тях(елых
самолетов'
не имеющих собственнь1х
стар_
тернь1х
батарей.
Б транспортной энергетике
3начительное
место 3анимают
!,й1,
предназначенные только
для
обеспечения
вспомогатель'
ных
ну'(д' но не
рассчитаннь|е
на
3апуск
двигателей.
€юда
относятся
х{елезнодоро}кньте
(вагонные)'
судовые
и
другие
ана_
логичнь|е
аккумуляторнь|е
батареи.
Фни исполь3уются
для
осве-
щения'
а так)ке
для
питания
кондиционеров'
местных
радиостан_
ций,
средств
сигнали3аци\1
и т.
д.
на
остановках'
когда
не
рабо'
тают
генераторы.
Аля
этих ну)кд
применяют
свинцовые
|4
никель-)келезньте аккумуляторы.
Бспомогательные батареи
экс-
плуатируются в
х<естких
условиях:
в |широком
диапа3о[{е
тем-
ператур
(практинески
от
-50
до
+50"с),
при
повыгценной
влах(ности' повы|шенной
загрязнен!|ости
(вагонньте
батареи),
при
3начительных
механических
нагрузках.
Б отличие от
стар-
терных судовые
и вагонные батареи
работают
в
ре>киме
до-
вольно
глубоких
разрядов
(при
длительных
остановках)
и пере-
зарядов
(при
больтших
пробегах}.
Бмкость
х<еле3нодорох(ных
батарей
состав'|яет
70-500 А.ч.
6|
9покрнпэскхэ
тР.нспортнч. сРолства
|тлгоэшэ
6атареи|
ёовремепные двигатели
внутреннего сгорания обеспечивают
более высокие пока3атели,
неш ком6инация
аккумуляторов
(или
других
хит) с электродвигателями.
|1оэтому
в'
больпшинстве
случаев
беског:тактные
транспортные средства
оснащаются
дву|-
гателями
внутреннего
сгорания.
Фднако
есть области'
где
при_
менение
таких
двигателей'невозмох(но
или
неулобно.
1(
ним
относятся подводные
лодки
и подводные
аппараты'
на которых
двигатели
внутренпего
сгорания
(в
подволном
поло}кении)
не
могут
работать
и3-за
недостатка
кислорода
и слох(ности
в'ь1_
хлопа' тшахтный
транспорт'
на
котором
двигатели
внутреннего
сгорания
имели
бьт
повытпенную
взрывоопасность и загря3няли
бы
атмосферу'
транспортные
средства
в
цехах
и
других
закрь1-
тых
помещениях'
для
которых
требуется хоро|'пая
маневрен-
ность'
отсутствие
токсичного
вь|хлопа
и
т.
п.
Бо всех
эт|{х слу_
чаях
нспользуют
тяговь1е
электродвигатели и специальньте
тяёо0ь!е
6атареш'
Рех<им
эксплуатации тяговых батарей
отличается
от
рех{има
ра6оты
стартерньтх
батарей.
1ягов'ьте
батареи
работают
в
ре-
|5т
)киме
переключен|\я
|1
рассчитаны'
как
правило'
на глубокий
ра3ряд
в
1пироком
интервале
нагру3ок
(]р:0,05+1'0).
3 наст-
ности' они
дол)кны
отдавать боль:пие
мощности
при
пуске
(в
первые
несколько
секунд
двих<ения)'
Аля
3аряда тяговых
батарей
обычно
предусматриваются
специальные
помещения и
3аряд проводится
в
оптимальном
рех(име.
Б
отличие
от стар-
тернь1х
тяговые
6атареи обслух<иваются
более квалифицирован-
нь|м
персоналом.
]яговые батареи,
как
и
все
транспортные
!,Р1?,
работают
в
условиях
повьт1пенных
механических
нагрузок.
к
ним так}ке
предъявляются
требования
больтпого
срока
слу>кбы и
больп:ого
ресурса.
Фбьтчно они
подлех<ат
ремонту.
3 качестве тяговь1х источников
в настоящее
время
исполь-
зуют свинцовь1е
и никель-}келезнь|е
аккумуляторьт. Фни имеют
емкость
от
40
до
1200 А.ч'
а
для
подводнь|х
лодок-нескольк8
ть1сяч ампер-часов.
в|
€тационарнце
установки
]стационарнше
6атареи|
€тацшонарньсе батаре,.,
эксплуатируются в'
более
мяг1{их
ус*
ловиях' че]{ транспортные. Фни всегда находятся
в нормаль-
ном поло)кении' поэтому мо)кно не заботиться об
их
тщатель*
ной герметизац|1и'
Фтсутствие
вибрации и
других
меха:!ических
нагру3ок существенно
упрощает
требования
к
конструкшии
ба-
тарей, аккумул'1торов и электродов.
Бо многих слшаях
ста_
ционарные
установки ра3мещаются
в
помещениях и
работают
в
оптимальном
температурном
рех(име.
Фднако в опредеденных
областях
применения'
например на необслухкиваешых метео*
станциях'
стационарные
установки работают
в
'(естких
клима-
тических
условиях'
при
температурах
от
_50
до
+б0'6.
€та-
цио1}арные
батареи часто
имеют боль:шую
а6солютную ем-
кость-тысячи
ампер_часов. Размер и масса
обшчно не
имеют
ре1пающего
3начения'
т.
е. к
источникам
тока
|{е
предъявляются
требования
высоких
удельных
характеристик.
}1ногие
стацио-
нарные
батареи
рассчитаны
на
длительную
работу,
поэтому
они
долх(ны
и.меть
боль:пой
срок службы, высощю
надех(-
ность'
а также
малый саморазряд
[8.1].
€ташионарные
батареи'
как
правило'
обслуживаются
квалифицированннм
персона_
о'1Фй.
€тационарные
6атареи, предназначенные
для длительных
разрядов
неболь:цими
токами'
часто состоят и3 первичнь1х
эле_
ментов,
например
щелочных
медно_цинковых. 1акие батареи
используются
на
х{елезнодорох(ном
транспорте
для
питания сиг_
нали3ации,
стрелочного
хозяйства
|1 т.
д.
[8.2].
йногда
их
ра3_
мещают в колодцах'
что со3дает
более благоприятный
темпе-
ратурньтй
рех{им
в
зимних
условиях.
Алительная
работа
без
обслух<ивания характерна
для
автономнь1х
и
удаленньтх
метео-
станций,
релейных
станций
и т. п.
Ёа
телефонных станциях
аккумуляторные
батареи
до
сих
пор исполь3уются в
качестве
158
источников
постоянного
тока' так
как
т1олучен}]е
хоро1по
вы-
прямленног9^
]ока^
от сети представляет
собой
определенну}о
проблему
|8.3].
€{ационарные
установки
больтцой
емкости
(обьляно
на
основе
свинцов'ых аккумуляторов,
работающих
в бу-
ферном
рех<име)
исполь3уются
на
электростанциях
для
пита-
!{ия
вспомогательного
оборуАования.
Ёаконец' все
более
1пиро_
!(ое
распространение
получают
аварийньте
аккумуляторнь1е
уста-
нов[(и'
обеспечивающие
освещение и
работу
ва)кнь1х агрегатов
лри
перебоях в
работе
электросети.
1акие
источники находятся
в
постоянной
готовности
и
рассчитань1
на
работу
в тече1!ие не-
скольких
часов-до
устранения
аварии
или
до
подключения
ди3ель-электрических
агрегатов; в последнем
случае стацио_
нарнь1е батареи
исполь3уются
и
для
3апуска
этих агрегатов.
Авариг}ньте
установки
мо!!тируются в
больницах
(для
беспере-
бог]ной
работы
операционнь:х),
в местах
скопления людей,
на-
лример
в зрелищных
предпр|1ятиях'
в
ра3личного
рода убе>ктт-
щах'
на ва)кнь|х
промь|1пленньлх
объектах' в вь1числительнь[х
центрах
для
3Б}1 п т.
д.
Аваргтйные
источники
тока в
обычных
условиях
редко
ра3ря}каются;
для
компенсации
самора3ряда
они
постоянно
или
периодически
под3арях(аются.
г|
[!ереноснне
и
6нтовче
при6орш
||ереносные
и
бытовые
приборы
представляют
собой
наибо-
лее
обш:ирную область примененутя
\|7|
как по количеству
от-
дельных
источников
тока' так
и
по
их
номенклатуре.
Б
перенос-
ных
и
бытовых
приборах
используют
элементы
и батареи ма-
лой
и средней
емкости-от
0,01
до
100 А.ч.
}{ошенклатура приборов,
работающих
от
хит, вкпючает
в себя
Рдзличнце
радиотехнические
и телевизион|{ь[е
устройсгва
(транзисторнце
радиопр|{емники'
магнитофоны,
телевизорн'
ра-
ции)
как
6ытового' так и
военного
на3[|ачения,
[цахтерск|!е [|
другие
пере['оснше
фонарн,
миниатюрные
устройства
(э.гпект-
рочасы'
с,,|уховше
аппараты'
калькуляторы),
игрушки,
бнтовую
технику
(электробритвн),
разнообразные
:при6оры
(потеншио-
метРы'
тестеРы' приборы
дозиметрического
контроля и т.
п.),
ра3личные
медиципские
устройства
(злектрокардиостимуляторы
и
др.).
Большой
ассортимент приборов' в
состав которых входят
}й?,
определяет и
больгцое
разнообра3ие условий
их
эксплуа-
тации.
1ак,
например,
батареи
для
карманных
фонарей
рабо-
тают
в 1пироком
интервале
температур,
а батареи электрокар-
диостимуляторов_в практически строго
и3отермических
усло-
виях.
Батареи
в
электрочасах
ра3ря)каются
непрерывно
маль1ми
импульсами
тока'
а
6атареът в тран3исторнь|х
приемниках
ра_
ботают
с
переменной
нагрузкой и
по прои3вольному
графику.
хит,
применяемьте
в
воё!тной
технике
и
медицине'
долх(ны
*{меть
очень вь|сокую
наде}кность'
которая
не требуется'
напри-
159