Акумуляторами називають хімічні джерела електричної енергії багаторазового дії, які накопичують (акумулюють) електроенергію при пропущенні через них електричного струму і потім віддають її при підключенні до них зовнішнього навантаження - електроспоживачів. Основними частинами акумуляторів є позитивний і негативний електроди, занурені в бак з електролітом.
Принцип дії акумуляторів заснований на використанні оборотності реакцій між електродами і електролітом, при яких пропускається через акумулятор електрична енергія перетворюється в хімічну (режим заряду), а потім хімічна - в електричну (режим розряду). При цьому хімічно активний (робоче) речовина на електродних пластинах спочатку перетворюється в інше хімічну сполуку, а потім майже повністю відновлюється в первісний стан. Залежно від складу застосовуваних хімічних елементів для електродних пластин і електроліту акумулятори поділяють на свинцево-кислот-ні та лужні. Ряд послідовно з'єднаних акумуляторів утворюють батарею, в якій е.р.с. кожного акумулятора підсумовується. Основними типами випускаються акумуляторних батарей для тепловозів є свинцево-кислотні 32ТН-450У2, 48ТН-450У2, 48ТН-350У2 і лужні 46ТПНЖ-550У2, 46ТПНК-550Т2. Вхідні в позначення типів батарей цифри і букви характеризують такі технічні дані батареї: 32, 46, 48 - кількість послідовно з'єднаних акумуляторів в батареї, шт .; 350, 450, 550 - номінальна ємність входять в батарею акумуляторів при певному режимі розряду, А-ч; Т, ТП - призначення акумулятора - тепловоза (пусковий); Н - вид електродних пласТабліца 8.4
Тип батареї
Номінальна ємність, А-ч
Номінальна напруга, В
Тренувальний режим оаапяла
Режим пуску дизеля
Маса з електролітом, кг
Тривалість і струм, ч / А
Кінцева напруга, В, не менше
поштовховий розряд
сталий режим
| Акумулятори
батареї
Струм, А
Напруга, В, не менше
Струм, А
Напруга, В, не менше
32ТН-450У2
10/45
57,6
46,4
48ТН-450У2
10/45
86,6
69,6
48ТН-350У2
10/35
86,6
46ТПНЖ-550У2
57,5
5/110
46ТПНК-550Т2
57,5
5/110
тин акумулятора за способом нанесення на свинцеву решітку робочої речовини - намазні; НЖ, НК - електрохімічна система акумулятора: нікель-залізний, нікель-кадмієвий; У2, Т2 - для помірного і тропічного клімату з розміщенням в шафі, кожусі.
Основні технічні дані акумуляторних батарей для випускаються тепловозів наведені в табл. 8.4.
Заряд акумуляторних батарей при введенні в експлуатацію виробляють від допоміжного генератора тепловоза або будь-якого іншого джерела постійного струму при режимах, наведених в табл. 8.5.
Свинцево-кислотний акумулятор ТН-450. Складається (рис. 8.31, а) з блоку чергуються між собою
20 негативних та 19 позитивних електродних пластин 1, поміщених в ебонітовий бак (посудина) 2 і спираються ніжками пластин на спеціальні виступи (призми) дна бака. Пластини є литі решітки зі сплаву свинцю (95%) і зміцнюючої його сурми (5%), осередки яких заповнені (намазуванням) робочою речовиною, яким у вихідному зарядженому стані акумулятора є оксид свинцю (П) РвОг у позитивних і чистий губчастий свинець Рм у негативних пластин. Суміжні пластини різної полярності розділені сепараторами 3 з ребристого міпласта і скловолокна. Пластини однієї полярності спаяні в окремі напівблоки. До початку і кінця полублоков пріТабліца 8.5
Тип батареї
напруга
початковий
кінцевий
напруга
Продолжитель-
джерела
струм заряду,
струм заряду,
кожного
ність заряду
струму, В
А
А
акумулятора в коіце заряду, В
32ТН-450У2
40-50
4-5
2,0
до досягнення
48ТН-450У2
1 10
40-50
4-5
2,0
напруги у кож-
48ТН-350У2
ПО
40-50
4-5
2,0
дого акумулятора близько 2 В
46ТПНЖ-550У2
-
1,7
до досягнення
46ТПНК-550Т2
1,7
напруги у кожного акумулятора близько 1,7 В
Мал. 8.31. Акумулятори тепловозних батарей:
а- свинцево-кнслотний типу ТН-450; б - лужний нікель-залізний типу ТПНЖ.-550
паяни висновки 4. Зверху бак закритий ебонітовою кришкою 5 з чотирма отворами для проходу висновків від полублоков пластин і п'ятим центральним отвором для заливки електроліту. Кришка по периметру бака ущільнена заливкою кислотостойкой мастикою, а в місцях проходу висновків полублоков пластин - гумовими кільцевими прокладками. Центральне отвір закритий ебонітовою пробкою 6 з вертикальними і горизонтальними каналами (для виходу газів) і відбивних щитком 7 (для запобігання випліскування електроліту). Електролітом акумулятора служить розчин акумуляторної сірчаної кислоти НгБСч в дистильованої воді щільністю 1,24-1,27 г / см3, залитий в акумулятор до рівня на 15 мм вище захисного ізоляційного щитка 7.
При взаємодії електроліту з робочою речовиною електродних пластин в процесі дії акумулятора на пластинах протікають хімічні реакції за загальним рівнянням:
При цьому під час заряду частина електронів атомів з позитивних електродних пластин переходить в розчин електроліту і на пластинах накопичується електричний потенціал до плюс 1,7 В, а частина електронів атомів з розчину електроліту переходить на негативні пластини і на них накопичується потенціал до мінус 0,35 В. Загальна е.р.с. зарядженого акумулятора складає 2,04-2,1 В. Під час розряду відбувається зворотний процес, проте розряд слід проводити тільки до досягнення е.р.с. 1,8 В,
після чого починається зниження міцності і руйнування електродних пластин.
Зарядка акумуляторів повинна проводитися не пізніше ніж через шість годин після заливки в них електроліту для запобігання крупнокристаллической (незворотною) сульфатации електродних пластин. Сульфатація полягає в освіті на поверхні пластин гидросульфита свинцю РЬСч. У початковий період вона знаходиться в високодисперсному стані, але потім утворюються великі кристали, що різко підвищують внутрішній опір акумулятора, що перешкоджають проникненню електроліту до внутрішніх шарів робочої речовини пластин і знижують ємність акумулятора. Це явище спостерігається також при систематичному недозаряд, занадто глибокому заряді, тривалій бездіяльності, роботі акумулятора з високою температурою електроліту, забрудненні або надмірної його щільності.
Щільність електроліту істотно залежить від температури, а температура його замерзання-від щільності. Тому в літній період (в районах з теплим кліматом постійно) щільність електроліту повинна бути в межах 1,24- 1,25 г / см3, а в зимовий період в районах Півночі і Сибіру її необхідно підвищувати до 1,26-1,27 г / см3. Контроль щільності електроліту виробляють ареометром відповідно до керівництвом по експлуатації батареї і тепловоза. Температура замерзання електроліту при щільності 1,26-1,27 г / см3 нижче мінус 50 ° С. Це забезпечує працездатність тепловозних свинцево-кислотних акумуляторних батарей майже на всій мережі залізниць СРСР практично без утеплення (підігріву). Розряджена батарея має більш низьку щільність електроліту і схильна до більшої небезпеки замерзання. Для зручності транспортування, монтажу і запобігання від пошкоджень баків акумулятори комплектуються в секції по чотири штуки для батарей 32ТН-450У2, 48ТН-350У2 і по три штуки для батареї 48ТН-450У2. Секції поміщені в дерев'яні футляри (ящики). Акумулятори в секціях і батареях з'єднані між собою мідними, покритими свинцем перемичками (пластинами) за схемами, наведеними на рис. 8.32.
Лужний нікель-залізний акумулятор ТПНЖ-550У2. Складається з блоку чергуються між собою 36 позитивних і 34 негативних електродних пластин 11 (рис. 8.31, б), поміщених в сталевий бак 14, покритий всередині щелочестойким лакофарбовим речовиною. Пластини складаються з заповнених робочою речовиною сталевих нікельованих ламелей-коробочок з перфорованої стрічки товщиною 0,1 мм, з'єднаних між собою в замок і укріплених з обох боків сталевими ребрами з привареними до них контактними планками. Пластини однієї полярності з'єднані в полублок на шпильці за контактні планки (через проміжні кільця) і стягнуті гайками або скріплені зварюванням. Між суміжними пластинами різної полярності встановлений перфорований гофрований сепаратор з вініпласту або покладений гумовий шнур. Від стінок бака блок пластин ізольований вставленої по периметру бака винипластовой плівкою. Робочою речовиною позитивних пластин в вихідному (зарядженому) стані акумулятора є гідроксид нікелю (II) 1МЮН в суміші з графітом і активують добавками, а негативних - відновлена суміш руди, оксиду заліза Р "ЕО і активують добавок. Електролітом служить 20-відсотковий розчин гідроксиду калію КОН в дистильованої воді з додаванням 20 г / л гідроксиду літію ЬЮН (для збільшення терміну служби акумулятора) щільністю 1,28 г / см3, залитий в акумулятор до рівня на 40-50 мм вище електродних пластин.
Мал. 8.32. Схема з'єднання акумуляторів в батареях:
а, б - свинцево-кнслотних типів 32ТН-450 і 48ТН-450, 48ТН-350 відповідно; в - лужний нікель-залізної типу 46ТПНЖ.-550
У процесі дії акумулятора на його пластинах між робочою речовиною і електролітом відбуваються хімічні реакції:
При цьому під час заряду на пластинах накопичується електричний потенціал із загальною е.р.с. 1,7 В, а під час розряду відбувається зворотний процес. Але розряд слід продовжувати тільки до досягнення е.р.с. 1,0 В, щоб не викликати пошкодження Пластин. Температура електроліту при заряді батареї повинна бути не вище 45 ° С. При температурі електроліту вище 45 і нижче 5 ° С ємність батареї знижується вдвічі, а при температурі електроліту нижче Про ° С лужна батарея непрацездатна, тому в зимовий час повинен бути передбачений її обігрів. Бак акумулятора зверху закритий сталевий штампованої кришкою 13 з чотирма отворами для проходу висновків 8 від полублоков пластин однієї полярності. Висновки ізольовані пластмасовими кільцями-втулками 12 і ущільнені гумовими кільцями. У центрі кришки уварена трубка 9 з розширюється горловиною для заливки електроліту. Трубка закрита відкидним клапаном-пробкою 10 з каналом для виходу газів. По периметру кришка приварена до стінок бака суцільним швом. Зовні бак пофарбований, і на нього надітий гумовий захисний і ізолюючий чохол. При монтажі батареї на тепловозі акумулятори встановлюють щільно один до іншого і закріплюють від переміщення. Акумулятори в батареї з'єднують мідними нікельованими перемичками (шинами) за схемою, наведеною на рис. 8.32, в.
Порівняльні показники різних видів акумуляторних батарей. Застосовувані на тепловозах акумуляторні батареї по ряду технічних і експлуатаційних показників мають суттєві відмінності. Так, свинцево-кислотні батареї мають в 1,5 рази більшу напругу, а отже, і більшу питому ємність і потужність на одиницю об'єму і маси, ніж лужні. Вони працездатні при низьких температурах. Коефіцієнт корисної дії свинцево-кислот-них акумуляторів, який визначається як добуток віддачі по ємності на відношення середньої е.р.с. при розряді-заряді, в півтора рази вище, ніж лужних (до 75% проти 50%). Лужні нікель-залізні акумулятори не містять шкідливого для здоров'я людей свинцю, більш стійкі до динамічних впливів (вібрації, трясці) на транспортних установках, менш чутливі до перезарядити і коротких замикань, більш прості в обслуговуванні і мають в 2,5-3 рази більший термін служби, ніж свинцево-кислотні (до 1200 циклів заряд-розряд проти 400 і до 6 років проти 2-3).
На перспективу електротехнічної промисловістю створюються нові типи акумуляторних батарей для тепловозів, основними з яких передбачаються: свинцево-кислотні 32ТН-400У2,48ТН-400У2;
лужні - нікель - залізна 46ТПНЖК-400П-У2 і нікель-кадмієві 46ТПНКК-400П-У2. При дещо меншою (оптимальної для тепловозів) ємності в порівнянні з випускаються батареями нові батареї мають відповідно на 15 і 30% менші масу і габаритні розміри, на 25 і 30% вище максимальний (поштовховий) струм розряду, в 1,5-2 рази більше термін служби, вищі показники безвідмовності. Баки лужних акумуляторів виконані з високоміцної щелочестойкой пластмаси.
Розміщення і включення в електричну схему акумуляторних батарей на тепловозах. Акумуляторні батареї на магістральних тепловозах розміщують, як правило, в спеціальних осередках під головною рамою по обидва боки паливного бака або по торцях тепловоза. Це забезпечує зручність їх монтажу і обслуговування з кузова тепловоза або зовні прямо з землі. На маневрових тепловозах батареї розміщують в спеціальному приміщенні (відсіку) за кабіною машиніста. Для забезпечення необхідного температурного режиму в місцях установки батарей передбачають вентиляцію, а в зимовий період і утеплення. Лужні акумулятори в гумових чохлах додатково ізолюють від корпусу щелочестойкими матеріалами. В електричну схему тепловоза батарею включають через апаратуру, що забезпечує розряд батареї тільки для харчування обмеженого числа необхідних споживачів при непрацюючому дизелі і пуску самого дизеля. Під час роботи дизеля батарея повинна знаходитися в автоматичному режимі постійної підзарядки (буферний режим). При цьому повинна підтримуватися в допустимих межах температура електроліту, інакше зарядної ємності та терміну служби батареї різко знижуються. Від перевантажень і коротких замикань у зовнішній ланцюга батареї захищають плавкими запобіжниками або автоматами.
⇐ | допоміжні електродвигуни | | Тепловози: Основи теорії і конструкція | | Вимоги безпеки при обслуговуванні електричних машин і акумуляторних батарей | ⇒